JPH0563995B2

JPH0563995B2 -

Info

Publication number: JPH0563995B2
Application number: JP63320004A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Tani
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1988-12-19
Filing date: 1988-12-19
Publication date: 1993-09-13
Also published as: JPH02164186A

Description

【発明の詳細な説明】［技術分野］本発明は、撮像素子の駆動装置に係り、より具
体的には、例えばCCD等の撮像素子の電荷の蓄
積時間を変えることができる電子シヤツタの改良
に関する。

［従来技術］近年、従来の銀塩フイルムに代えて、CCD撮
像素子を用いる電子スチルカメラが種々に開発さ
れている。この種の電子スチルカメラは、従来の
カメラと同様のメニカルシヤツタを用いてメカニ
カルにシヤツタ速度、つまり、CCD撮像素子の
受光部が被写体光を受光する時間をメカニカルに
調整していた。

ところで、CCD撮像素子は、受光部に蓄積さ
れた電荷を垂直転送用CCD（垂直転送部）に転送
する時間の間隔、つまり蓄積時間を変えれば、従
来のメカニカルシヤツタと同様のシヤツタ速度制
御機能が得られる。そこで最近では、この電荷蓄
積時間の調整を積極的に利用した純電子シヤツタ
を採用して、カメラの軽量化、コストダウンを図
ろうとしている。

上記従来の電子シヤツタにおいては、CCD撮
像素子が常時露光状態にある。したがつて、録画
しないときには、受光部に蓄積される不要電荷を
定期的に捨てなければならない。そこで、撮像素
子ドライバから定期的に出力される蓄積制御信号
により受光部の電荷を垂直転送用CCDに一斉に
転送し、この垂直転送用CCDに転送された電荷
を掃き出しドレインに掃き出している。

シヤツタ動作する場合は、先ず、上記定期的な
蓄積制御信号出力時からシヤツタ速度（露光時
間）を逆算した時間に、撮像素子ドライバから蓄
積制御信号を出力し、受光部の不要電荷を垂直転
送CCDに転送する。これで受光部には電荷がな
くなり、この状態から信号電気の蓄積が開始され
る。上記垂直転送用CCDの不要電荷は、次の定
期的な蓄積制御信号が出力される前、つまり、露
光時間内に、掃き出し信号によつて掃き出され
る。

そして、露光時間経過時に、上記定期的な蓄積
制御信号が出力され、受光部に蓄積された信号電
荷が垂直転送用CCDに転送され、読出し信号に
よつて読出され、記録される。

したがつて、上記従来の電子シヤツタでは、シ
ヤツタ速度が速く（露光時間が短く）なると、不
要電荷を掃き出すための時間が短くなるので、不
要電荷の掃き出しを高速で実行しなければならな
い。

しかし、垂直転送用CCDゲートの電極容量は
大きいので、掃き出し信号の周波数を高くする
と、転送効率が下がつてしまう。つまり、一度に
掃き出すことができる電荷量が少なくなつてしま
うのである。

しかしながら、高速シヤツタを使用する場合
は、一般に被写体が明るいので、受光部に入射す
る光量が多く、しかも、シヤツタ速度が速くなれ
ばなるほど不要電荷蓄積時間が長くなるので、不
要電荷の蓄積量が多くなる。そのため、シヤツタ
速度が速くなればなるほど、不要電荷の掃き出し
が十分に行なわれ難くなる。

その結果、高速シヤツタ動作時には、掃き出し
切れなかつた不要電荷がノイズとして信号電荷に
プラスされてしまい、画像を損ねてしまうという
問題があつた。

例えば、定期蓄積制御信号がおよそ1/60秒間隔
で出力されているCCD撮像素子において、シヤ
ツタ速度が1/125秒である場合には、受光部には
約1/125（1/60−1/125）秒間しか不要電荷が蓄積
されないので、垂直転送CCDに転送されている
不要電荷の掃き出しが十分に行なえる。したがつ
て、ノイズのない均一な明るさの画像が得られ
る。

しかしながら、シヤツタ速度が1/2000秒という
ような高速になると、受光部には、ほぼ1/60（1/
６０−1/2000）秒間、不要電荷が蓄積される。しか
も、高速シヤツタ動作時には、一般に被写体輝度
が高いので、受光部に蓄積される不要電荷量は、
上記シヤツタ速度が1/125秒のときよりも数倍も
多くなる。そのため、上記不要電荷の掃き出しが
完全には実行されなくなり、垂直転送用CCDに
は掃き出し切れなかつた不要電荷が残留してしま
う。その結果、上記残留不要電荷が信号電荷に加
えられてしまい、画像の下方が明るくなるという
問題を生じていた。

［発明の目的］本発明は、このような従来の問題点に鑑みてな
されたものであり、高速シヤツタ動作時において
も、不要電荷の掃き出しを確実に行なうことがで
きる撮像素子の駆動装置の提供を目的とするもの
である。

［発明の概要］上記目的を達成するための本発明は、被写体像
を信号電荷に変換して蓄積する受光部および垂直
転送部を備えた撮像手段と、上記受光部に蓄積さ
れた信号電荷を上記垂直転送部に転送させる定期
蓄積制御信号および上記垂直転送部に転送された
信号電荷を読み出す読み出し信号を定期的に出力
し、外部から掃き出し要求信号を入力した時に上
記垂直転送部の電荷を短時間で掃き出す高速掃き
出し信号を出力する、パルス信号出力手段と、上
記受光部の信号電荷を上記垂直転送部に転送させ
る強制蓄積制御信号および上記掃き出し要求信号
を出力する制御手段とを備え、この制御手段は、
上記蓄積制御信号が出力される前に、上記受光部
の電荷を上記垂直転送部に転送させる第１の強制
蓄積制御信号を出力するとともに上記掃き出し要
求信号を出力し、上記定期蓄積制御信号が出力さ
れた後に出力される次の定期蓄積制御信号よりも
所定時間前に第２の強制蓄積制御信号および上記
掃き出し要求信号を出力して露光を開始させるこ
と、を特徴とするものである。

上記構成によれば、上記撮像手段には、高速で
信号電荷を転送する必要のない通常時では、上記
撮像手段から信号電荷を垂直転送部に転送させる
蓄積制御手段を上記撮像手段に定期的に出力する
とともに、パルス信号出力手段から比較的低速の
駆動信号が与えられ、垂直転送部から通常の速さ
で信号電荷の転送が行なわれる。

一方、制御手段がシヤツタ動作を開始するとき
には、このシヤツタ動作前に、制御手段はまず第
１の強制蓄積制御信号を上記撮像手段に出力する
とともに、高速掃き出し要求信号を上記パルス信
号出力手段に出力し、一旦、これまでに蓄積され
た不要電荷を上記撮像手段から掃き出させる。

そして、シヤツタ動作時には、制御手段は、第
２の強制蓄積制御信号を上記撮像手段に出力する
とともに、パルス信号出力手段に高速掃き出し要
求信号を出力し、これにより、垂直転送部から不
要電荷がもう一度高速で掃き出されることにな
る。このため、シヤツタ動作時に掃き出すべき不
要電荷は第１の強制蓄積制御信号が出力されてか
ら第２の強制蓄積制御手段が出力される間に蓄積
された電荷となるので、掃き出すべき不要電荷量
は、従来に比較して半分以下にすることができ、
シヤツタ速度のいかんにかかわらず、不要電荷の
掃き出しを確実に行なうことができる。

なお、シヤツタ動作を開始させるための第２の
強制蓄積制御信号は、制御手段が被写体の明るさ
に応じて、または設定された適宜最適なタイミン
グをもつて出力するようになつている。

［発明の実施例］以下に、本発明にかかる撮像素子の駆動装置の
実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

第１図は、撮像素子の駆動装置の概略構成を示
すブロツク図である。

図に示すように、撮像手段としてのCCD撮像
素子１１には、このCCD撮像素子１１を駆動す
るドライバ１２が接続されている。このドライバ
１２には、切換えスイツチ回路２０Ａ，２０Ｂを
介してパルス信号出力手段としてのCCD駆動用
クロツクジエネレータ１３、制御手段としてマイ
クロプロセツシングユニツト（MPU）１４が接
続されている。なお、MPU１４および切換えが
スイツチ回路２０Ａ，２０Ｂによつて制御手段が
構成されている。

クロツクジエネレータ１３からは、CCD撮像
素子１１の各受光素子（フオトダイオード）に蓄
積された電荷を、一定周期（通常およそ1/60秒周
期）で垂直転送部としての垂直転送用CCDに一
斉に転送させる定期蓄積制御信号としての定期蓄
積制御パルスおよび比較的的低速の転送パルスが
出力される。定期蓄積制御パルスはCTGを介し
てスイツチ回路２０Ａに、転送パルスはCV₁〜
CV₄を介してスイツチ回路２０Ｂに出力される。

さらにクロツクジエネレータ１３からは、垂直
転送用CCDに転送された信号電荷を読出す読出
し信号としての水平および垂直転送信号が出力さ
れる。その内の垂直転送信号は、CV₁〜CV₄を介
して出力される。なお、本実施例の説明では、水
平転送に関する構成および説明は省略した。

PV₁〜PV₄の転送パルスは、PTGの強制蓄積
制御パルスのレベルに応じて、蓄積制御信号、ま
たは垂直転送信号のいずれかになる。

次に、本発明の特徴である構成について説明す
る。

MPU１４は、この駆動装置全体の動作を総括
的に制御しており、ここからは、切換えスイツチ
回路２０Ａ，２０Ｂに切換え動作をさせる切換え
信号がPSを介して出力される。このPSの信号が
“Ｈ”であるか“Ｌ”であるかで、切換えスイツ
チ回路２０Ａ，２０Ｂの接続位置、つまりドライ
バ１２にクロツクジエネレータ１３を接続する
か、MPU１４を接続するかが決定される。

また、MPU１４からは、CCD撮像素子１１の
受光部に蓄積された電荷を垂直転送用CCDに一
斉に転送させる第１および第２の強制蓄積制御信
号となる第１および第２の強制蓄積制御パルスお
よび転送パルスが出力される。第１、第２の強制
蓄積制御パルスは、PTGを介して切換えスイツ
チ回路２０Ａに出力され、転送パルスは、PV₁〜
PV₄を介して切換えスイツチ回路２０Ｂに出力さ
れる。

また、第１の強制蓄積制御パルスは、シヤツタ
動作時に出力される第２の強制蓄積制御パルスが
含まれるフイールドの直前のフイールドに出力さ
れる。その出力のタイミングは、後述するフロー
チヤートにおいて説明する。

さらにMPU１４からは、クロツクジエネータ
１３に対して、掃き出し要求信号としての掃き出
し要求パルスがPHVを介して出力される。この
掃き出し要求パルスが入力されると、クロツクジ
エネレータ１３からは、不要電荷を高速で掃き出
させる掃き出し信号としての高速垂直転送パルス
が、CV₁〜CV₄を介して切換えスイツチ回路２０
Ｂに出力される。

切換えスイツチ回路２０Ａからドライバ１２に
対しては、上記MPU１４またはクロツクジエネ
レータ１３から出力されるCTGまたはPTGの蓄
積制御パルスが、TGを介して出力される。

スイツチ回路２０Ｂからドライバ１２に対して
は、CV₁〜CV₄またはPV₁〜PV₄の転送パルス
が、V₁〜V₄を介して出力される。

上記したように、クロツクジエネレータ１３ま
たはMPU１４から出力される何れの蓄積制御パ
ルスおよび転送パルスを用いるかは、MPU１４
からPSに出力される切換え信号によつて決定さ
れる。つまり、PSが“Ｈ”の時にはクロツクジ
エネレータ１３のパルスを使用し、“Ｌ”の時に
MPU１４のパルスを使用するのである。

ドライバ１２から出力されるФV₁〜ФV₄の転
送パルスは、TGの蓄積制御パルスレベルに応じ
て、フオトダイオードの電荷を垂直転送用CCD
に転送させる蓄積制御信号、または垂直転送用
CCD上の電荷を垂直転送させる読出し信号、あ
るいは高速掃き出し信号となる。つまり、蓄積制
御時は比較的低速の転送パルスが蓄積制御パルス
とともに出力され、読出し時は転送パルスが水平
転送パルスと一定の関係で出力され、掃き出し時
は高速転送パルスが出力される。

なお、垂直転送用CCDに転送された不要電荷
の掃き出しは、水平転送用CCDとは逆方向に設
けられた電荷掃き出しドレインに対してなされ
る。

撮影レンズ１５から入射して絞り１６を通つた
被写体像は、上記CCD撮像素子１１の受光部を
構成するフオトダイオードに結像され、信号電荷
の形態で捕らえられている。

CCD撮像素子１１の水平転送用CCDには、録
再部１８が接続されている。この録再部１８は、
CCD撮像素子１１から出力される信号電荷に関
する情報をビデオ信号として磁気デイスク１７に
記憶し、あるいは磁気デイスク１７に記憶されて
いるビデオ信号を読み出して再生する。磁気デイ
スク１７および録再部１８の動作は、MPU１４
によつて制御される。

さらに、MPU１４には、被写体の明るさを測
定する測光素子２１からの測光信号を対数圧縮
し、Ａ／Ｄ変換してデジタル測光データとして出
力する測光部２２が接続されている。MPU１４
は、その測光データに基づいて最適な絞り値およ
びシヤツタ速度（電荷蓄積時間）を演算する。

また、MPU１４には、絞り１６を駆動する絞
り駆動回路２３と、レリーズボタン２４とが接続
されている。リレーズボタン２４からオン信号が
出力されると、MPU１４は、上記測光演算、絞
り駆動回路２３を介して絞り１６の絞り込み制
御、CCD撮像素子１１の駆動等の録画処理を実
行する。

第２図は、反転型のドライバ１２の具体的な回
路の一例を示したものである。

図に示されているように、CCD撮像素子１１
を駆動するФV₁〜ФV₄には、TGの強制蓄積制御
パルスとCV₁〜CV₄の転送パルスの組み合わせに
よつて複数組のパルス信号が出力されるようにな
つている。

切換えスイツチ素子３０は、TGの強制蓄積制
御パルスレベルが“Ｌ”のときは、図示のように
V_Hとの接続状態にあり、同強制蓄積制御パルス
レベルが“Ｈ”のときは、V_Mとの接続に切換わ
る。

切換えスイツイ素子３１は、V₁の転送パルス
レベル“Ｌ”のときには図示のようにスイツチ３
０との接続状態にあり、同レベルが“Ｈ”のとき
にはV_Lとの接続に切換わる。

切換えスイツチ素子３２は、V₂の転送パルス
レベルが“Ｌ”のときは図示のようにV_M′との接
続状態にあり、同レベルが“Ｈ”のときにはV_L
との接続に切換わる。

なお、前記V_H、V_M（V_M′）、V_Lのレベルは、V_H
＞V_M（V_M′）＞M_Lの関係にある。

V₃およびV₄に関する回路は、それぞれ前記V₁
およびV₂の回路と同一に構成されている。

前記ドライバ１２の具体的なタイミングチヤー
トを第３図に示してある。TGの蓄積制御パルス
の入力がないときには、切換えスイツチ素子３０
はV_Mに切換えられるので、ФV₁からは、V₁の転
送パルスが反転されて出力される。

ФV₂〜ФV₄からは、それぞれV₂〜V₄の転送パ
ルスが前記V₁と同様に反転されて出力される。

なお、上記場合において、V₁〜V₄の“Ｈ”レ
ベルはФV₁〜ФV₄のV_M、V_M′レベルに、同
“Ｌ”レベルはV_Lレベルに対応する。

また、TGの蓄積制御パルスの入力があると、
切変えスイツチ素子３０が図示のように、V_Hに
切換えられるので、V₁，V₂のレベルが、“Ｌ”の
ときには、ФV₁、ФV₃のレベルがV_Hになる。

上記説明の通り、ФV₁およびФV₃は三値信号
となり、ФV₁、ФV₃が最も高いレベルであるV_H
のときには蓄積制御信号となり、フオトダイオー
ドに蓄積された電荷を垂直転送用CCDに転送す
る。一方、ФV₁〜ФV₄がV_M、V_M′およびV_Lレベ
ルを取るときには垂直転送パルスとなり、垂直転
送用CCDに転送された電荷を、その垂直転送用
CCD上を順に転送する。

次に、このように構成された本発明の撮像素子
の制御装置の具体的な動作を第４図に示したフロ
ーチヤートに基づいて説明する。なお、このフロ
ーチヤートの説明に際しては、第１図の概略構成
図および第５図、第６図のタイミングチヤートを
参照しつつ説明する。

まず、リレーズボタン２４がオンされると、
MPU１４は、PSのパルスを“Ｈ”にセツトし、
PHVの高速転送パルス要求信号を“Ｌ”にセツ
トする（ステツプ51、52）。このセツトにより、
ドライバ１２にはクロツクジエネレータ１３が接
続され、クロツクジエネレータ１３からは、第５
図に示してあるように、1/60秒程度の一定の周期
で、定期蓄積制御パルスがCTGを介して、転送
パルスがCV₁〜CV₄を介して出力される。つま
り、1/60秒程度の一定の周期でCCD撮像素子１
１から被写体の画像が読み出され、録再部１８に
出力されることになる。この読出し信号は、測光
に利用することもできるが、本実施例では、外部
測光手段（測光素子２１）を有しているので利用
していない。

そして、MPU１４は、測光部２２から出力さ
れた被写体の明るさに関する測光データに基づい
て測光演算し、最適な絞り値AV₀およびシヤツ
タ速度TVを求める（ステツプ53）。そしてその
絞り値AV₀に基づいて絞り駆動回路２３を制御
し、最適な絞り値AV₀に絞り１６を設定する
（ステツプ54、55）。

絞り１６の設定が終了すると、第５図に示す
VDのパルスが“Ｈ”になるのを待つて、MPU
１４はPSの切換え信号を“Ｌ”に、PHVの掃き
出し要求パルスを“Ｈ”にセツトする（ステツプ
56、57）。このセツトによつて切換えスイツチス
イツチ２０Ａ，２０Ｂが切換わり、ドライバ１２
に対して、MPU１４から第１の強制蓄積制御信
号および転送信号がそれぞれPTGおよびPV₁〜
PV₄を介して出力され得る状態となる。

MPU１４は、第５図および第６図に示すよう
に、VDのパルスが“Ｈ”になると、第１の強制
蓄積制御信号をPTGに、転送パルスをPV₁〜
PV₄に出力してTVn＋１の間に蓄積された不要
電荷を垂直転送用CCDに転送させる（ステツプ
58）。

その後、MPU１４は、PSの切換え信号を
“Ｈ”にセツトする（ステツプ59）。これにより、
ドライバ１２には、クロツクジエネレータ１３か
らCV₁〜CV₄を介して出力される高速転送パルス
が入力される。つまり、垂直転送用CCDに転送
された不要電荷が掃き出されることとなる。

そしてMPU１４は、高速転送パルスの出力が
終了した後に、切換えパルスPSを再度“Ｌ”に
セツトする（ステツプ60、61）。このセツトによ
り、MPU１４から第２の強制蓄積制御パルスの
出力が可能になる。

MPU１４は、ステツプ53で演算した最適なシ
ヤツタ速度TVの間電荷を蓄積するための第２の
強制蓄積制御パルスおよび転送パルスをそれぞれ
PTGおよびPCV₁〜PCV₄を介してドライバ１２
に出力する（ステツプ62）。これにより、第１の
強制蓄積制御パルスが出力された後、第２の強制
蓄積制御パルスが出力されるまでのTVn＋１間
にCCD撮像素子１１のフオトダイオードに蓄積
された不要電荷が、垂直転送用CCDに転送され
る。

MPU１４は、パルスVDが“Ｈ”になるのを
待つて、PSの切替え信号を“Ｈ”にセツトする
（ステツプ63、64）。これにより、ドライバ１２に
は、クロツクジエネレータ１３から高速転送パル
スがCV₁〜CV₄を介して出力され、CCD撮像素子
１１の垂直転送用CCDに転送されている不要電
荷が高速で掃き出される。なお、上記設高速送パ
ルスは、所定時間（所定パルス数）だけ出力さ
れ、定期蓄積制御パルスが出力される前に、自動
的に停止する。

クロツクジエネレータ１３から定期蓄積制御パ
ルスが出力されると、シヤツタ時間TVの間に蓄
積された信号電荷が垂直転送用CCDに転送され
る。MPU１４は、その転送後に録再部１８の
RECゲートを開け、上記信号電荷の記録（録画）
を開始する（ステツプ65）。つまり、クロツクジ
エネレータ１３から出力される垂直および水平転
送信号によつて垂直転送用CCDから順に出力さ
れる信号電荷を、録再部１８を介してビデオ信号
として磁気デイスク１７に記録する。

１画面分の記録が終了したら、PHVの不要電
荷掃き出し要求パルスを“Ｌ”にセツトして、レ
リーズボタン２４がオンされる待つ初期状態に戻
る（ステツプ66、67）。

上記実施例によれば、シヤツタ速度を決める第
２の強制蓄積制御パルスが含まれるフイールドの
直前のフイールドで蓄積された不要電荷を第１の
強制蓄積制御信号によつて掃き出すので、シヤツ
タ速度が速くなつても、不要電荷が蓄積される時
間は最大でも１フイールド時間以内なので、不要
電荷を確実に掃き出すことができる。

なお、以上の実施例では、MPU１４から蓄積
制御パルスを構成する転送パルスを出力したが、
蓄積制御信号および転送信号はすべてクロツクジ
エネレータ１３から出力し、MPU１４からは、
それらを制御する信号のみを出力する回路構成に
してもよい。

また、CCD撮像素子の種類として、メモリ領
域のないインターライン転送方式のものを例示し
たが、これに限らず、メモリ領域のあるものや、
フレームインターライン転送方式のものにも本発
明は適用可能である。

［発明の効果］以上の説明により明らかなように、本発明で
は、露光を開始する第２の強制蓄積制御信号を出
力する前の定期蓄積制御信号の直前に、第１の強
制蓄積制御信号および掃き出し要求信号を出力
し、さらに第２の強制蓄積制御信号の出力直後に
掃き出し要求信号を出力、つまり、露光開始直前
に２回、受光部に蓄積した信号電荷を垂直転送部
に転送して掃き出しているので、高速シヤツタを
使用する高輝度でも、受光部が蓄積した不要電荷
の掃き出しを十分に実行できる。したがつて、画
像全面に渡つてノイズのない、均一な明るさの鮮
明な画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる撮像素子の駆動装置
の概略構成を示すブロツク図；第２図は、反転型
のドライバの具体的な回路の一例を示す図；第３
図は、第２図に示した反転型のドライバのタイミ
ングチヤート；第４図は、第１図に示した撮像素
子の駆動装置の動作フローチヤート；第５図は、
第１図に示した撮像素子の駆動装置の各部のタイ
ミングチヤート；第６図は、第５図の強制蓄積制
御信号出力時付近の詳細を示したタイミングチヤ
ートである。１１……CCD撮像素子（撮像手段）、１２……
ドライバ（パルス信号出力手段）、１３……CCD
駆動用クロツクジエネレータ（パルス信号出力手
段）、１４……MPU（制御手段）、２０Ａ，２０Ｂ
……切替えスイツチ回路（制御手段）。

Claims

【特許請求の範囲】１被写体像を信号電荷に変換して蓄積する受光
部および垂直転送部を備えた撮像手段と、上記受光部に蓄積された信号電荷を上記垂直転
送部に転送させる定期蓄積制御信号、および上記
垂直転送部に転送された信号電荷を読み出す読出
し信号を定期的に出力し、外部から掃き出し要求
信号を入力した時に上記垂直転送部の電荷を短時
間で掃き出す高速掃き出し信号を出力する、パル
ス信号出力手段と、上記受光部の信号電荷を上記垂直転送部に転送
させる強制蓄積制御信号および上記掃き出し要求
信号を出力する制御手段とを備え、この制御手段は、上記定期蓄積制御信号が出力
される前に、上記受光部の電荷を上記垂直転送部
に転送させる第１の強制蓄積制御信号を出力する
とともに上記掃き出し要求信号を出力し、上記定
期蓄積制御信号が出力された後に出力される次の
定期蓄積制御信号よりも所定時間前に第２の強制
蓄積制御信号および上記掃き出し要求信号を出力
して露光を開始させること、を特徴とする撮像素子の駆動装置。