JPS61284183A - シヤツタ−機能を有する固体撮像装置 - 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】 （発明の技術分野） 本発明は、フィルム及び機械的シャッター等の遮光機構
を使用しないシャッター機能を有する固体撮像装置に関
する。

（発明の背景） 従来、固体撮像素子はその駆動によりシャッター機能を
電子的に実現すること、即ち電子シャッターが可能であ
るが、電子シャッターでは静止画像を搬影する場合、特
に高速シャッターを用いて高速で動く被写体の静止画像
を解像度良く敵影することができないため、固体搬像素
子を使用した電子スチルカメラにあっては、メカニカル
シャッターと組合わせて使用している。

このように固体撮像素子とメカニカルシャッターとを組
合わせて使用する理由を更に詳細に説明すると、従来よ
り固体搬像素子はテレビビジョン走査方式として知られ
た２：１インターレース走査で信号電荷を転送読出しす
る駆動方式を採用してあり、この駆動方式でビデオカメ
ラのように動画を撮影する場合には大きな支障はないが
、電子スチルカメラのように静止画、特に高速で動く被
写体を電子シャッターにより解像度良く撮影する場合に
、ブした画像となってしまう。

即ち、高画質を得るためには、奇数フィールドと偶数フ
ィールドでなる２フィールド分の信号で１フレ一ム画像
を得る必要があるが、固体搬像素子をテレビ方式で駆動
した場合、奇数フィールドの信号を得てから偶数フィー
ルドの信号を得るまでの時間差が例えば１／６０ｓｅｃ
と大きくなり、動きの速い被写体の場合、被写体の線が
フィールド信号の時間遅れによって二重になってプした
静止画像となってしまう。

このブレを防止するためには、１フィールド信号のみを
得て、このフィールド信号を２回使用してフレーム信号
とするフィールド／フレーム変換を行なえば良い。しか
し、１フィールド信号を２回使用したフレーム画像では
高解像度で高画質の静止画像を得ることはできない。

そのため従来は、固体撮像素子の前面にメカニカルシャ
ッターを設け、メカニカルシャッターの開閉制御による
露光量の制御で高速シャッターを実現するものが提案さ
れている。

即ち、メカニカルシャッターを開いて固体搬像素子の全
画素を露光して１フレ一ム分の信号電荷を生成させ、メ
カニカルシャッターを閉じてから全画素の信号電荷を保
存させつつ、まず奇数フィールドの転送読出しを行ない
、続いて偶数フィールドの転送読出しを行なって１フレ
ームの画像を得るようにしいてる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来のメカニカルシャッター
と固体撮像素子を使用した搬像装置にあっては、シャッ
ター動作による機械的な振動で画像のブレが起き易く、
また、音声を同時に記録する機能を備えた電子スチルカ
メラにあっては、シャッターの大きな作動音が問題にな
る。

更に、固体搬像素子ではモアレを防止するために通常光
学的なローパスフィルタを使用しているため、メカニカ
ルシャッターを固体撮像素子の受光面の直前に配置させ
ることができず、シャッター効率が下がってしまい高速
シャッターには限界があったと同時にスペースも必要と
し、小型化の障害となっていた。

（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、メカニカルシャッターが不要で且つ高解像度で高
画質の静止画が得られる高速シャッター動作までも可能
とするシャッター機能を有する固体搬像装置を提供する
ことを目的とする。

（発明の概要） この目的を達成するため本発明にあっては、固体搬像素
子自体に、２：１インターレース走査で１ｑられる１フ
ィールド分の転送電荷を順次蓄積する第１及び第２の電
荷蓄積部を設け、露光時間への到達で、まず奇数（第１
）フィールドの受光発生電荷を第１の電荷蓄積部を経由
して第２の電荷蓄積部へ転送し、奇数フィールドの信号
電荷の第２の電荷蓄積部への転送が完了したタイミング
で偶数（第２）フィールドの受光発生電荷を第１の電荷
蓄積部へ転送させ、受光電荷発生部からの第１フイール
ドと第２フイールドの電荷転送の空き時間を２回分の電
荷転送時間に相当する極く短い時間に押えて高速シャッ
ター動作であっても静止画像のブレが起きないようにし
たものである。

（実施例） 第１図は本発明で用いられる固体撮像素子を機能ブロッ
クで示した説明図である。

まず構成を説明すると、１は被写体からの光を受けて電
荷を発生する受光電荷発生部であり、発生した電荷を保
持する機能も合わせて持っている。

この受光電荷発生部１は、二次元配列された複数の受光
素子列より成る奇数番目の受光素子列２ａ。

２ｂ、２ｃ、−・・と、偶数番目の受光素子列３ａ。

３ｂ　、　３ｃ　、・・・が交互に順次配置されている
。

４は第１の電荷転送手段であり、テレビジョン方式に於
ける２：１インタレース走査を実現するため、受光電荷
発生部１に於ける奇数番目と偶数番目の受光素子列、例
えば受光素子列２ａ、３ａを切換選択し、そのうちの一
方の受光素子列で得られた信号電荷を次段に設けた第１
のメモリ５に転送する。この第１のメモリ５に続いては
第２の電荷転送手段６が設けられ、第１のメモリ５に蓄
積された奇数番目、または偶数番目の信号電荷を第２の
メモリ７に転送する。

ここで第１のメモリ５及び第２のメモリ７は、受光電荷
発生部１に於ける奇数番目の受光素子列または偶数番目
の受光素子列の信号電荷の数に対応した１フィールド分
の信号電荷の蓄積容量を有する。

更に第２のメモリ７には信号出力手段８が接続され、第
２のメモリ７の内容を時系列信号とじて外部に取出すこ
とができる。

尚、第１図では第１及び第２の電荷転送手段４゜６の転
送時間を短くするために並列転送としているが、時系列
的な直列転送であっても良い。

第２図は第１図にブロックで示した機能を有する本発明
で使用する固体搬像素子のシャッター制御動作を示した
フローチャートでおる。

−コマ分の暗影のため、電子スチルカメラのシャッター
レリーズが行なわれると、第２図のフローチャートに示
すシャッター制御動作が開始され、まずブロック９，１
０．１１に示すｔｄ時間に亘って、受光電荷発生部１に
それまでに生じている不要電荷の排出を行なう。

即ち、ブロック９で受光電荷発生部１に於ける奇数フィ
ールドとなる奇数番目の受光素子列２ａ。

２ｂ　、　２Ｃ、・・・の電荷が電荷転送手段４によっ
て第１のメモリ５に転送され、更に第２の電荷転送手段
６によってブロック１０に示す様に第２のメモリ７に転
送される。続いてブロック１１で受光電荷発生部１の偶
数フィールドとなる偶数番目の受光素子列３ａ、３ｂ、
３ｃ、・・・の電荷が電荷転送手段４によって第１のメ
モリ５に転送され、更に第２の電荷転送手段６によって
ブロック１２に示す様に第２のメモリ７に転送する。ブ
ロック１０で先に第２のメモリ７に転送された奇数フィ
ールドの電荷は、信号出力手段８によって偶数フィール
ドの信号電荷が転送されるまでに外部に排出され、更に
ブロック１２で第２のメモリ７に転送された偶数フィー
ルドの電荷も、信号出力手段８によって外部に排出され
る。

一方、奇数フィールドの露光は、プロ・ツク９に示す第
１のメモリ５への転送時点から始まっており、一方、偶
数フィールドについては、ブロック１１の第１のメモリ
５への転送時点から開始され、それぞれ受光電荷発生部
１に於ける奇数フィールド及び偶数フィールドで露光時
間の経過に応じた受光電荷の生成が行なわれる。

従って、奇数フィールドの露光開始と偶数フィールドの
露光開始の間には、遅れ時間ｔｄを生ずることになるた
め、ブロック９及び１１に示す第１のメモリ５の電荷転
送はできる限り高速とし、且つ転送タイミングの遅れ時
間ｔｄ＠最少限に押えなければならない。

次に判別ブロック１３では固体搬像素子への露光が別途
設けられた測光手段により適正露光量に達したか否かを
判別してあり、適正露光量に達すると、ブロック１４以
降に示す２回目の電荷転送が実行される。

即ち、ブロック１４で最初に露光が開始された受光電荷
発生部１の奇数フィールドを与える受光素子列２ａ、２
ｂ、２ｃ、・・・で発生した電荷を第１の電荷転送手段
４によって第１のメモリ５に転送する。この第」のメモ
リ５への転送時点で奇数フィールドの露光が終了し、露
光時間ｔｅ１が得られる。続いてブロック１４で第１の
メモリ５に転送された奇数フィールドの電荷を更に第２
の電荷転送手段６によって第２のメモリ７に転送する。

続いてブロック１６で受光電荷発生部１における偶数フ
ィールドを与える偶数番目の受光素子列３ａ、３ｂ、３
ｃ、・・・の発生電荷を第１の電荷転送発生手段４によ
って第１のメモリ５に転送する。

この転送時点で偶数フィールドの露光が終了し、奇数フ
ィールドの転送とタイミングを合わせることで偶数フィ
ールドについても同じ露光時間ｔｅ２が得られる。

続いてブロック１７で第２のメモリ７に蓄積されている
奇数フィールドの電荷を信号出力手段８によって時系列
的に外部に出力する奇数フィールド出力を行ない、奇数
フィールド出力が終了したらブロック１８に進み、第２
の転送手段６により第１のメモリ５に蓄積している偶数
フィールドの電荷を第２のメモリ７に転送し、次のブロ
ック１９で信号出力手段８により時系列的に偶数フィー
ルドの出力を行ない敵影動作を終了する。

この様な第１図に示す電荷転送と電荷蓄積の機能を持ち
、且つ第２図に示したシャッター制御機能を有する固体
＠機素子であれば、どの様な固体搬像素子であっても本
発明に使用することができ、例えばＣＯＤを例にとると
、フレームインターライン転送ＣＯＤが使用できる。ま
た多層構造の固体搬像素子であれば表面層となる第１層
が受光電荷発生部１となり、次の第２層が第１及び第２
のメモリ５，７としたものが考えられる。

第３図は第１，２図の実施例で明らかにした本発明のシ
ャッター機能を有する固体搬像装置に適用できる固体撮
像素子としてのフレームインターライン転送ＣＯＤの概
略を示した説明図であり、第１図に対応する部分に同一
符号を付して示している。

この第３図に示すフレームインターライン転送ＣＯＤの
場合には、奇数フィールドの受光素子列２ａ〜２Ｃ及び
偶数フィールドの受光素子列３ａ〜３Ｃから第１のメモ
リ５８〜５Ｃとなる垂直転送部への転送所要時間は数マ
イクロ秒であり、また第１のメモリ５ａ〜５Ｃとから第
２のメモリ７ａ〜７Ｃへの転送所要時間は数十マイクロ
秒とすることが可能であり、この結果、第２図のフロー
チャートで与える奇数フィールドと偶数フィールドの遅
れ時間ｔｄは極く短く、１／１００００秒以上の高速シ
ャッター動作も実現することができる。

第４図は第３図のフレームインターライン転送ＣＯＤに
ついて第２図に示したシャッター制御動作を行なった時
のレリーズパルス、転送パルス及び外部出力パルスを示
したタイムチャートであり、レリーズパルスφ１が得ら
れた後に転送パルスφ２によって奇数フィールドの不要
電荷を排出するための第１のメモリへの電荷転送が行な
われる。

続いて転送パルスφ４によって不要電荷の第２メモリ７
への転送及び出力パルスによる第２のメモリ７からの排
出が行なわれる。転送パルスφ４による第２のメモリ７
への転送が完了すると、転送パルスφ３による奇数フィ
ールドの不要電荷の排出が同様に開始される。

このため、奇数フィールドについては転送パルスφ２に
よる転送時点から露光が開始され、一方、偶数フィール
ドについては遅れ時間ｔｄ後の転送パルスφ３による転
送時点から露光が開始される。

尚、露光中であっても、転送パルスφ４及び出力パルス
φ５はそのまま出されている。最初に露光を開始した奇
数フィールドについて適正露光量が得られる露光時間ｔ
ｅｌが経過すると、再び転送パルスφ２が出されて奇数
フィールドの電荷を第１のメモリ５に転送し、続いて転
送パルスφ４により第１のメモリ５から第２のメモリ７
に転送し、この転送終了後に転送パルスφ３が発生して
偶数フィールドの電荷を第１のメモリ５に転送する。

続いて出力パルスφ５により、第２のメモリ７から奇数
フィールドの信号電荷の外部への取り出しが行なわれ、
更に第１のメモリ５から第２のメモリ７に転送パルスφ
４によって偶数フィールドの電荷が転送され、最終的に
出力パルスφ５によって第２のメモリ７から偶数フィー
ルドの信号電荷が外部に取り出される。

尚、第４図のタイムチャートは第１のメモリ５から第２
のメモリ７への転送に複数の転送パルスφ４を使用して
いるが、第１のメモリ５と第２のメモリ７が画素単位で
隣接配置された構造でおれば、１個のパルスで転送を行
なうことができる。

更に第４図のタイムチャートに示す転送パルスφ２〜φ
４は第３図のフレームインクライン転送ＣＯＤの駆動パ
ルスとの対応を取ると、転送パルスφ２．φ３は受光部
から垂直転送ＣＯＤへの転送パルスに相当し、転送パル
スφ４は垂直転送ＣＯＤの転送パルスに相当し、更に出
力パルスφ５は水平転送ＣＯＤの転送パルスに相当する
。

本発明では、第１メモリ５から第２メモリ７への電荷構
造と偶数番目の受光列３から第１メモリ５への転送が順
次行なわれるものとしたが、これは素子によっては同時
並列的に行なってもさしつかえなく、これにより転送タ
イミングの遅れｔｄは更に短くすることができる。

（発明の効果） 以上説明してきた様に本発明によれば、受光電荷発生部
における奇数フィールドと偶数フィールドのそれぞれに
対応した第１及び第２のメモリ機能を持つ固体搬像素子
を使用して２：１インタレース走査によるシャッター制
御動作を行なっているため、奇数フィールドと偶数フィ
ールドの露光時間のずれが極く短く、超高速のシャッタ
ー機能を固体撮像素子自体で実現して高解像度及び高画
質の静止画像を得ることができ、メカニカルシャッター
を併用した従来の比像装置で問題となった撮動による像
ブレやシャッター作動音の全くないシャッター機能を有
する固体搬像装置を実現することができる為、特に電子
スチルカメラの様な高速シャッター機能と高画質を両立
しなければならないもの、或いはシャッター機能と録音
機能を同時に作動させる必要のめるもの等に用いて大き
な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いる固体搬像素子の機能ブロックを
示した説明図、第２図は第１図の固体撮像素子を用いた
本発明のシャッター制御動作を示したフローチャート、
第３図は本発明で使用できるフレームインターライン転
送ＣＯＤの概略説明図、第４図は第３図のフレームイン
ターライン転送ＣＯＤに本発明のシャッター制御動作を
行なわせるパルス信号を示したタイムチャートである。 １：受光電荷発生部 ２ａ、２ｂ、２ｃ　：受光素子列（奇数フィールド）３
ａ、３ｂ、３ｃ　：受光素子列（偶数フィールド〉４：
第１の電荷転送部 ５：第１のメモリ ６：第２の電荷転送部 ７：第２のメモリ ８：信号出力手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ２：１インタレース走査により奇数フィールド信号と偶
   数フィールド信号を順次出力する撮像装置に於いて、 複数の受光画素を二次元配列した受光電荷発生部と、該
   受光電荷発生部の信号電荷を各フィールド毎に転送する
   第１の電荷転送手段と、該第１の電荷転送手段からの転
   送電荷を蓄積する１フィールド分の蓄積容量を備えた第
   １の電荷蓄積部と、該第１の電荷蓄積部の信号電荷を転
   送する第２の電荷転送手段と、該第２の電荷転送手段か
   らの転送電荷を蓄積する１フィールド分の蓄積容量を備
   えた第２の電荷蓄積部と、該第２の電荷蓄積部から時系
   列的に信号電荷に応じた信号をフィールド単位で順次出
   力する信号出力手段とを備えた固体撮像素子と、 規定露光量に達したときに前記固体撮像素子の受光電荷
   発生部で発生した奇数フィールドの信号電荷を前記第１
   の電荷蓄積部を経由して前記第２の電荷蓄積部に転送し
   、該奇数フィールドの信号電荷の第２の蓄積部への転送
   完了後に受光電荷発生部で発生した偶数フィールドの信
   号電荷を第１の電荷蓄積部に転送させる電子シャッター
   制御手段とを設けたことを特徴とするシャッター機能を
   有する固体撮像装置。