JPH04167776A - 撮像装置及び固体撮像素子の駆動装置 - 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】 ［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
子等の撮像装置並びに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
するだめの手段として、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、いわゆる電子シャッタ機能を用いる
ものがあった。

［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
という問題点があった。また電子シャッタ機能を用いる
手法では、撮像画の動きが不自然になるという問題点が
あった。

以下、上記問題点のうち、電子シャッタ機能を用いる手
法における問題点を更に詳しく述べる。

第３図はインクライントランスファ型ＣＣＤの概念図で
、■は光電変換をするセンサ部、２は垂直転送レジスタ
、４は水平転送レジスフ、５は出力アンプである。図中
のＡ−Ａ’線に沿った断面図及びポテンシャル図が第４
図である。

第４図中、６は画素分離用のチャンネルストップ（Ｃ３
）、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
ザブストレート、９は酸化膜である。

電子シャ′ツタ時の動作を第４図及び第５図を用いて説
明する。第５図は、標準テレビジョン信号の］フィール
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のポテンシャルが下がり、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φ
ＳＵＢ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に蓄積された電荷なφＳ
ＯＢ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５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
ｔｏでセンサ部１の電荷を読み出した後、次の期間が始
まるが、時刻ｔ１での水平帰線期間中に、φ５ＵＢ＝”
Ｈ”となるので、ｔｏからｔｌまでの電荷はセンサ部１
には残っていない。時刻ｔ１からｔ２までの間はφ５Ｕ
Ｂ＝”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−ｔｌ　）となる。

よって、電子シャッタとしての機能は十分に果たすもの
の、従来の電子シャッ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かあるとい
う問題点かあった。

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制御のできる撮像
装置及び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、目的を達成するために、本発明の
撮像装置は、複数回離散的に蓄積を行うことにより所定
の総合蓄積時間を得る第１の駆動モードと、１回連続的
に蓄積を行うことにより前記所定期間の蓄積時間を得る
第２の駆動モードとを有する制御手段を備えたものであ
る。

また、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、ｌフィールド期間内に２同辺上間欠的に前
記センシング手段の情報を前記除去手段によって除去さ
せることにより、情報蓄積時間を制御する固体撮像素子
の駆動装置であって、１フィールド期間内に複数回の前
記除去手段の動作毎に、該動作の終了から所定時間の後
に前記センシング手段の情報を前記第１の記憶手段に読
み込む動作を行わせる第１の駆動モードと、１フィール
ド期間内において、前記除去手段の１フィールド期間内
の全ての動作を完了させた後に、前記センシング手段か
らの情報を前記第１の記憶手段に読み込む動作を行わせ
る第２の駆動モードを有し、かかる第１の駆動モードと
第２の駆動モードが選択可能あるいは組み合わせ可能な
らしめたものである。

［作用］ 上記の構成において、本発明は、８ＩＩ敗的に情報の蓄
積を行なって、１フィールド期間内全体にわたってまん
べんなく情報の蓄積を行う第１の駆動モードと、１回連
続的に蓄積を行う第２の駆動モートを、被写体の条件に
より選択して、あるいは組み合わせて使用することによ
り、動解像度の一定した、さらには、被写体の条件に適
した露出制御が出来るように作用する。

［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ァ
型ＣＣＤと呼ばれるもので、第３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（。

また、第２図のＡ−Ａ”線に沿う断面図及びポテンシャ
ル図は、第４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（ａ）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１フィールド期間内で離散
的に情報蓄積を行い露出補正をするときの駆動の仕方（
以下「マルチ露光」と称する）を説明するものである。

時刻ｔｌＯで、直前のセンサ部１の電荷は、センサ部１
より垂直転送レジスフ２に送られ、垂直転送レジスタ２
の１フィールド分の電荷は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）。その後目に示
す様に、各時刻ｔ１１゜ｔ１２．−−−、　ｔｎ±９　
、　ｔｎ＋ｌｏの直前の期間ａｌ。

ａ２　、ａｎ−１、ａｎを電荷蓄積期間とするために、
除去パルスφＳＯＢを図のように駆動する。

これにより電荷の掃き出しく除去）と蓄積が離散的に行
われる。ｔ　１１．　ｔ　１２．・・・・・・、　ｔｎ
＋９　、　ｔｎ＋１０において読み出しパルスφＲＯＧ
によりセンサ部１から垂直転送レジスタ２へ電荷が移動
する。

よって時刻ｔ　ｎ＋１０で転送パルスφＲＯＧが°。

Ｈ”である期間が終った直後の垂直転送レジスタ２には
、蓄積期間ａｌ、ａ、２．・・・・・・ａｎの間にセン
サ部１に発生した電荷の総和が蓄積されていることどな
る。即ち、１フィールド期間内における除去パルスφＳ
ＵＢの各印加期間、回数により垂直転送レジスタ２に蓄
積される電荷の総和が制御され、ＣＣＤセンサ自体がシ
ャッタとして機能する。

ここで、φＳＵＢ除去パルスの発生タイミング及び、φ
ＲＯＧ転送パルスの発生タイミングは、標準テレビジョ
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。

次に前述した従来の電子シャッタ動作を、本実施例に使
用するＣＣＤ素子で実現させる動作を第１図（ｂ）によ
り説明する。

図の様に、１フィールド期間内に１回づつφＲＯＧ転送
パルスが印加され（ＴＩＯ，Ｔｌｌ、・・・）その期間
内に１回ずっφＳＵＢ除去パルス（Ｔ２Ｏ。

・・・）が印加される。

これにより１フィールド期間内で電荷の掃き出しく除去
）と蓄積が順次１回づつ行われる。

従って、時刻Ｔｌｌで転送パルスφＲＯＧが“Ｈ”であ
る期間が終った直後の垂直転送レジスタ２には蓄積期間
Ａ１間にセンサ部１に発生した電荷の総和が蓄積されて
いる事になる。

次に、前述のマルチ露光のモード（第１の駆動モード）
と従来の電子シャッターのモード（第２の駆動モード）
の使い分けについて説明する。

まず、マルチ露光のモードでは、第１図（ａ）に示した
ごとく、蓄積時間を１フィールド期間内に離散的にまん
べんなく分布させているので、明るさの時間的変化が大
きい被写体に対しては、動解像度の変化がな（、非常に
有効である。しかし、逆に、蓄積期間ａｌで受光した被
写体像と、蓄積期間ａｎで受光した被写体像には、１／
６０秒近い時間差があるため、動きの早い被写体に対し
ては、動解像度が、低下する。また、従来の電子シャッ
ターのモードでは、前述したような欠点があるものの、
特に、明るさの時間的変化が少なく、動きの早い被写体
に対しては、動解像度の変化も余り目立たず、動解像度
の良い画像を撮影することができる。

したがって、たとえば、被写体の動きが遅い場合や被写
体の明るさの変化が大きい場合には、マルチ露光のモー
ドを選択し、明るさの時間的変化が少な（、動きが早い
被写体の場合には、従来の電子シャッターのモードを選
択するようにすれば、動解像度の変化が少な（、しかも
動解像度の良好な画像を撮影することができる。

以上説明した様に、本発明によれば、蓄積時間を１フィ
ールド期間内で所定回数、所定時間だけまんべんなく分
布させる露光制御のモードと、従来の電子シャッターで
ある１フィールド期間内で所定の連続した露光時間制御
を行うモードを同一の固体撮像素子を用いて駆動制御を
変えるだけで実現する事が出来る。従って、この二つの
モードを使い分け、あるいは組み合わせて使用すること
により被写体の条件、撮影の意図に適した露出制御が可
能となる。

また、本実施例では、従来の電子シャッター動作を行う
場合に、１フィールド期間内に１回の転送パルスφＲＯ
Ｇ、１回の除去パルスφＳＯＢを印加する例を説明した
が、第１図（ｃ）の様に１フィールド期間の途中より図
示する如くφＲＯＧ転送パルスｔ１１．・・・、　ｔｌ
ｏ＋ｎを発生させる前に終了するφＳＵＢ除去パルスＴ
２１．・・・、　ｔ２０＋ｍの様に構成してもよい。同
じ（蓄積期間はＡｌとなり第１図（ｂ）の場合と同様の
効果が得られる。

なお、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フィールド期間が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はなく、−次
元センサーに適用しても良い。

［発明の効果］ 以上述べた様に、本発明によれば、離散的に情報の蓄積
を行なって、１フィールド期間内全体にわたってまんべ
んな（情報の蓄積を行う第１の駆動モードと、１回連続
的に蓄積を行う第２の駆動モードを、被写体の条件によ
り選択して、あるいは組み合わせて使用することにより
、動解像度の一定した、さらには、被写体の条件に適し
た露出制御が出来るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）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
ンスファ型ＣＣＤの概念図、 第３図はインターライントランスファ型ＣＣＤの概念図
、 第４図は第３図のＡ−Ａ’線に沿う断面図及びポテンシ
ャル図、 第５図は従来の電子シャッ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。 ＼ノ く　　　　　　　　　ヌ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数回離散的に蓄積を行うことにより所定の総合
   的蓄積時間を得る第１の駆動モードと、１回連続的に蓄
   積を行うことにより前記所定の総合的蓄積時間を得る第
   ２の駆動モードとを有する制御手段を備えた撮像装置。
2. （２）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フィールド期間内に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フィールド期間内に複数回の前記除去手段の動作毎に
   、該動作の終了から所定時間の後に前記センシング手段
   の情報を前記第１の記憶手段に読み込む動作を行わせる
   第１の駆動モードと、１フィールド期間内において、前
   記除去手段の１フィールド期間内の全ての動作を完了さ
   せた後に、前記センシング手段からの情報を前記第１の
   記憶手段に読み込む動作を行わせる第２の駆動モードを
   有し、かかる第１の駆動モードと第２駆動のモードが選
   択可能あるいは組み合わせ可能ならしめた事を特徴とす
   る固体撮像素子の駆動装置。
3. （３）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、標準テレビジョン信号の
   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２項に記載の固体撮像素子の駆動装置。