JPS58117777A - 固体撮像装置 - 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】 本発明は電荷結合素子（ＣＣ１）　：　Ｃｈａｒｇｅ　
Ｃｏｕｐ−Ｉｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ　）　　等にて形成し
た固体イメージセンサを用いた固体撮像装置に関し、特
に、スチル画像の撮像を行なうのに最適な固体撮像装置
に関する。

従来よりＣＣＤ等の電荷転送素子にて形成した固体イメ
ージセンサを用いた固体撮像装置は、撮像光をイメージ
センサの各受光部に常時照射しておき、ｌフィールド期
間あるいは１フレ一ム期間毎に撮像出力信号を読出すこ
とにより、連続的な撮像動作を行なう所謂ビデオカメラ
として使用するための各種構成のものが提案されている
。ところで、固体イメージセンサでは、受光部にて得ら
れる信号電荷を転送する構造上、その転送部に不要な電
荷が漏洩したり熱的に励起されることにより所謂スメヤ
現象やブルーミング現象を生じ易いので、従来より、転
送部に沿ってオーバフロードレインを形成したり、フレ
ームトランスファ型の構造にする等の各種の対策を固体
イメージセンサに施こしていた。従って、従来の固体イ
メージセンサにおいては、上述の如きスメヤ対策やブル
ーミング対策のために極めて複雑な構造とならざるを得
ず、高度な半導体製造技術を必要とし製造が容易でなく
、極めて高価なものであった。

従来、メチル画像を撮像する場合でも上述の如き極めて
高価な固体イメージセンサを用いた固体撮像装置が使用
されていた。

本発明は、撮像光の光学通路を開閉する光学的なシャッ
タにより露光時間を制御して固体イメージセンサにて撮
像を行なう固体撮像装置において、上記シャッタを開成
す゛ることにより固体イメージセンサの各受光部に得ら
れる信号電荷を垂直転送部に移して信号読出しを行なう
直前に、該垂直転送部に残存している不用電荷を掃出し
て捨てるとともに、上記シャッタを閉放した状態で上記
垂直転送部を介して信号電荷の読出しを行なうようにし
たことを特徴とすることにより、固体イメージセンサの
構造を簡略化するとともにスメヤ現象やブルーミング現
象による画質の劣化を防止し得るようにしたスチル画像
の現像用に最適な固体撮像装置を提供するものである。

以下、本発明について、一実施例を示す図面に従い詳細
に説明する。

第１図に示す実施例は、固体イメージセンサ９にてスチ
ル画像を撮像し、その画像情報を回転磁気ディスク１２
に記録するようにした電子スチルカメラに本発明を適用
したものである。この実施例において、カメラ筐体１内
には、通常の光学フィルム式カメラと同様に、レンズ系
２、アイリス機構３、シャッター機構４、ミラー６、ビ
ューファインダ８、シャッタ操作部材５等が配設されて
いる。そして、光学フィルムの代りに、被写体像の画像
情報を電気信号に変換して記録する固体イメージセンサ
９と磁気記録部２０とを備えている。

上記磁気記録部２０は磁気記録媒体として回転磁気ディ
スク２を用いたもので、この回転磁気ディスク２を収納
したジャケット１４がカメラ筺体１に着脱自在に装着さ
れ、上記カメラ筐体１内に設けた駆動モータ１３にて上
記回転磁気ジャケット１２を定速回転せしめ、磁気ヘッ
ド１１にて画像情報を磁気記録するようになっている。

上記磁気ヘッド１１には、固体イメージセンサ９にて電
気信号に変換された画像情報が信号記録回路１０を介し
て供給されるようになっている。

ここで、上記シャッタ機構４の駆動回路４０、固体イメ
ージセンサ９の駆動回路５０、駆計モータ１３の駆動回
路６０は、上記シャッタ操作部材５の操作により動作状
態となる制御回路１０にて互いに連動して作動する゛よ
うに制御されており、後述する如く撮像操作時に、シャ
ッタ操作部材５を操作すると、固体イメージセンサ９に
よる撮像動作に同期して記録部２０にて記録動作を行な
い得るように回転磁気ディスク１２の回転位相および回
転速度が安定してから実効的なシャッタ動作を行なうよ
うになっている。なお、上記記録部２０の回転磁気ディ
スク１１には、１記録トラツク毎に１枚のスチル画像の
画像情報が同心円状に記録される。そして、上記磁気デ
ィスク１１に磁気記録した画像情報を図示しない再生装
置にて再生することにより、通常のテレビジョン受像機
の画面にてスチル画像をモニターするようになっている
０ この実施例におけるシャッタ機構４は、通常開放状態と
なっている。そして、上記シャッタ機構４の駆動回路４
０は、上記シャッタ操作部材５が操作されることにより
制御回路７０から例えばｉｓなるタイミングでシャッタ
操作信号Ｓｓが供給されると、該シャッタ操作信号Ｓｓ
に応答して垂直同期信号Ｖｓｙｎｅのタイミングｔｏを
基準とする所定の露光時間Ｔｓ経過後に、上記シャッタ
機構４を閉成状態にする。さらに、上記シャッタ機構４
を設けた光学通路を通じて撮像光が照射される固体イメ
ージセンサ９は、垂直同期信号ＶＰｙｎｃに同期した撮
像動作を行なうもので、上記撮像光・の照射によって得
られる信号電荷を映像信号として読出す直前に、信号転
送部に残存している不用電荷を掃出して捨てるとともに
、上記シャンク機構４が閉成された状態すなわち遮光状
態で映像信号の読出しが行なわれる。上記シャッタ機構
４および固体イメージセンサ９の動作を第２図のタイム
チャートに示しである。

ここで、この実施例における固体イメージセンサ９とし
ては、″例えば第３図に示す如き構造のインターライン
トランスファ型ＣＯＤイメージセンサが用いられる。第
３図において、９１は第１フイールドの各絵素に対応し
てマトリクス状に°配設された各受光部であり、また、
９２は第２フイールド各絵素に対応してマトリクス状に
配設された各受光部であり、９３は上記各受光部９１．
９２の垂直列に沿って設けられた各垂直転送レジスタ部
であり、９４は上記垂直転送レジスタ部９３の一端側に
設けられた水平転送レジスタ部であり、９５は上記垂直
転送レジスタ部９３の他端側に設けられた電荷吸収部で
あり、さらに、９６．９７は上記各受光部９１．９２と
垂直転送レジスタ部９３との間に設けられた各トランス
ファゲート部である。なお、上！己垂直転送しジスタ部
９３は、一端側の水平転送レジスタ部９４の向きに信号
転送を行なう機能と、他端側の電荷吸収部９５の向きに
信号転送を行なう機能とを備えた両方向転送可能な構造
となっている。

上述の如き構造の固体イメージセンサ９は、垂直同期信
号Ｖｓｙｎｃに同期したゲート開成期間Ｔｗに各トラン
スファゲート９６．９７が開かれ、電荷蓄積期間Ｔｃ中
に各受光部９１．９２に蓄積された撮像光の光量に応じ
た信号電荷が各トランスファ’７’−ト９６，９７を通
じて垂直転送レジスタ部９３に移される。上記垂直転送
レジスフ部９３に移された信号電荷は、信号読出し期間
ＴＲ中に、水平同期信号Ｈｓｙｎｃに同期した垂直転送
り口／りＯｖによって水平転送レジスタ部９４に１水平
走査期間ＩＨ毎に１水平ライン分ずつ垂直転送され、上
記水平転送レジスタ部９４を介して順次に読出される。

さらに、上記信号読出し期間Ｔｏとゲート開成期間Ｔｗ
との間に電荷掃出期間ＴＬを設けており、・該電荷掃出
期間Ｔｔ、中に上記垂直転送レジスタ部９３を高速転送
りロンジ〆ｖｓにて駆動することにより該垂直転送レジ
スタ部９３に残存されている不用電荷が電荷吸収部９５
に捨てられる。

さらに、上記固体イメージセンサ９からの信号読出動作
は、上記シャッタ機構４の動作に関連して行なわれるよ
うになっている。

すなわち、第２図のタイムチャートに示しであるように
、ｉｓなるタイミングにてシャンク操作信号Ｓｓ　（第
２図Ｃ参照）が出方され、その後の最初の垂直同期信号
Ｖｓｙｎｃ　（第２図Ｃ参照）の゛タイミングｔｏを基
準とした露光期間Ｔｓ経過後にシャンク機構４が閉成状
態、（第２図Ｃ参照）になうたとすると、上記タイミゾ
グｔｏを境として、固体イメージセンサ９の読出し動作
が次のように切換えられる。

先ず、上記タイミングｔｏ以前の期間ＴＡには、各ゲー
ト開成期間−中に全てのトランスファゲート９６．９７
が開かれ、電荷蓄積期間Ｔｃ中に各受光部９１．９２に
得られた第１フイールドと第２フイールドとの信号電荷
が第４図Ａに示すように垂直転送レジスタ部９３に同時
に移される。

そして、各フィールドの信号電荷が加算合成された状態
で信号読出期間ＴＲ中に第４図Ｂに示すように水平転送
レジスタ部９４を通じて読出される。

上記信号電荷の読出しを完了すると電荷掃出期間Ｔ　ｓ
、となって、第４図Ｃに示すように垂直転送レジスタ部
９３に残存されている不用電荷を電荷吸掃出した直後に
ゲート開成期間Ｔｗとなって再び雫 各トランスフアゲー）９６．９７が開かれ、各受光部９
１，９ｉ３ら信号電荷ガＳ垂直転送しジスク部９３に移
される。上記ゲート開Ｕ！１Ｍ−ＴＷ、信号読′出期間
ＴＲ１電荷掃出期間ＴＬの各動作が垂直同期信号Ｖｓｙ
ｎｃ　に詞期して操作し行なわれている。

次に、上記タイミングｔｏ以後の期間Ｔｏでは、シャッ
タ機構４が閉じられるまでの露光期間Ｔｓが複数フィー
ルドに亘っている場合（この例では２フイールドとなっ
ている）には該露光期間′１゛Ｓ中に各トランスファゲ
ート９６．９７の開成が禁止され、各受光部９１．９２
が上記露光期間′１゛Ｓを含む各フィールド期間に亘っ
て電荷蓄積状態、となる。そして、上記タイミング１０
から所定の露光期間Ｔｓ経過後にシャッタ機構４が閉じ
られ、該シャッタ機構４が開成状態となっている期間’
１”ＣＬ中に、上記露光期間Ｔｓ中に各受光部９１．９
２に蓄積された信号電荷がフィールド別に読出される。

すなわち、上記シャッタ閉成期間Ｔｃｆ−中の最初の垂
直走査期間ＶＡ中には、第４図りに示すように、ケート
開成期間ＴＷＡに第１フィールド分の各受光部９１のト
ラン、スフアゲート９６が開かれて、第１フイールドの
信゛号電荷が垂直転送レジスフ部９３に移されて、信号
読出し期間ＴＲＡ中に読出される。次の垂直走査期間Ｖ
Ｂ中には、第４図Ｅに示すように、第２フィールド分の
各受光部９２のトランスファゲート９７がゲート開成期
間ＴｗＢ　　中に開かれて垂直転送レジスタ部９３に移
されて、信号読出し期間ＴＲＢ中に読出される。なお、
上記各ゲート開成期間ＴＷＡ　、　ＴＷＢの直前には、
それぞれ電荷掃出期間ＴＬＡ　、ＴＬＢが設けられてお
り、不用電荷が電荷吸収部９５に捨てられている。

このように、して、露光期間Ｔｓ中に各受光部９１．９
２に蓄積された信号電荷は、第１フイールドと第２フイ
ールドの各画像情報を時間的なずれを伴なうことなく示
すものであるから、被写体が動いているような場合であ
ってもフリッカ現象等を伴なうことのないフレームスチ
ル画像の映像信号となる。しかも、上記信号電荷は、シ
ャッタ機構４を閉成した状態で読出されるものであるか
らスミャ現象を伴なうことがない。さらに、上記信号電
荷を垂直転送レジスタ部９３に移す、直前に、該垂直転
送レジスタ部９３に残存している不用電荷を掃出してい
るので、上記不用電荷によるブルーミング現象を伴なう
ことがない０ さらに、上述の如き実施例においては、常開のシヤツク
機構４を用いているので、シャック操作部材５を操作し
てスチル撮像を行なう前に固体イメージセンサ９から読
出される信号′電荷を利用して、シャッタスピードや絞
りの自動設定あるいは映像信号の自動レベル調整等を行
なうことができる。

第５図は所謂絞り優先の自動制御システムの一実施例を
示している。

第５図において、固体イメージセンサ９は、同期信号発
生器５１からの垂直同期信号Ｖｓｙｎｃおよび水平同期
信号ＦＩ８ｙＴＩＣに基いて駆動回路５０にて形成され
る各転送りロックパルスｌｕ　、　５１ｖ　にて駆動さ
れ、上述の撮像動作を行なうようになっている。上記固
体イメージセンサ９から読出される映像信号は、上述の
記録系回路１０に供給されるとともに、平均値検波回路
４１に供給されている。

この平均値検波回路４．１は、上記固体イメージセンサ
９からの映像信号の平均直流レベルＬＡ、を検波出力と
してレベル比較器４３に供給する。ここで、上記検波回
路４１の検波出力は、固体イメージセンサ９にて撮像す
る被写体像が明るいときには直流レベルが下がり、逆に
暗い被写体像を撮像しているときには直流レベルが上が
るようになっている。

また、上記同期信号発生器５１から垂直同期信号Ｖ　ｍ
ｙｎｃが供給されている鋸歯状波信号発生器４２は、上
記垂直同期信号Ｌｙｎｃに基いて第６図Ｂに示す如き鋸
歯状波信号ＳＷを形成し、この鋸歯状波信号ＳＷを上記
レベル比較器４３に供給する。

ここで、上記鋸歯状波信号ＳＷの傾斜角度θは、絞り機
構３の設定状態に応じて設定されるもので、該絞り機構
３により撮像光の光学通路が絞り込まれる程小さな角度
に設定される。

上記レベル比較器４３において、上記鋸歯状波信号ＳＷ
の信号レベルと上記検波出力の信号レベルＬＡとをレベ
ル比較することにより得られる第６図Ｃに示す如き矩形
波信号ＳＱは、上記露光期間Ｔｓに相当するパルス巾τ
を有するもので、その立下りエッヂにてモノステーブル
マルチバイブレータ４４をトリガーしている。上記モノ
ステーブルマルチバイブレーク４４からは、垂直走査期
間１ｖ毎に第６図りに示す如きシャックパルスＳＰが得
られる。そして、上記シャッタパルスＳＰはＡＮＤゲー
ト４５を介して出力されるようになっている。

上記ＡＮＤゲート回路４５は、上記ンヤノタ操作部材５
の操作によりゲート制御されるもので、第１のフリップ
フロップ４６を第２のフリップフロップ４７とにて形成
されるゲート信号が供給されている。上記第１のフリッ
プフロップ４６は、シャッタ操作部材５の操作にてレリ
ーズスイッチ７１が閉成される毎にトリガーされ、その
肯定出力信号を第２のフリップフロップ４７のＪ入力を
論理「１」にする。上記第２のフリップフロップブ４７
は、そのクロック入力として上記垂直同期信号Ｖ　ｓｙ
ｎ　ｅに同期したＰ、Ｇパルスが供給されており、上記
Ｊ入力が論理「１」になって最初のＰＧパルスにてトリ
カーされる。ここで、上記ＰＧパルスは、上記回転磁気
ディスク１２の駆動モータ１３のサーボ系にて上記垂直
同期信号Ｖａｙｏａと同期がとられており、該垂直同期
信号Ｖｓｙｎｅと同一タイミングで得られる。上記第２
のフリップフロップ４７の肯定出力信号は、上記第１の
フリップフロップ４６にクリヤ信号として供給されると
ともに、上記ＡＮＤゲート４５にゲート信号として供給
される。ここで、上記第１のフリップフロップ４６は、
第６図Ｅに示すようにレリーズスイッチ１１が閉された
タイミングｔｓから最初のＰＧパルスのタイミングｔｏ
まで論理「１」なる肯定出力信号を出力する。また、上
記第２のフリップフロップ４７は、第５図Ｆに示すよう
に、上記ｔｏなるタイミングから次のＰＣ）パルスのタ
イミングｔ１まで論理ｒ　１１なる肯定出力信号を出力
する。

従って、上記ＡＮＤゲート４５からは、シャッタ操作部
材５を操作したタイミングｔｓ　の後の最初の垂直同期
信号Ｖｓｙｎｅ　のタイミンクｔｏから上記露光期間Ｔ
ｓ経過後に第６スＣに示す如きシャッタパルスが出力さ
れる。上記Ａ　Ｎ　Ｉ）ケート４５からのシャッタパル
スによって、シャック機構４は閉成状態にされる。そし
て、上記シャッタ機構４が閉成されている間に、上述の
如くフレームスチル画像の映像信号を固体イメージセン
サ９から読出す。

上述の実施例の説明から明らかなように、固体イメージ
センサに照射する撮像光の光学通路を開閉するシャンク
を閉成した状態で上記固体イメージセンサから信号電荷
を読出すことによって、スメヤ現象を伴なうことの無い
画質の良いスチル画像の撮像を行なうことができる。ま
た、固体イメージセンサから信号電荷を読み出すにあた
り、各受光部にて得られる信号電荷を垂直転送部に移す
直前に、該垂直転送部に残存している不用電荷を掃出し
て捨ててしまうこ諒によって、フルーミンク現象を防止
することができる。従って、撮像光の光学通路を開閉す
る光学的なシャックにより露光時間を制御して固体イメ
ージセンサにて撮像を行なう固体撮像装置１こおいて、
上記シャッタを開成することにより固体イメージセンサ
の各受光部に得られる信号電荷を垂直転送部に移して信
号読出しを行なう直前に、該垂直転送部に残存している
不用電荷を掃出して捨てるとともに、上記シャッタを閉
成した状態で上記垂直転送部を介して信号電荷の読出し
を行なうようにしたことを要旨とする本発明によれば、
光学的なシャッタを有効に利用してスメヤ現象を防止で
きるので、固体イメージセンサの構造を簡単化すること
ができるとともに、画質の良好なスチル撮像を行なうこ
とができ、所期の目的を十分に達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す模式的な構成図である
。第２図は上記実施例の動作を説明するためのタイムチ
ャートである。第３図は上記実施例に用いられる固体イ
メージセンサの構造例を示す模式的な平面図である。第
４図人ないし第４図Ｅは上記固体イメージセンサからの
信号読出し動作を説明するための模式的な平面図であり
、第４図人は通常のゲート開成期間における信号電荷の
移動状態を示し、第４図Ｂは信号読出し期間における信
号電荷の移動状態を示し、第４スＣは電荷掃出期間にお
ける信号電荷の移動状態を示し、第４図りはフレームス
チル画像の撮像時における第１フィールド分の信号電荷
の移動状態を示し、第４図Ｅは同じく第２フィールド分
の信号電荷の移動状態を示している。第５図は上記実施
例において絞り優先の自動制御システムを構成した場合
の回路構造を示すブロック図である。第６図は上記自動
制御システムの動作を説明するためのタイムチャートで
ある。 ４・・・・・・・・・・・・シャッタ機構５・・・・・
・・・・・・・シャッタ操作部材９・・・・・・・・・
・・・固体イメージセンサ１０・・・・・・・・・記録
回路 １１・・・・・・・・・磁気ヘノド １２・・・・・・・・・回転磁気ディスク１３・・・・
・・・・・駆動モータ ４０・・・・・・・・・シャッタ駆動回路５０・・・・
・・・・・イメージセンサ駆動回路６０・・・・・・・
・・モータ駆動回路１０・・・・・・・・・制御回路 ９１．９２・・・・・・受光部 ９３・・・・・・・・・垂直転送レジスタ部９４・・・
・・・・・・水平転送レジスタ部９５・・・・・・・・
・電荷吸収部 特許出願人　ソニー　株式会社 代理人　弁理士　小　池　　　晃 同　　　日　　村　　榮　　− 手続補正書動式） 昭和５７年５月１１　口 特許庁長官　島　１）春　樹　　殿 １、事件の表示 昭和５６年　特許願第２１２０５６号 ２・発明０名称　□体操像装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　　特許出願人 住　所東京部品用区北品用６丁目７番３５号よ＠、（２
１８）ソニー株式会社 銘称）代表者　　岩　間　和　夫 ４、代理人 〒１０５ 昭和５７年４月９日（発送日　昭和５７年４月２７日）
６、補正の対象 図面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 撮像光の光学通路を開閉する光学的なシ曳ツタにより露
   光時間を制御して固体イメージセンサにて撮像を行なう
   固体撮像装置において、上記シャッタを開成することに
   より固体イメージセンサの各受光部に得られる信号電荷
   を垂直転送部に移して信号読出しを行なう直前に、該垂
   直転送部に残存している不用電荷を掃出して捨てるとと
   もに、上記シャッタを閉成した状態で上記垂直転送部を
   介して信号電荷の読出しを行なうようにしたことを特徴
   とする固体撮像装置。