JPS59115678A - 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】 （技術分野） 本発明は固体撮像素子を用いだ撮像装置に関する。

（従来技術） 近年、ビデオカメラとＶＴＲを小型化した、所謂ポータ
プルビデオの開発が盛んであるか。

将来的にはさらに一歩進んだ形態であるビデオカメラと
ＶＴＲを一体化した８關ビデメーカ（有ノコである。

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シ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５匹消費電力、
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核技術は現像
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
足元をおひやかされつつある。

現在のＶＴＲの主な利用法であるＶＴＲに動画像を記録
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チル
ビデオと呼べは、ムービービデオ、スチルビデオの両方
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、メチルビデオは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、ＡＧＣ，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シ、加えて固体撮像素
子の駆動方法も異なる事になり、現在の光学系−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。

カメラ部、をムービー用とスチル用とも兼用した場合に
、特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型やインタ
ラインタイブＣＣＤ（ＩＬ−ＣＣＤ）、フレームトラン
スファタイプＣＣＤ（ＦＴ−ＣＣＤ）などがあるが、こ
こではデバイスの基本構造はあまり関係ないのでＦＴ−
ＣＣＤを例にとシ説明する。

ＦＴ−ＣＯＤは％第１図に示すように被写体像の光を電
荷に変換する複数の光電変換セルより成る撮像部１と撮
像部がらの信号電荷を一時的に蓄積するメモリ声２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３．そして水
平シフトレジスタ部３からの信号電荷を増幅し、信号電
圧として出力するオンチップアンプ部４とから成ってい
る。父、φ１□、φＰ８は夫々撮像部１．メモリ。部２
に於ける垂直転送パルス、φ８は水子／フトレジスタ部
３に於ける水平シフトパルスである。

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

１り述の様に光電変換を行い、この光電変換された信号
電荷を垂直ブランキング期間に数１１１１ｚの垂直転送
パルスでメモリ一部に移す。そしてメモリ一部の信号電
荷を次のフィールド期間に１水平走貞：毎に水平ブラン
キング期間に水平シフトレジスフ部に転送し１次段のオ
ンチップアンプからＣＣＤ信号として胱出す。その間、
撮像部は光電変換状態にある。っまシ、１フィールド毎
に光電変換、垂直転送が繰返し成され、連続的な映像信
号が得られることになる。

この場合第１のフィールドと第２のフィールドとはテレ
ビジョン受像機に於てインターレース走査されるから、
両フィールドの情報は光電変撓時に互いにインターレー
スした関係で形成されなければならない。仮に撮像部１
がＴＶ受像機の走査線数の２倍の数の垂直画素を有して
いれは前述のような問題は起きないが、この様な画素数
のイメージセンサを限られたスペース内に集積化して製
造する事は極めて困難である。

従ってＵＳＰ　３．８　（１１，８８４に示される如く
、撮像部１の垂直転送電極に印加する電圧レベルを、各
フィールド毎に切換える事にょシボテンシャルウエルの
位置を各フィールド毎に垂直方向にシフトする方法が考
えられている。

このようにすれば撮像部内の電荷信号はフィールド毎に
異なるライン下に並んだポテンシャルウェルに蓄積され
るからだとえ撮像部の垂直方向画素数が１フイ一ルド分
しかなくてもインターレースした２フイールドの信号を
夫々得る事ができる。

しかし、このように構成した場合者フィールド毎に暗電
流ノイズのレベルが異なってしまうという問題が起きる
。

これについて説明すると、一般にカメラの感度は撮像素
子の結晶欠陥に関係した暗電流に大きく影響される。こ
のような固体撮像素子の暗電流レベルと駆動パルスレベ
ルとの関係を第２図に示す。図中縦軸は暗電流の出刃電
圧横軸は駆動バ′ルス電圧である。この様に暗電流には
、駆動パルス電圧に依存しない一定暗電流成分からなる
バルクノイズと、駆動パルス電圧の増加に伴って増大す
るサーフイスノイズとが含まれている。

ところで従来固体撮像素子をムービービデオモードで駆
動する場合、ｎす述の如く画像のインターレースの為に
撮像デバイスに対して第３図の様な駆動パルスが供給さ
れていた。図においてφＰＴのＴ２（Ｔ２’）は、撮像
部における電荷蓄積期間を示し、φｐ８のＴ、（Ｔ≦）
はメモリ一部から水平読出し部への電荷転送期間を示し
ている。Ｔ１（ＴＩ’）　　の期間は熾像部に蓄積され
た情報電荷をメモリ一部へ高速転送する期間である。第
３図に於てＴ２期間に蓄積された電荷が奇数フィールド
の信号に対応し、罫期間に蓄積される電荷が偶数フィー
ルド信号に対応するものとすれば、偶数フィールドの信
号は駆動パルス電圧が■１□と高いために、第２図から
明らかな様に暗電流ノイズが奇数フィールドの信号より
も非常に大きくなるという欠点がある。従って各フィー
ルド毎に信号のＳ／Ｎが変化してしまいフリッカ−が発
生する。

（目　的） 本発明はこの様な問題を解決し得る、しかもムービーと
スチルとに共用できる撮像装機全提供する事を目的とし
ている。

又、ムービーモードに於てはフィールド毎に暗電流ノイ
ズが変化せず、又スチルモードに於ては暗電流ノイズの
少ない撮像装置を提供する事を目的としている。

（実施例） 以下実施例にもとすき本発明ｆ：説明する。第４図はＦ
Ｔ−ＣＣ嶌を利用した本発明に係る撮像装置の構成図を
示す。第４図中ＣＣＤｌ００は第１図に示す構造のＦＴ
−ＣＣＤであシ、撮像部は例えば水平約５７０素子、垂
直約２４５素子から成る。その動作の説明は前に述べて
いるすようなタイミ、ングのパルスを発生し、このパル
スはドライバー２０によシ第５図〜第７図に示すような
レベルの適正な駆動電位に変換されて、ＣＣＵｌｏｏを
駆動する。Ｃ０Ｄ１ｏｏの光入部６の制御パルスによｆ
ｉｃｃＤｌｏｏの出力信号ＩＡが標準動作信号レベルに
なる様に入射光をコントロールする。

ＡＥ制御部６はＣＣＤ１００の出力信号レベルを適当な
視野に相当する部分で平均化し、そしてアイリス・シャ
ッタ４ｏの動作を決定するよう動作する。この場合、ア
イリスが開放になっても信号ＩＡの振幅が不足する場合
はＡＧＣ回路７が、Ａ、　Ｅ制御部６の制御電圧に応じ
て信号ＩＡの増幅度を可変的にコントロールする。

ＡＧＣ７により適当な信号レベルにコントロールされた
ＣＣＵ信号は次段のプロセス回路やエンコーダ回路より
構成される信号処理回路８で磁気ディスクや磁気テープ
に記録するだめの変調を受ける。ヘッド９は記録ヘッド
であシ。

記録機構１０はモータを中心とする磁気記録装置から成
立っている。回転制御部１１は同期信号発生器３０から
の制御パルスによシ後述するムービーモード、ステイー
ルモードに適合する変調信号を記録すべく記録機構にあ
るモータを速度・位相制御を行う。

モード切替回路５０は本発明の主要部分をなしていて、
今、モード切替回路５０がムービモードになるとモード
切替回路５０からはＬレベルの電圧が出力され、このＬ
レベル電圧により同期信号発生器３０はムービーモード
の制御パルスを発生する。即ち記録スイッチ（医事して
いない）がＯＮ状態になると、電源が各機構部・各回路
に通電し、記録を開始する。この場合ムービーモードは
連続記録であるので、アイリス４０、ＡＧＣ７を制御す
る為のＡＨ制御部６は適当な時定数をもってフィードバ
ック制御を行う。

この状態でモード切替回路５０をスティールモードにす
ると−、モード切替回路５０がらはＨレベルの電圧が出
力され、このＨレベル電圧によシ同期信号発生器３０は
ステイールモードの制御パルスを発生し、Ａ　Ｅ制御部
６．記録機構１０をステイールモードに内部切替を行う
。この内部切替により記録スイッチの０Ｎ−ＯＦＦで“
電子写真、を記録可能とする。

この時ＡＥ制御部６は最初の数フィールドで適正鑵出値
を演算し、演算が終了した次のフィールドにおいて、ア
イリス・シャッタ４０はそノ指示された絞りとシャッタ
スピードになされ、Ａ　Ｇ　Ｃ７は１フイ一ルド期間あ
る一定のゲイン状態に保持されることになり、これらの
結果に基づく映像イを号は記録媒体に記録される。以上
の説明は該固体撮像装置がムービーモード、ステイール
モード相方に対応できる磁気記録部を備えている場合で
あるが、該固体撮像装置を一般の銀塩フィルム用カメラ
なみの形状にすると。

ムービーモードの記録時間は短かくなってしまう。

ムービーモードで長時間の撮影を行う場合は第２図のブ
ロック１００Ｂの部分を共通とする通常ｊし のビデオカメラ？構成し１次段以後をヘリ外スキャンタ
イプの超小型ＶＴＲとずれば良い。

又、本発明の実施例では スチイールモード時とムービーモード時における駆動パ
ルスφ、□の電荷蓄積電圧を異なる様に印加する事によ
り暗電流、ノイズを改善している。即チムービーモード
では第５図の駆動ノくパルスがドライバー２よシ供給さ
れ、スチイールモードでは第６図の駆動パルスがドライ
ノ（−２より供給される。これはスチイールモードでは
ワンショット撮影であるから、駆動パルスφ１１．全第
５図の電圧レベル■工ＮＴや、第３図の（Ｔｚ期間）電
圧レベル■。とする必要はないからである。

従ってスチイールモードにおいては第６図のような駆動
パルスにする事により暗電流ノイズの少ない高画質の画
像が得られる事になる。即ちスチイールモードでは蔓積
期間中の転送電極に対するバイアス電圧はＶＬレベルに
保だｉＬるので暗′ｌＬ流ノイズは最小限に抑えられる
。一方、ムービーモードでも蓄積ル」間中に１１’ｌ　
Ｅ：２ノくイアスミ圧を■９とするとその分明電流ノイ
ズが」ｖＩえるから第５図に示す如く、撮像部での電荷
蓄積電暗電流ノイズをほぼ均等にし、奇数・偶数フィー
ルド間の暗電流ノイズのアンバランス性ヲ改善し画質を
向上させている。

この場合のインターレースは邦６図に示す様に撮像バ１
５に蓄積された電荷をイメージ部へ高速転送する際に、
図示の様に転送パルスの極性を１゛１とＴ’Ｐ、Ｊとで
位相を１８０°ずらず事によって達成する事ができろう
即ち、電圧■ＩＮＴ状態では１画七を構成する２つのポ
テンシャルウェルのＦｄｊＪ　万に均等に電荷が蓄積さ
れるので見かけ上垂直画素数が２倍になる。

そしてこの状態に於て蓄積された電荷はメモリ一部への
転送パルスを供給する事によって一方のウェルに於て加
算されるのでこの転送パルスの位相を奇数フィールドと
偶数フィールドとで反転さ・せれば加算されるべき２つ
のウェルの組み合わせが変わり、実質的にインターレー
スされた電荷情報が得られる事になる。

間、第８図はこのような本発明のポテンシャルウェルの
形成法を説明する為の模式図である。

図中９０は１相駆動法の場合の転送電極であってクロッ
クパルスφ１□が印加される。

又、本実施例では一相駆動としている為ＶＢ。

ｖｗ佃域にはＶｉｒｔｕａＪ　Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅが形
成されている。又、予めイオン注入等によりＶＢ　、　
ＶＷ佃域には図のようなポテンシャルの階段が形成され
ており、この領域のポテンシャルは常に一定となってい
る。ＣＢ　、ＣＷ領領域もやはりイオン注入等によシポ
テンシャルのレベル差力付与されている。

又、このＣＢ、ＣＷ領領域電極９０に印加される電圧レ
ベルに応じてそのボテンンヤルレベルが変化し、例えば
図の如＜■１．が印加された時にはポテンシャルウェル
佃域ＣＷは浅くなり、逆にＶｌ（が印加されると深くな
る。

又、的記中間、ビベルの電圧Ｖ１ＮＴが印加される、！
：ＶＢ、ＶＷのポテンシャルレベルとＣＢ、ＣＷのレベ
ルは夫々略同じとなる。

従って、従来のものでは例えば第３図に示されるように
、奇数フィールド蓄積期間万では電極９０にローレベル
の電圧ν１が印加されるから図中実線のような電位とな
シ、範囲１０１〜１０３内の電荷は夫々飴域■Ｗに蓄積
される。

−力、第３図示の偶数フィールドの蓄積状態では電極９
０には■□が印加されるので範囲１０４〜１０６の電荷
は夫々偽域ＣＷＫ蓄積される。

従って各フィールド毎に転送電極へのバイアス電圧を切
換える事によυ電荷の蓄積されるウェルが７フトしイン
ターレースが可能となる。

しかし、この場会にはＭｉｊ述した如くフリッカ−が生
じる。

従って本発明ではムービーモードでは奇数・偶数フィー
ルド共に転送電極９０には中間電圧ＶＩＮＴを印加し、
このようなフリッカ。を防止すると共にインターレース
を行なう為には、垂直転送時ツク・ロックパルスをフィ
ールド毎に反転させる事により、クロックφ０，１がハ
イレベルから始まれば各ポテンシャルウェルｃＷ、ｖｗ
に蓄積されていた電荷Ａ、　−Ｆは例えばＢ　＋　Ｃ、
Ｄ　十Ｅのように加算されてから転送され、逆にクロッ
クφＰＩがローレベルから始まれに’、’　ｓ　’Ｗ　
荀Ａ〜ＦはＡ　十Ｂ　、　Ｃ十Ｄ　、　Ｅ　十Ｆのよう
に力ｌ算さハてから転送される事になりインターレース
効果が得られるものである。

同、以上は二相駆動方法のものについて説明したが本発
明は二相以上の駆動力法にも適用用能である事は言うま
でもない。

（効　果） 以上説明したようにムービモードとスアイールモードの
どちらかを選択する手段を設けた事により、本固体撮像
装置はムービービデオ・ステイールビデオ兼用になシ、
相対的に安く入手する事が出来、さらに用途によって使
い分けが簡単に出来る。

又、フレームモードに於ては、一画素を構成する２つの
ボテ、ンシャルウエルのレベルをＩＭＪ　Ｌ。

にしておき、メモリ一部への転送りロックパルスの位相
を偶数フィールドと奇数フィールドとで切換える事によ
シインターンース効果を持たせる事により暗電流等のノ
イズレベルを各フィールド毎に均一化すると共に、スチ
ルモードでｄ、この暗電流等のノイズレベルが最小とな
るよう制御手段としてのモード切替回路５によシ切換え
を制御しているので常に最適なＳ／Ｎが祠られる。従っ
て又、ダイナミックレンジの広い高画質の画像信号を得
る事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はフレーム転送型のＣＣＤの構成図、第２図はイ
メージセンサに於けるノイズ特性を示す図、第３図は従
来のイメージセンサ駆動用のパルスの説明図、第４図は
本発明の撮像装置の構成例を示す図、第５図は本発明の
ムービーモードに於けるセンサ駆動パルスのタイミング
図、第６図は本発明のステルモードに於けるセンサ枢動
パルスのタイミング図、第７図は第５図示タイ・ミンク
の装部説明図、第８図は本発明に係るボテンンヤルウエ
ルの制御方法を説明する為の模式図である。 １００　　・・・・イメージセンサ １　・・・・・・・・・撮（象部 ２　・・・・・・・・・メモリ一部 ３　・・・・・・・・水平７フトレジスタ５０・・・・
・・・・・モード切賛回路ＣＦ３　ＣＷ　ＶＢ　ＶＷ　
Ｃ８ｃｌｌＩＪＶＢ　ＶＷ　ＣＢ　　（Ｊ　ＶＢ　ＶＷ
ヒーー、−一」ヒーエーーーーーーーーヲヒ−−−−７
−１０４、１０５７０６

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の画素から成る受光面の各画素内に複数のポテンシ
   ャルウェルを形成可能な電極を有する電荷転送型イメー
   ジセンサと、電荷蓄積に除してＭｉＪ記各画素内に夫々
   ポテンシャルウェルを１つだけ形成し、各ポテンシャル
   ウェル内の電荷を順次読み出すよう前記電極を制御する
   モード及び電荷蓄積に際して前記各画素内に夫々複数の
   ポテンシャルウェルを形成すると共に所定の複数のポテ
   ンシャルウェル内の電荷を混合して順次読み出すように
   前記電極を制御するモードを有する制御手段とを有する
   撮像装置。