JPH01154681A - 固体電子撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の要約 電子シャッタ付ＣＣＤセンサにより撮像するものにおい
て、予備撮影を行ないこのときの信号電荷を逆転送によ
って掃出す。この掃出された信号電荷量に基づいて露光
量を決定する（シャッタ速度、絞り値の決定）。掃出さ
れる信号電荷量を受光領域内の所定範囲内ごとにＭ１定
することによりマルチ測光も可能となる。

発明の背景 この発明はたとえば電子スチル・カメラ、ビデオφカメ
ラ等において用いられる。いわゆる電子シャッタ付の固
体電子撮像装置に関する。

一般にカメラにおいては適正な露光量の被写体像を得る
ためにはシャッタ速度および絞りの調整が不可欠である
。これらの調整のためには測光情報が必要となるが、従
来は撮像素子から得られるシリアルなビデオ信号を直接
に用いて測光情報を得るか、１個または数個のフォト・
ダイオード等の測光素子を設け、その出力信号を測光情
報として用いるかのやり方が採用されていた。前者のや
り方においてはビデオ信号はシリアルに流れているもの
であるから制御、調整のために必要な所望の情報のみを
取出して処理することが困難であるとともに、少なくと
も１フイ一ルド分のビデオ信号を読出すためには１／６
０秒の時間が必要である。また後者のやり方では視野内
の一定の場所のみの測光情報または入射光量の平均値に
関する情報しか得られないという問題がある。視野内の
段数の場所のそれぞれにおける入射光量を測定するいわ
ゆるマルチ測光のための測光素子も最近開発されている
が、高価であるし、　ＩＩｌ光可能な場所のパターン（
受光領域の分割パターン）が限られている。

発明の概要 この発明は、測光素子を必ずしも必要とすることなく測
光が可能であり、しかもマルチ測光も可能であり、さら
に比較的迅速に測光が完了する固体電子撮像装置を提供
することを目的とする。

この発明による固体電子撮像装置は、入射光量に応じた
信号電荷量を蓄積する垂直方向および水平方向に配置さ
れた多数の光電変換素子、前記光電変換素子の垂直方向
の各列に隣接して垂直方向に配置され、転送信号に応じ
て信号電荷を出力端子の方向に転送するとともに逆転送
信号に応じて出力端子とは反対側にある掃出し口端子の
方向に信号電荷を逆転送する垂直転送部、前記光電変換
素子に蓄積された信号電荷をゲート信号に応じて隣接す
る垂直転送部へ転送する転送ゲート、前記垂直転送部の
掃出し口端子に接続され、逆転送された信号電荷の量に
基づいて入射光量を測定する測定回路、および前記のす
べての垂直転送部の出力端子に接続され、順転送された
信号電荷を順次水平方向に転送してビデオ信号を出力す
る水平転送部を備えていることを特徴とする。

この発明はいわゆる電子シャッタ付の固体電子撮像索子
において実行される信号電荷の逆転送を利用している。

この発明による固体電子撮像装置を用いた測光は予備撮
影を通して行なわれる。この予備撮影において蓄積され
た信号電荷は逆転送によって掃出され、この掃出された
信号電荷口が測定される。そしてこの測定値に基づいて
シャ・シタ速度や絞り値が決定される。

被写体像を撮像するための固体電子撮像素子を用いて測
光しているので正確な測光が可能であり、適切な露光量
調整ができるようになる。また予備撮影において蓄積さ
れた信号電荷を逆転送により収集しているので迅速な測
光ができる。

この発明によると被写体像を撮像するための固体電子撮
像素子を用いて測光しているのでフォト・ダイオード等
の測光専用の受光素子を必ずしも設ける必要はない。も
っとも、この発明は測光専用の受光素子を設けることを
排除するものではない。測光用受光素子からの測光信号
に基づいておおよその露光量を決定し、その後この発明
によって最適な露光量を決定するようにすることもでき
る。

複数の測光回路を設けるとともに多数の垂直転送部をい
くつかのグループに分け、各グループ内の垂直転送部の
掃出し信号電荷を各測光回路に導くようにすると、受光
領域内の水平方向に分割された複数の場所の入射光量を
個別にＡｌ１定することができる。さらに、掃出される
信号電荷（一定期間内におけるその積分値が好ましい）
を複数のタイミングでサンプリングすることにより垂直
方向に分割された複数の場所の入射光量を別個に測定す
ることができる。このようにして、受光領域を垂直、水
平方向に分割して、各場所における入射光量が得られる
ので（マルチ測光）、所望の場所に適合した露光制御を
行なうことが可能となる。

実施例の説明 第１図にこの発明による固体電子撮像装置の実施例を示
す。固体電子撮像装置は垂直方向および水平方向に配置
された多数のフォト・ダイオード（光電変換素子）１．
フォト・ダイオード１の垂直方向の各列に隣接してそれ
ぞれ配置された垂直ＣＣＤ　（垂直転送部）３．各フォ
ト・ダイオード１と各垂直ＣＣＤ３との間に設けられ、
転送ゲートパルスが与えられたときに各フォト・ダイオ
ード１に蓄積された信号電荷を垂直ＣＣＤ３へと転送す
る転送ゲート２．すべての垂直ＣＣＤ３の一端（出力端
子）に接続されている水平ＣＣＤ　（水平転送部）４お
よび水平ＣＣＤ４の出力側に接続された出力部（電荷増
幅回路）５からｔ−■成されている。これはいわゆるイ
ンターライン転送方式の固体電子撮像素子である。

すべての転送ゲート２にはゲート信号線を通して同時に
転送ゲート・パルスが与えられ。

これによりそれらのゲートが開く。各垂直ＣＣＤ３の電
極（図示路）には転送パルスφ９□〜φｖ４または逆転
送パルスφ、４〜φ９、が与えられる。転送パルスφ、
１〜φｖ４が与えられると、信号電荷は垂直ＣＣＤａ内
を水平ＣＣＤ４の方向に順次転送される。これを順転送
という。逆転送パルスφｖ４〜φ９□が与えられると信
号電荷は垂直ＣＣＤａ内を上記とは逆方向に転送されて
掃出される。これを逆転送という。

多数の垂直ＣＣＤ３はこの実施例ではその配置場所によ
って３つのグループに分けられている。

そして１つのグループ内の垂直ＣＣＤ３の他端（逆転過
電荷掃出し口）が１つの電荷掃出し線に共通に接続され
ている。したがって、この実施例のものは受光領域を水
平方向に３つに分割した場所ごとに測光が可能となって
いる。３つの電荷掃出し線７はそれぞれ積分回路１４に
接続され、積分回路１４の出力側はマルチプレクサＩＯ
に接続されている。マルチプレクサｌＯによって選択さ
れた積分信号はＡ／Ｄ変換変換回路ｌ上りディジタル信
号に変換され、さらにＣＰＵ１２に与えられる。ＣＰＵ
１２はマルチプレクサ１０に入力する積分信号を順次切
替えるための信号を出力するとともに、これによって取
込んだ測光信号（積分信号）に基づいて露光量を決定し
、絞り制御信号および／またはシャッタ速度制御信号を
出力する。またＣＰＵ１２は積分回路１４のリセット処
理を行なう。電荷掃出し線７および積分回路１４が測光
回路を構成する。

場合によってはマルチプレクサ１Ｇ、Ａ／Ｄ変換回路１
１およびＣＰＵ１２を測光回路に含めてもよい。

第２図は第１図に示す固体電子撮像装置による測光、露
光制御、撮影の動作の一例を示すタイム書チャートであ
る。このタイム・チャートは撮像したビデオ信号を回転
するビデオ・フロッピーに記録するいわゆる電子スチル
・カメラに適合した動作を示している。ビデオ・フロッ
ピーは１／ＢＯ（Ｓ）で１回転するように回転制御され
る。ビデオ・フロッピーの回転位相と撮影タイミングと
は同期をとる必要があるので、　　１／８０（ｓ）ごと
に転送ゲート争パルス（フィールドφシフトΦパルス；
これを同期転送ゲート・パルスという）Ｐ　　、Ｐ　　
、Ｐ　　、Ｐ　　が与えられている。

パルスＰ２とＰ３との間は（１／６０）Ｘ　ｎ　（ｓ）
　　（ｎは正の整数）に設定されている。ｎ≧２の場合
にはパルスＰ２とＰ３との間に１／８０（ｓ）ごとに（
ｎ−１）個の転送ゲート・パルスが与えられるのはいう
までもない。

測光のための予備撮影が行なわれる。予備撮影のために
同期転送ゲート・パルス間のあるタイミング（パルスＰ
　とＰ２の間の時刻１１）で転送ゲート・パルスＱｌが
与えられる。このパルスＱ　と次の同期転送ゲート・パ
ルスＰ２までの時間は固定的に定めておくことが好まし
い。もっとも測光用受光素子の出力に基づいてパルスＱ
ｌの出力時刻ｔ１を可変とすることもできるが、これは
予備撮影のシャッタ速度が可変であることを意味するの
でＣＰＵ１２に与えられる測光信号の表わす光量をある
単位時間当りの光量に変換する処理が必要となる。

転送ゲート・パルスＱ１が与えられることにより時刻ｔ
１以前にフォト・ダイオード１に蓄積された不要電荷が
垂直ＣＣＤ３に転送される。この不要電荷は垂直ＣＣＤ
３に逆転送信号φ、４〜φ９□を印加することにより垂
直ＣＣＤａ内を逆転送され電荷掃出し線７を通して不要
電荷として掃出される。

前述したようにパルスＱ１が出力されてから次の同期転
送パルスＰ２が出力されるまでの時刻（ｔ　からｔ２ま
での時間）は固定であり、この時間内において予備撮影
が行なわれ、この予備撮影において測光が行なわれる。

予備撮影は複数回行なうようにしてもよい。

予備撮影の結果フォト・ダイオード１に蓄積された電荷
は同期転送ゲート・パルスＰ２により垂直ＣＣＤ３に転
送される。このときにも垂直ＣＣＤ３に逆転送パルスφ
ｖ４〜φ、１が与えられ蓄積された信号電荷は電荷掃出
し線７を通して掃出される。積分回路１４は逆転送の開
始時（すなわちパルスＱ　が出力される時刻１１）にリ
セットされる。各電荷掃出し線７に掃出された信号電荷
は各積分回路１４でそれぞれ積分される。そして。

信号電荷の掃出しが終了した時点で各積分回路１４の出
力積分値は順次マルチプレクサＩＯを経て。

Ａ／Ｄ変換回路１１によってディジタル信号に変換され
ＣＰＵ１２に取込まれる。

ＣＰＵ１２は取込んだ３つの積分光量に基づいて露光制
御を行なう。固体電子撮像素子への露光量は絞り値およ
びシャッタ速度によって制御される。測光した入射光量
に基づく絞り値およびシャッタ速度の制御には２次のよ
うなやり方がある。その１つは、照度に対して最適絞り
値および最適シャッタ速度をあらかじめ定めたテーブル
（プログラム線図）をＣＰＵ１２のＲＡＭまたはＲＯＭ
に記憶しておき、測光値をキーとして最適絞り値および
最適シャッタ速度をこのテーブルから読出して行なうも
のである。もう１つは。

ＣＰ　Ｕ　１２のプログラムに最適絞り値および最適シ
ャッタ速度を求めるための計算式を組込んでおき、この
計算式に測定した光量を代入して最適絞り値および最適
シャッタ速度を求めるものである。このさい、一般には
測光量によって最適絞り値がまず求められ２次にこの求
めた絞り値を用いてシャッタ速度が算出される。絞り値
、シャッタ速度のいずれか一方を固定しておいて他方を
調整するようにしてもよいし１両方を最適値に調整して
もよい。絞り値の調整は公知の絞り制御によって行なえ
ばよく、電子シャッタの場合にはシャッタ速度は後述す
る転送ゲート・パルスＱ２の出力タイミングを調整する
ことにより制御される。

この実施例では受光領域が水平方向に３分割され、各場
所における入射光量が個別に測定されているので、３つ
の場所のうちの１つを入力手段で指定することによりそ
の場所の測定光量に基づいて全体の露光量を制御するこ
とが可能であり、撮影操作者は所望の場所の露光量を最
適にして撮影することができるようになる。３つの場所
の測光量の総和または平均値に基づいて露光量を決定す
ることかできるのはいうまでもない。

この後、定められた時刻ｔ３において（シャッタ速度固
定の場合）、または決定されたシャッタ速度に応じた時
刻ｔ３において、転送ゲート・パルスＱ　が出力される
と、パルスＰ２の時点からフォトφダイオード１に蓄積
されていた電荷は不要なものとして掃出される。パルス
Ｑ２から次の同期転送ゲート・パルスＰ　までの時間（
ｔ３からｔ４までの時間）が本撮影の時間帯である。こ
の時間帯において露光がされることによってフォト・ダ
イオード１に蓄積された信号電荷は、同期転送ゲート・
パルスＰ３が転送ゲート２に与えられることにより垂直
ＣＣＤ３に転送される。垂直ＣＣＤ３には転送信号φｖ
１〜φｖ４が与えられるので、垂直ＣＣＤ３に転送され
た電荷は順次水平ＣＣＤ４に転送され、水平ＣＣＤ４か
ら出力部５を経てビデオ信号として出力される。ビデオ
信号はその１フイ一ルド分が１／ＧＯ（ｓ）で読出され
。

」二述したようにＦＭ変調等の所定の処理を加えられた
のちビデオ・フロッピーに記録される。図示は省略され
ているが、水平ＣＣＤ４にも水平転送パルスが与えられ
るのはいうまでもない。

第３図および第４図は他の実施例を示している。測光場
所を垂直方向にもいくつかに分割するために、第３図に
示すように各電荷掃出し線７にサンプリング回路１３が
設けられている。第４図のタイム・チャートからも分る
ように掃出し線７に掃出される予備撮影における信号電
荷は掃出されている間に適当なサンプル・タイミングで
サンプリングされ、Ａ／Ｄｄ換回路１１を経てＣＰＵ１
２に取込まれる。サンプリング回数は受光領域の縦方向
分割数によって決る。サンプリングの直前の所定の期＋
８１にわたって（たとえばサンプリング間隔の間）、信
号電荷を積分し、この積分値をサンプリングして取込む
ことが好ましい。その場合、積分回路はサンプリングご
とにクリアされる。

上記実施例では固体電子撮像素子としてインターライン
転送方式のものが示されているが、他にたとえばジグザ
グ転送（ＺＴ）方式のもの等。

逆転送によりシャッタ速度（露光時間）を制御するすべ
てのタイプの固体電子撮像素子にこの発明は適用可能で
ある。また転送パルスも４相に限らず２相、３相等の撮
像素子にも適用できる。

さらに、上記実施例ではインターレス走査かノンインタ
ーレス走査かについては言及しなかったがこの発明は両
方のタイプに適用できるし、モノクロかカラーかの別に
もかかわりなくこの発明は適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による固体電子撮像装置の実施例を示
す回路図、第２図は第１図に示す回路の動作例を示すタ
イム・チャート、第３図は他の実施例を示す回路図であ
り、第４図はその動作を示すタイム番チャートである。 １・・・フォト◆ダイオード（光電変換素子）。 ２・・・転送ゲート。 °３・・・垂直ＣＣＤ　（垂直転送部）。 ４・・・水平ＣＯＤ　（水平転送部）。 ５・・・出力部、　　　７・・・電荷掃出し線。 Ｉ２・・・ＣＰＵ、　　　　１３・・・サンプリング回
路。 １４・・・積分回路。 以　　上 特許出願人　　　富士写真フィルム株式会社代　　理　
　人　　　　　弁理士　　　加　　藤　　朝　　道（外
１名）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）入射光量に応じた信号電荷量を蓄積する垂直方向
   および水平方向に配置された多数の光電変換素子。 前記光電変換素子の垂直方向の各列に隣接して垂直方向
   に配置され、転送信号に応じて信号電荷を出力端子の方
   向に転送するとともに逆転送信号に応じて出力端子とは
   反対側にある掃出し口端子の方向に信号電荷を逆転送す
   る垂直転送部。 前記光電変換素子に蓄積された信号電荷をゲート信号に
   応じて隣接する垂直転送部へ転送する転送ゲート。 前記垂直転送部の掃出し口端子に接続され、逆転送され
   た信号電荷の量に基づいて入射光量を測定する測定回路
   、および 前記のすべての垂直転送部の出力端子に接続され、順転
   送された信号電荷を順次水平方向に転送してビデオ信号
   を出力する水平転送部。 を備えた固体電子撮像装置。
2. （２）前記測定回路がすべての垂直転送部の掃出し口端
   子に接続されている、特許請求の範囲第（１）項に記載
   の固体電子撮像装置。
3. （３）複数の測定回路が設けられ、各測定回路が一つの
   垂直転送部の掃出し口、または複数の垂直転送部からな
   る一群の垂直転送部の掃出し口に接続されている、特許
   請求の範囲第（１）項に記載の固体電子撮像装置。
4. （４）前記測定回路が、逆転送されて掃出される一定範
   囲の信号電荷を積分する積分回路を備えている特許請求
   の範囲第（１）項に記載の固体電子撮像装置。
5. （５）前記測定回路が、逆転送されて掃出される信号電
   荷を所定のタイミングでサンプリングするサンプリング
   回路を備えている特許請求の範囲第（１）項に記載の固
   体電子撮像装置。