JPS58215877A - 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】 本発明は固体撮像素子を用いた撮像装置に関するＯ 近年、ビデオカメラとＶＴＲを小型化した、所謂ボータ
プルビデオの開発が盛んであるが、である。

このような電子機器の小型化は特に半導体技術に大きく
依存している。前述のビデオカメラの光電変換部もこの
様な半導体技術の進歩により撮像管から固体撮像素子に
置き変わろうとしている。現在この固体撮像素子は撮像
管に比べて多くの特徴を有している。

即ち、固体デバイスであるがゆえに小型、低消費電力、
量産性、焼付けがない等の特徴をもつ０ この様に多くの特徴を持つ固体撮像素子の技術確立と、
超小型の磁気記録装置の開発により、従来の銀鉛フィル
ムを記録媒体とする銀塩写真技術は現像処理を必要とし
ない磁気写真或は電子式写真技術にその足元をおびやか
されつつある０ 現在のＶＴＲの主な利用法であるＶＴＲＫ動両像全両像
し、ＴＶにディスプレイするのを主目的とするものをム
ービービデオと呼び、記録装置に静止画像を記録し、そ
の記録信号をＴＶにディスプレイしたり、あるいはプリ
ンタによりプリントするのを主目的とするものをスティ
ールビデオと呼べば、ムービービデオ、スティーノトビ
″デオの両方とも、その信号形態はＴＶ信号形態に信号
変換されるので相方に大差はない。

しかしムービービデオは被写体を連続的に撮影するのが
一般的であるが、スティールビデオ（ハ）一般の写真機
と同様に瞬間的に被写体像を撮影するものであるから、
アイリス、シャッタ。

Ａ　（’、　Ｃ、ホワイトバランス等の応答性はかなり
異なった動作にする必要があり、加えて固体撮像素子の
駆動方法も少し異々る事になり、現在の一光学系一信号
処理系だけでは両方に使用する事はできないと言う問題
点がある。

このだめにムービー用のカメラ部とステイール用のカメ
ラ部は別体のものとする方が望まし見 いが、それがコスト的に具合うのはこの様なカメラが充
分に普及してからの事であり、現在においては両方を兼
用するのが有利である。

カメラ部をムービー用とスティール用とも兼用にした場
合に、問題化するのが固体撮像素子の電荷蓄積法とその
読出し方法である。固体撮像素子にはＭＯＳ型やインク
ラインクイブＣＣＤ（Ｉ　Ｌ　−ＣＣＤ　）　＊　フレ
ームトランスファタイプＣＣＤ（ＦＴ−ＣＣＤ）などが
あるが、ここではデバイスの木本構造はあまυ関係ない
のでＦＴ−ＣＣＤを例にとり説明する。

Ｆ　Ｔ’−ＣＣＤけ、被写体像の光を電荷に変換する袴
数の光電変換セルより成る撮像部と撮像部からの信号型
２荷を一時的に蓄積するメモリ部と、メモリ一部からの
信号電荷をＴＶ同期信号にタイミングを一致させて読出
す水平シフトレジスタ部、そｌ〜で水平シフトレジスタ
部からの信号電荷を増幅ｌ−７、信号電圧として出力す
るオンチップアンプ部とから成っている。

この様なＦＴ−ＣＣＤをムービーカメラとして利用する
時は、撮像部は１フイ一ルド期間。

前述の様に光電変換を行い、この光電変換された信号電
荷は垂直ブランキング期間に数ＭＨｚの垂直転送パルス
でメモリ一部に移される。そしてメモリ一部の信号電荷
は次のフィールド期間に１水平走査毎に水平ブランキン
グ期間に水平シフトレジスタ部に転送され、次段のオン
チッグア／プからＣＣＤ信号として読出される。その間
、撮像部は光電変換状態にある。つまり、１フイールド
毎に光電変換、垂直転送が繰返し成さｈ　、連続的な映
像信号が得られることになる。

次に、今説明したＦｌ−ＣＣＤをステイール　　□カメ
ラとし７て利用すると、画像のプレが発生しやすくなる
、何故ならば、ＴＶ信号は１フレームの映像信号より成
立っており、まだ１フレームは２フイールド（奇数、偶
数フィールド）即ちインターレース動作により１枚の画
像を組立てているから、異々る時点での光電変換作用に
よる１フレ一ム信号は、特に速く動く被写体に対しては
画像のブレが発生し、画質の低下をきだす。

この様な欠点をなくす方法として、次の２つの方法があ
る。

第１の方法は奇数フィールドだけの（あるいけ偶数フィ
ールドだけの）信号を利用する事である。即ち、奇数フ
ィールド目の信号を次の偶数フィールドにも使う方法で
ある。しかし、かかる方法を用いると垂直解像晩が劣化
し、スチル画像としては適当でない。

第２の方法は撮像部の垂直方向素子数を２倍にし、そし
て撮像部とメモリ一部との間に第２の水平シフトレジス
タ部を設け、撮像素子の面上で同時に奇数フィールドと
偶数フィールドを得て、１１直次読み出すことを可能と
し、ムービービデオとステイールビデオの両方に対応出
来る様な固体撮像素子を利用する牢である。この様な固
体撮像デバイスとして、本出願人は特願昭５６−１４６
５８７号で提案した。

との撮像デバイスを第１図に示し、簡単に動作説明する
。

第１図において、１は複数の光電変換セルをマトリクス
伏に配列また撮像部、２は撮像部で得られた信号電荷を
転送蓄積するメモリ一部、３は撮像部で得らり、た信号
電荷を読出す第１水平／フトレジスタ、４はメモリ一部
に蓄えられた信号電荷を読出す第２水平シフトレジスタ
、５．６は第１．第２水平シフトレジスタの読出信号を
増幅するオンチップアンプである。このｔｆｆｉ　（’
！ｉデバイスは全体としてフレームトランスファバリＣ
Ｃ■）を形成している。そして撮像部１の垂直方向のセ
ル数は４９０．メモリ一部２の垂直方向のセル数を２４
５としている。

ムービービデオの時は撮像部１の垂直方向の隣接する２
画素分の信号電荷を第１シフトレジスタ３で順次加算し
てメモリ部２に転送し、第２シフトレジスタ４からオン
チップアンプ６を介して信号ＩＣとして読出す。（この
モードをフィ−ルドモードと呼ぶ。） ステイールビデオの時は撮像部１の垂直方向の奇数番目
のセルの信号電荷は第１水平シフトレジスク３から読み
出し、偶数番目のセルの信号電荷は第２水平シフトレジ
スタ４が読み出す。

（とのモードをフレームモードと呼ぶ）。

このように構成することによりフィールモードをとれば
ステイールビデオの場合にも垂直解像度が損われず完全
にインターレースされた信号を得ることができる。した
がって第１図に示す素子はムービーにもステイールにも
適用できる。

尚、ステイールビデオの場合、垂直解像度を犠牲にすれ
ばフィールドモードでの読み出しも可能である。

ところで、フィールドモードとフレームモードとを比較
してみると、２つのセルの信号電荷を加算しているフィ
ールドモードに比し、各々のセルの信号電荷をそのまま
読出しているフレームモードは信号電荷がほぼ１／２と
なる。つまり、絞り一段分だけカメラの感度が下がるこ
とになる。

さらにオンチップアンプ部はＭＯ８素子で構成されてお
り、このＭＯＳは低域ノイズ特性が悪く、マだ人間の目
が低周波領域のノイズを感知しゃすいととを考えると、
絞り一段分のＳ／Ｎ劣化は無視出来ない問題となる。

また固体撮像素子の水平素子数は現状の３９０あるいは
５７０素子でも不足気味であり、将来的にこの水平素子
数を増す事態、もう一つは現在の２４　、ンチ光学系が
次のステップでは一インチ２ 光学系、８間光学系と順次小さくなることが予想され、
そうなるとカメラの感度は非常に重要な問題になる。

本発明は上述の如き問題点に鑑み、固体撮像相 素子からの読出方法の想違に伴う読出信号のレベルの差
を補償しだ撮像装置の提供を目的としている。

以下、本発明の実施例を図面に従い詳細に説明する。

図に於て、１１は第１図に示す構造のＦＴ−ＣＣＤで撮
像部は水平約５７０素子、垂直約４９０素子から成る。

１２はＣＣＤＩ　１のドライノ（−１１３はＣＣＤ１１
を駆動するだめの）くルスを発生する同期信号発生回路
、１４はＣＣＤＩ　１に入射される光量を制御する為の
アイ−リス、及びシャッタの制御回路、１５はムービー
モードとステイールモードを切換える第１モード切換回
路、１６はＣＣＩ）　１１の出力信号からアイリスの絞
り値及びシャッタの動作速度を決定するＡＥ制御部、１
７はＡＥ制御部１６がアイリスを開放としても信号レベ
ルが低い時、信号レベルを可変的に制御するオートゲイ
ン制御部（以下ＡＧＣと称す）である。１８はＡＧＣ１
７の出力信号を記録信号に変換する為にプロセス回路エ
ンコーダ回路、変調回路より構成される信号処理回路、
１９は記録ヘッド、２０はモータ等からなる記録機構、
２１は同期信号発生器１３からの制御パルスにより記録
機構２０のモータの速度、位相を制御する回転制御部、
２２はナントゲート、２３はアンドゲート、２４はスイ
ッチ回路、２５はステイールモードの際フレームモード
とフィールドの選択を手動で行うか自動的に行うかを選
択する第２モード切換回路、２６は回路２５で手動モー
ドが選択された時、フレームモードかフィールドモード
かを選択する第３モード切換回路、３０は増幅回路を含
むスイッチ回路（出力手段）である。

今７．Ｑ　１モ一ド切換回路１５でムービーモードを１
１＜択すると、切換回路１５の出力はローレベル（以゛
下“Ｌ”）となり、この信号により同期信号発生器１３
はムービーモードの制御パルスを発生する。即ち、不図
示のトリガスイッチが押されると、電源が各回路に通電
され記録を開始する。ムービーモードは連続記録である
のでアイリス及びＡＣＣ１７を制御するＡ　Ｅ　１＋＋
Ｊ御部１６は適当な時定数をもってフィードバック制御
を行う。寸だ、ＣＣＤ１１の読出し方法は前述したフィ
ールドモードに設定され、第１図の第２水平シフトレジ
スタ４よりオンチップランプ６を介して読み出される。

次に第１モード切換回路１５でステイールモードが選択
されると、モード切換回路１５の出力はハイレベル（以
下”Ｈ”）となり、同期信号発生器１３にステイールモ
ードの制御パルスを出力するよう指示する。ＡＥ制御部
１６はシャッタスピードとアイリスの絞り値を決定し、
アイリスシャッタ制御回路１４に伝達する。そしてステ
イールモードには前述したフィールドモード記録とフレ
ームモード記録の両方が考えられる。このフィールドモ
ード記録とフレームモード記録を自動選択モードとした
時スイッチ回路２４は接点（ａ）に接続される。自動選
択モードの時はＡＥ制御部１６が被写体が低照度である
ことを検知すると出力ライン２７がＨ”となる。

するとナントゲート２２の出力は”Ｌ”、アンドゲート
２３の出力はＬ”となり同期信号発生器１３はステイー
ルモードでフィールドモードに設定される。まだ被写体
が低照度でない時は出力ライン２７が°Ｌ”となり、ナ
ントゲート２２の出力は°Ｉ（”、アンドゲート２３の
出力は”Ｈ”となり同期信号発生器１３はステイールモ
ードでフレームモードに設定される。

そして第２モード切換回路で手動選択モードとした時は
、スイッチ回路２４が（ｂ）側に接続され、第３モード
切換回路２６の設定に従う。第３モード切換回路２６は
ステイールモード時にフィー　ルドモード、フレームモ
ード１ＥＬｔに選択しうる。

ステイールモード時にフィールドモードを選択した時に
は被写体が低照度であってもＳ／＋Ｊの良好な画像が得
られる。まだ被写体が奥照度であってもソフトフォーカ
スいわゆるぼかし効果のある画像が得られる。

また、フレームモードを選択した時には高解像度のシャ
ープな画像が得られるものである。

ところで前述した様にフィールドモードにおいては第１
図に示す第２水平シフトレジスタの出力が用いられ、フ
レームモードにおいては第１？第２水平シフトレジスタ
が用いられるので、各モードの切換はスイッチ回路３０
で行なわれる。以下スイッチ回路３０の動作について詳
細に説明する。

第３図はスイッチ回路３０の第１の実施例である。図に
おいて４０は加算器、４１はアンプ、４２はスイッチで
ある。フレームモードの時、前記読出信号ＩＡ、ＩＢは
加算器４０で加算され、アンプ４１でフィールドモード
の時の訂６出信号ｌＣのレベルと等しくされる。フ・ｒ
−ルドモードの時はアンプ４１を介さずに直接スイッチ
回路４２に送られる。スイッチ回路４２はフレームモー
ドの時（ａ）側に接続され、フィールドモードの時（ｂ
）側に接続される。かかるｔｌに成により、フレーム、
フィールド各モード間の読出信号レベルの差はなくなる
。またＡＥ制御部１６で用いられる以前にレベル合わせ
を行っているので、後段の回路が複雑１ｆｃなることを
防１トすることができる。

第４図、第５図はスイッチ回路３０の他の回路例を３０
’、３０として示した。

第４図に示す例はフレームモードの時ＣＣＤのオンチッ
プアンプ５，６のゲイン調整あるいは撮１宥部ｌ、メモ
リ部２．シフトレジスタ部３，４オンチップアンプ５．
６のトータル的ゲインを一定にする為に信号ＩＡ、ＩＢ
を各々別々のアンプ４３．４４を介して異なる比率で増
幅したのち、加算器４５で加算した例である。スイツチ
４６の動作は第３図スイッチ４２と同じである０ 第５図に示す例はフィールドモードの時、読出信号１Ｃ
をアッテネータ４８でレベルダウンさせてフレームモー
ドの読出信号とレベル合わせを行う例である。尚、４７
は加算器、４９はスイッチである。

以上はＦＴ−ＣＯＤを用いて説明したが、以下にＩＬ−
ＣＯＤ及びＭＯＳ型について簡単に説明する。

第６図はインターライン転送方式（ＩＬ−ＣＯＤ）の概
略図である。図示の様にＩＩ、−ＣＣＤは光電変換部で
ある受光エレメント５１と、受光エレメント５１に蓄積
された情報電荷を、垂直レジスタ５３への転送を制御す
るトランスファ・ゲ−）ＴＧと、ＴＧによって受光エレ
メント５１からの情報電荷を一時的に蓄わえる前記垂直
レジスタ５３と、垂直レジスタ５３からの情報電荷を１
水平走査期間（ＬＨ）毎にＣＣＤ出力信号として読出す
ための水平レジスタ５４及びオンチップアンプ５５等か
ら構成されている。

ステイールモードについて考えてみると、撮影終了後、
即ちシャッタが閉じた後、奇数フィールドに対応する受
光エレメント（ｎｌ、　ｎ２．・・・で示す）の情報電
荷が垂直レジスタ５３に転送塩化 され、そして水平レジスタ５４よりＬＨ毎に続出され、
奇数フィールドのＣＣＤ出力信号としてオンチップアン
プ５５から出力される。このようにして奇数フィールド
の信号がすべて読出されてしまうと、次の偶数フィール
ド期間に偶数フィールド（ｍｌ、ｍ２・・・・・で示す
）のＣＣＤ出力信号が読出される。この様な動作をフレ
ームモードとし、フレームモードでの光電変換された情
報電荷をＣ８とする。

次にステイールモードでのフィールドモードでは隣接す
る一対の奇数フィールドと偶数フィールドの情報電荷が
垂直レジスタ５３内で加算されて水平レジスタ５４に出
力され、オンチップアンプ５５から出力される。この時
の情報電荷量Ｃ，とすると、ＣＩ−−！−Ｃｔ　　とな
る。

上述の様にステイールモードのフレームモードとフィー
ルドモードでは蓄積電荷量が異なるのでＣＣＤ出力信号
のレベルを調節する為にスイッチ回路５６及びアンプ５
７が設けられている。スイッチ回路５６はフレームモー
ド時働）側に接続されて、読出信号はアンプ５７でフィ
ールド壬−ドと同レベルにされて、ＡＧＣ等に送られる
。

第７図はＭＯＳ型の固体撮像素子の概略図である。

図示の様にＭＯＳ型は受光エレメント６１と垂直走査回
路６３及び水平走査回路６２等から構成される。ＭＯＳ
型の動作は良く知られているので説明は省略するが、苓
木的には、Ｘ　−Ｙ走査方式であるので先に述べだ２フ
イールドに分けるフレームモード、及び隣接する２素子
の信号電荷を加算して得るフィールドモードを容易に構
成できる。

その時読出される信号レベルは両モード間で当然異なる
ので、各モードにおいて信号レベルを調節する必要があ
る。

そこでスイッチ回路６５でアンプ６６を介すか否かで両
モードの読出信号レベルの調節が可能となる。

以上の如く、本発明は固体撮像素子の隣接した光電変１
稗セル内の信号′電荷を加算して読み出す第１モードと
、各セルの各々の信号電荷を読み出す第２モードとを備
えていても、両モードの読出信号に対する増幅率を変更
しているので、各モードに対して同じレベルで信号を取
り出せる。従ってビデオカメラのＡＥ制御部の構成が非
常に簡略化される。

更に読出信号のレベルの違いによる画像の劣化をも防止
できる。

又、第４図に示しだようにフレームモードにおいて奇数
フィールドと偶数フィールドで“レベル合わせを行って
いるのでＴＶ受像器で書生しだ際フリッカの発生を防止
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はフレームトランスファ型ＣＣＩ）の概略図、第
２図は本実施例の制御回路図、第３図。 第４図、第５図は第２図のスイッチ回路３０の内部構成
を示す回路図、第６図はインタライン型ＣＣＤの概略図
、第７図はＭＯ８型固体撮像素子の概略図である。 図において、１は撮像部、２はメモリ一部、３け第１水
平シフトレジスタ、４は第２水平シフトレジスタ、１．
１はＣＣＤ、１３は同期信号発生器、１５は第１モード
切換回路、１６はＡＥ制御部、１７けＡＧＣ，３０はス
イッチ回路を夫々示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の光電変換セルをマトリクス状に配列した固体撮像
   素子と、当該撮像素子からの読出信号を取り出す出力手
   段とを有する撮像装置において、隣接する前記光電変換
   セル内の信号電荷を加算して読み出す第１モードと、前
   記光電変換セルの各々の信号電荷を読み出す第２モード
   とを備え、前記出力手段は第１モードと第２モードに応
   じて前記読出信号に対する増幅率を変更することを特徴
   とする撮像装置。