KR100372203B1 - 고체촬상소자및이것을이용한촬상장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 프레임 전송 방식의 CCD 고체 촬상 소자에서 칩 면적을 축소하는 것을 목적으로 한다.
고체 촬상 소자(11)의 촬상부(11i)에, 대략적인 화상을 촬상하는 제1 촬상 동작과 세밀한 화상을 촬상하는 제2 촬상 동작에서 정보 전하를 축적하는 상시 축적 화소와, 제2 촬상 동작에서만 정보 전하를 축적하는 선택 축적 화소를 배치한다. 선택 축적 화소를 예를 들어 3행 걸러서 상시 축적 화소(permanent accumulation pixels)를 배치한다. 축적부(11s)의 행수는 촬상부(11i)의 상시 축적 화소의 행수에 맞추어 배치한다. 상시 축적 화소와 선택 축적 화소는 기판상의 구성을 동일하게 하고, 인가하는 프레임 전송 클럭 φa, φb에 의해 구별한다.

Description

고체 촬상 소자 및 이것을 이용한 촬상 장치{SOLID-STATE IMAGE PICK-UP DEVICE AND IMAGE PICK-UP APPARATUS USING IT}
본 발명은 프레임 전송 방식의 CCD 고체 촬상 소자 및 그 고체 촬상 소자를 이용하여 정지 화상을 얻을 수 있도록 한 촬상 장치에 관한 것이다.
퍼스널 컴퓨터나 워드프로세서 등의 컴퓨터 기기에 화상 정보를 취득하는 수단으로서 고체 촬상 소자를 이용한 전자 스틸 카메라가 이용되고 있다. 이 전자 스틸 카메라는 종래의 텔레비젼 카메라 등의 촬상 장치와 마찬가지로, 피사체 화상을 동화상, 즉 정지 화상의 연속으로서 촬영하여, 그 중에서 원하는 1화면의 화상 정보를 추출하도록 구성된다. 통상, 이와 같은 전자 스틸 카메라의 화상 정보의 처리에 있어서는, 처리의 고속화를 꾀하기 위하여 적당하게 압축한 적은 정보량의 화상 신호로 연속 화상을 재생하고, 최종적으로 추출하고자 하는 1화면의 화상 정보에 대해서만 완전한 신호 처리를 실시하도록 하고 있다.
도 7은 전자 스틸 카메라의 구성을 도시한 블럭도이고, 도 8은 그 동작을 설명하는 타이밍도이다.
CCD 고체 촬상 소자(1)는 행렬 배치된 복수의 수광 화소와 각 수광 화소에 대응되는 시프트 레지스터를 갖는다. 복수의 수광 화소는 주지의 렌즈 기구에 의해 수광면으로 조사되는 피사체 화상에 대응하는 광에 응답하여 정보 전하를 발생하여 축적한다. 시프트 레지스터는 각 수광 화소에 축적되는 정보 전하를 소정의 순서로 전송 출력한다. 또한, 고체 촬상 소자(1)에는 시프트 레지스터의 출력단에 정보 전하를 화소 단위로 축적하는 용량이 설치되어 있고, 전송 출력되는 정보 전하의 전하량이 전압값으로 변환 추출되어, 화상 신호 Y0(t)로서 출력된다.
구동 회로(2)는 고체 촬상 소자(1)의 각 시프트 레지스터에 대하여 다상(多相)의 수직 전송 클럭 φv 및 수평 전송 클럭 φn을 공급하여, 복수의 수광 화소에 축적되는 정보 전하를 소정의 순서로 전송 출력시킨다. 즉, 수직 동기 신호 VT에 따르는 타이밍으로 고체 촬상 소자(1)의 수광 화소에서 시프트 레지스터로 정보 전하를 전송시킨 후, 수평 동기 신호 HT에 따르는 타이밍으로 1행씩 정보 전하를 전송 출력시킴으로써, 화상 신호 Y0(t)를 얻을 수 있도록 하고 있다. 타이밍 제어 회로(3)는 일정 주기의 기준 클럭에 기초하여 수평 동기 신호 HT 및 수직 주사 신호 VT를 생성하여, 구동 회로(2)에 공급한다. 이 수평 동기 신호 HT 및 수직 동기 신호 VT는 고체 촬상 소자(1)의 수평 주사 및 수직 주사의 타이밍을 결정하기 위한 것으로, 소정의 텔레비젼 방식에 따라서 생성된다. 동시에, 화상 신호 Y0(t)를 수평 동기 신호 HT 및 수직 동기 신호 VT에 따라 규격화하는 타이밍 신호 PC를 생성하여, 후술하는 신호 처리 회로(4)에 공급한다. 또한, 타이밍 제어 회로(3)는 화상 확정 지시 DI에 응답하여, 구동 회로(2)의 연속 촬상 동작을 정지시킴과 동시에, 신호 처리 회로(4)에 화상 신호 Y0(t)에 대응한 특정 1화면의 화상 데이타 D(n)을 출력시킨다.
신호 처리 회로(4)는 고체 촬상 소자(1)로부터 출력되는 화상 신호 Y0(t)를 취득하여, 타이밍 신호 PC에 따라서 샘플 홀드, 레벨 보정 등의 각종 처리를 실시하여, 소정 포맷에 준거한 화상 신호 Y1(t)로서 표시기(5)에 공급한다. 이 신호 처리 회로(4)는 A/D 변환기 및 D/A 변환기를 포함하고, 화상 신호 Y0(t)를 디지탈 데이타로서 신호 처리를 행하고, 소정의 신호 처리가 완료된 후에 아날로그값의 화상 신호 Y1(t)로 돌아가 표시기(5)에 공급하도록 구성된다. 또한, 신호 처리 회로(4)는 타이밍 제어 회로(3)가 화상 확정 지시 DI를 받았을 때의 화상 신호 Y0(t)의 1화면분에 대응하는 디지탈 화상 데이타 D(n)을 정지 화상 출력으로서 외부에 공급한다. 표시기(5)는 LCD 패널 등으로 이루어지고, 신호 처리 회로(4)로부터 공급되는 화상 신호 Y1(t)에 따르는 고체 촬상 소자(1)가 촬영된 화상을 연속하여 표시한다. 또, 화상 확정 지시 DI를 받은 후에는 정지 화상 출력으로서 출력되는 화상 데이타 D(n)에 대응하는 정지 화상을 표시한다.
도 9는 프레임 전송 방식의 CCD 고체 촬상 소자(1)의 구성을 도시한 모식도이고, 도 10은 동기 신호와 고체 촬상 소자(1)를 구동하는 각 전송 클럭과의 관계를 나타내는 타이밍도이다. 이 도면에서는, 도면을 간략화하기 위하여 수광 화소의 배열을 12행×16열로 표시하고 있다.
프레임 전송 방식의 CCD 고체 촬상 소자(1)는 촬상부(1i), 축적부(1s), 수평 전송부(1h) 및 출력부(1d)로 구성된다. 촬상부(1i)는 수직 방향으로 연속하는 서로 평행한 복수의 CCD 시프트 레지스터로 이루어지고, 이들 시프트 레지스터의 각 비트가 각각 수광 화소를 구성한다. 이 촬상부(1i)에는 수직 동기 신호 VT에 동기하는 다상의 프레임 전송 클럭 φf가 인가되고, 촬상 기간중에 각 수광 화소에 축적된 정보 전하가 수직 주사의 블랭킹 기간에 축적부(1s)로 고속 전송된다.
축적부(1s)는 촬상부(1i)의 시프트 레지스터에 연속하여, 비트수가 일치하는 복수의 CCD 시프트 레지스터로 이루어지고, 이들 시프트 레지스터의 각 비트에 촬상부(1i)의 각 수광 화소로부터 전송 출력되는 정보 전하를 각각 일시적으로 축적한다. 이 축적부(1s)에는 수직 동기 신호 VT 및 수평 동기 신호 HT에 동기된 다상의 수직 전송 클럭 φv가 인가되고, 촬상부(1i)로부터 정보 전하가 1화면 단위로 취득됨과 동시에, 취득된 정보 전하가 수평 주사의 블랭킹 기간에 1행 단위로 수평 전송부(1h)로 전송된다.
수평 전송부(1h)는 축적부(1s)의 각 시프트 레지스터의 출력이 각 비트에 결합된 단일 CCD 시프트 레지스터로 이루어지고, 축적부(1s)의 각 시프트 레지스터로부터 전송 출력되는 정보 전하를 각 비트에 수신한다. 이 수평 전송부(1h)에는 수평 동기 신호 HT에 동기된 다상의 수평 전송 클럭 φh가 인가되고, 축적부(1s)의 각 시프트 레지스터로부터 1수평 라인 단위로 전송 출력되는 정보 전하가 순차 출력부(1d)측으로 전송된다.
출력부(1d)는 수평 전송부(1h)의 출력측에서 정보 전하를 수신하는 용량을 포함하여, 수평 전송부(1h)로부터 전송 출력되는 정보 전하를 받아 전하량에 따른 전압치를 출력한다. 이 출력부(1d)에는 수평 전송 클럭 φh에 따르는 리셋 클럭 φr이 인가되고, 수평 전송부(1h)로부터 순차 전송 출력되는 정보 전하를 1화소 단위로 배출시킴으로써, 1화소마다의 정보 전하량에 대응하는 전압값을 추출하도록 하고 있다. 여기에서 출력되는 전압값의 변화가 화상 신호 Y0(t)가 된다.
이와 같은, 프레임 전송 방식의 고체 촬상 소자(1)는 촬상하여 얻어진 정보 전하를 일시적으로 축적하는 축적부(1s)가 촬상부(1i)의 수광 화소로부터 떨어져 있기 때문에, 수광 화소로부터의 불필요한 전하의 유입이 적다. 이 때문에, 고체 촬상 소자로부터 임의의 타이밍에서 정보 전하를 판독하여 정지 화상을 얻는 전자 스틸 카메라에 적합하다.
상술한 전자 스틸 카메라의 경우, 고체 촬상 소자(1)를 연속 동작시켜 동화상을 추출하고, 그 동화상을 보면서 원하는 정지 화상을 추출시키도록 하고 있다. 이 때의 동화상은 단순히 확인 화면이기 때문에 고화질일 필요는 없고, 통상은 화상 신호 Y0(t)의 정보량을 미리 적게하여 신호 처리 회로(4)에서의 신호 처리를 간단히 하고 있다. 즉, 신호 처리 회로(4)의 입력 단계에서 화상 신호 Y0(t)를 일정한 열단위 또는 행단위로 압축함으로써 정보량을 삭감하고, 각종 신호 처리를 간략화하여 고속화를 꾀하도록 구성하고 있다.
그러나, 화상 신호 Y0(t)를 압축하여 신호 처리 회로(4)에 취득하도록 하기위한 구성은 신호 처리 회로(4)의 회로 규모가 커짐과 동시에, 각부에서의 소비 전력이 증가하는 문제를 초래한다. 또한, 촬상부(1i)와 축적부(1s)를 갖는 프레임 전송 방식의 고체 촬상 소자(1) 자체도, 행렬 배치되는 수광 화소의 각 열 사이에 수직 전송부가 배치되는 인터리브 전송 방식의 고체 촬상 소자에 비하여 칩 면적이 크고, 제조 코스트가 높아지는 문제를 갖고 있다.
그래서 본 발명은 소비 전력의 증대를 억제하면서, 코스트의 저감을 꾀하여, 염가로 고성능의 전자 스틸 카메라를 제공할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 고체 촬상 소자를 개략적으로 도시한 평면도.
도 2는 촬상 동작시의 프레임 전송 클럭의 파형도.
도 3은 촬상 동작시의 프레임 전송 클럭 및 수평 전송 클럭의 파형도.
도 4는 모자이크형의 컬러 필터의 구성을 도시한 평면도.
도 5는 본 발명의 촬상 장치의 구성을 도시한 블럭도.
도 6은 본 발명의 촬상 장치의 동작을 설명하는 타이밍도.
도 7은 종래의 촬상 장치의 구성을 도시한 블럭도.
도 8은 종래의 촬상 장치의 동작을 설명하는 타이밍도.
도 9는 종래의 프레임 전송 방식의 고체 촬상 소자를 개략적으로 도시한 평면도.
도 10은 프레임 전송 방식의 고체 촬상 소자의 동작을 설명하는 타이밍도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 11 : CCD 고체 촬상 소자
1i, 11i : 촬상부
1s, 11s : 축적부
1h, 11h : 수평 전송부
1d, 11d : 출력부
2, 12 : CCD 구동 회로
3, 13 : 타이밍 제어 회로
4, 14 : 신호 처리 회로
5, 15 : 표시부
16 : 셔터 기구
17 : 셔터 구동 회로
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 그 특징으로 하는 바는, 복수의 수광 화소가 행렬 배치되고 광전 변환에 의해 발생하는 정보 전하를 각 수광 화소에 축적하는 촬상부와, 복수의 축적 화소가 행렬 배치되고 상기 수광 화소로부터 각 열마다 전송 출력되는 정보 전하를 각 축적 화소에 축적하는 축적부와, 상기 축적 화소로부터 1행마다 전송 출력되는 정보 전하를 수취하여 순차 전송 출력하는 수평 전송부를 구비한 고체 촬상 소자에 있어서, 상기 촬상부는 제1 및 제2 촬상 동작시에 정보 전하를 축적하는 상시 축적 화소가 연속하는 제1 종류의 행, 및 제1 종류의 행의 사이에 적당한 수의 행 배치되고 제1 촬상 동작시에 정보 전하를 배출함과 동시에 제2 촬상 동작시에 정보 전하를 축적하는 선택 축적 화소가 연속하는 제2 종류의 행을 포함하고, 상기 축적부는 상기 제1 종류의 행의 행수에 따라 배치되고 상기 축적 화소가 연속하는 제3 종류의 행을 포함하는 것이다.
본 발명에 따르면, 제1 및 제2 촬상 동작시에 정보 전하를 축적하는 상시 축적 화소가 연속하는 제1 종류의 행에 대응하도록 하여 축적부에 제3 종류의 행이 배치되기 때문에, 촬상부에 대한 축적부의 면적이 제1 종류의 행의 수와 제2 종류의 행의 수의 비에 따라서 축소된다. 따라서, 프레임 전송 방식에 있어서도 칩 면적이 축소된다.
또한, 본 발명의 특징으로 하는 바는, 피사체 화상을 반복 촬상하여 1화면 단위로 화상 정보가 연속하는 제1 화상 신호를 얻는 제1 촬상 동작과, 상기 제1 화상 신호로 표시되는 연속 화상 중 하나에 대응하는 피사체 화상을 새로이 촬상하여 1화면분의 화상 정보를 포함하는 제2 화상 신호를 얻는 제2 촬상 동작을 실행하는 촬상 장치에 있어서, 제1 및 제2 촬상 동작시에 정보 전하를 축적하는 상시 축적 화소가 연속하는 제1 종류의 행 및 제1 촬상 동작시에 정보를 배출함과 동시에 제2 촬상 동작시에 정보 전하를 축적하는 선택 축적 화소가 연속하는 제2 종류의 행이 소정의 규칙에 따라서 배치되는 촬상부에, 제2 종류의 행의 행수에 따라 정보 전하를 일시적으로 축적하는 축적 화소가 연속하는 제3 종류의 행이 배치되는 축적부가 대응되는 고체 촬상 소자와, 상기 수광부에 조사되는 광의 광로상에 배치되고 제1 촬상 동작시에 계속하여 개방되고 제2 촬상 동작시에 소정 기간 개방한 후에 상기 고체 촬상 소자의 촬상부를 차광하는 셔터 기구와, 제1 촬상 동작에서 상기 고체 촬상 소자의 촬상부의 제1 종류의 행에서 축적부의 제3 종류의 행으로 정보 전하를 전송한 후 1행마다 전송 출력하고 제2 촬상 동작시에 상기 고체 촬상 소자의 촬상부의 제1 및 제2 종류의 행에서 축적부의 제3 종류의 행을 통하여 1행마다 전송 출력하는 구동 회로를 구비한 것이다.
본 발명에 따르면, 대략적인 화상의 촬상을 반복하는 제1 촬상 동작에서 셔터 기구를 동작시키지 않고, 세밀한 화상의 촬상을 1번만 행하는 제2 촬상 동작에서 셔터 기구를 동작시킴으로써, 셔터 기구는 제2 촬상 동작의 짧은 기간에만 전력을 소비하게 된다. 동시에, 프레임 전송 방식의 고체 촬상 소자의 축적부의 행수를 압축하여 두고, 제1 촬상 동작에서는 축적부의 행수분 만큼 촬상부의 수광 화소에 정보 전하를 축적하도록 함으로써, 미리 행수가 압축된 상태에서 화상 신호를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 프레임 전송 방식의 CCD 고체 촬상 소자(11)의 구성을 도시하는 모식도이다. 본 도면에 있어서는, 도면을 간략화하기 위해 수광 화소의 배열을 12행×16열로 나타내고 있다. 또한, 수광 화소는 제2 촬상 동작에서만 전하를 축적하는 선택 축적 화소에 대해, 제1 및 제2 촬상 동작에서 전하를 축적하는 상시 축적 화소를 3열 걸러서 배치한 경우를 나타낸다.
프레임 전송 방식의 CCD 고체 촬상 소자(11)는 촬상부(11i), 축적부(11s), 수평 전송부(11h) 및 출력부(11d)로 구성된다. 촬상부(11i)는 수직 방향으로 연속하는 서로 평행한 복수의 CCD 시프트 레지스터로 이루어지고, 이들 시프트 레지스터의 각 비트가 각각 수광 화소를 구성한다. 각 수광 화소는 고체 촬상 소자(11)가 대략적인 화상의 촬상을 행하는 제1 촬상 동작에서는 정보 전하를 축적하지 않고, 세밀한 화상의 촬상을 행하는 제2 촬상 동작에서 정보 전하를 축적하는 선택 정보 전하를 축적하는 선택 축적 화소와, 어느 촬상 동작에서도 정보 전하를 축적하는 상시 축적 화소를 포함한다. 이들 상시 축적 화소 및 선택 축적 화소는, 각각 행방향으로 연속하여, 제1행(도면에 해칭이 되어 있지 않은 부분) 및 제2행(도면에서 해칭을 행한 부분)을 형성한다. 제1행은 1행씩 일정한 간격을 두어 배치되고, 제2행은 제1 종류의 행 사이에 적당한 수의 행 배치된다. 도면에 있어서는, 제1행 사이에 제2행을 3행씩 배치한 경우를 나타내고 있다. 그리고, 제1행에는 다상(多相)의 제1 프레임 전송 클럭 φa가 인가되고, 제2행에는 다상의 제2 프레임 전송 클럭 φb이 인가된다. 각 행의 화소의 구조에 대해서는, 각각 동일하고, 인가되는 클럭에 의해 상시 축적 화소와 선택 축적 화소가 구별된다. 또한, 각 수광 화소에 축적된 정보 전하를 전송할 때에는, 제1 프레임 전송 클럭 φa과 제2 전송 프레임 전송 클럭 φb을 일치시켜, 정보 전하를 축적부(11s)로 전송(프레임 전송)한다. 이 정보 전하의 전송은 제1 촬상 동작에서는, 도 9에 도시하는 고체 촬상 소자(1)의 촬상부(1i)와 마찬가지로, 수직 동기 신호 VT에 동기하는 타이밍으로 고속으로 행하여진다. 이에 대하여, 제2 촬상 동작에서는, 고속 전송은 행하지 않고, 도 9에 도시하는 고체 촬상 소자(1)의 축적부(1s)와 마찬가지로, 수평 주사에 따른 주기로 1행씩 행하여진다.
축적부(11s)는 촬상부(11i)의 시프트 레지스터에 연속하는 복수의 CCD 시프트 레지스터로 이루어지고, 이들 시프트 레지스터의 각 비트에 촬상부(11i)의 상시 축적 화소로부터 전송 출력되는 정보 전하를 각각 일시적으로 축적한다. 이 축적부(11s)의 행수는 촬상부(11i)의 제1행의 행수, 즉 촬상부(11s)의 상기 축적 화소의 화소수와 일치한다. 도면에 있어서는, 축적부(11s)는 촬상부(11i)의 1/4행(3행×16열)으로 형성된다. 이 축적부(11s)의 각 행에는, 수직 동기 신호 VT 혹은 수평 동기 신호 HT에 동기한 다상의 수직 전송 클럭 φv이 인가된다. 제1 촬상 동작에서는, 제1 및 제2 프레임 클럭 φa, φb의 4배의 주기로 촬상부(11i)의 상시 축적 화소로부터 정보 전하를 취득하고, 취득한 정보 전하를 수평 주사 기간마다 1행씩 수평 전송부(1h)로 전송한다. 제2 촬상 동작에서는 수평 전송 클럭 φv을 제1 및 제2 프레임 전송 클럭 φa, φb에 일치시켜 촬상부(11i)의 각 시프트 레지스터의 연장 부분으로서 동작시켜, 상시 축적 화소 및 선택 축적 화소로부터의 정보 전하를 순차 수평 전송부(11h)로 전송한다.
수평 전송부(11h)는 축적부(11s)의 각 시프트 레지스터의 출력이 각 비트와 결합시킨 단일 CCD 시프트 레지스터로 이루어지고, 축적부(11s)의 각 시프트 레지스터로부터 전송 출력되는 정보 전하를 각 비트에 받는다. 이 수평 전송부(11h)는, 도 9에 도시하는 고체 촬상 소자(1)의 수평 전송부(1h)와 동일하고, 수평 동기 신호 HT에 동기한 다상의 수평 전송 클럭 φh이 인가되어 축적부(11s)의 각 시프트 레지스터로부터 1수평 라인 단위로 전송 출력되는 정보 전하가 순차 출력부(11d)측으로 전송된다. 출력부(11d)는 수평 전송부(11h)의 출력측에서 정보 전하를 받는 용량을 포함하고, 수평 전송부(11h)로부터 전송 출력되는 정보 전하를 받아 전하량에 따른 전압값을 출력한다. 이 출력부(11d)에는 수평 전송 클럭 φh에 따른 리셋 클럭 φr이 인가되고, 수평 전송부(11)로부터 순차 전송 출력되는 정보 전하를 1화소 단위로 배출시킴으로써, 1화소마다의 정보 전하량에 대응하는 전압값을 추출하도록 하고 있다. 여기서 출력되는 전압값의 변화가 화상 신호 Y0(t)로 된다.
도 2는 제1 촬상 동작일 때의 전하 축적 기간(촬상 기간) 및 프레임 전송 기간의 클럭 φa, φb의 파형도로서, 3상 구동일 경우를 도시하고 있다.
3상 구동일 경우, 고체 촬상 소자(11)의 촬상부(11i)의 각 화소에는, 1화소당 3개의 전극이 배치된다. 이들 전극은, 인가되는 클럭의 전위에 따라 기판 내부의 포텐셜을 제어하는 것으로, 포텐셜이 깊게 형성되는 부분(포텐셜 우물)에 정보 전하가 축적되고, 포텐셜이 얕게 형성되는 부분(포텐셜 장벽)에서 화소 분리가 행해진다. 촬상 기간중에는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 3개의 위상을 갖는 제1 프레임 클럭 φa1∼φa3 중 적어도 하나가 고전위로 고정되고, 적어도 하나가 저전위로 고정된다. 여기서는, 제1 및 제2 위상의 클럭 φa1, φa2이 고전위로 고정되고, 제3 위상의 클럭 φa3이 저전위로 고정된다. 이로써, 클럭 φa1, φa2이 인가되는 전극의 하부에 정보 전하가 축적되게 된다. 또한, 제2 프레임 클럭 φb1∼φb3에 대해서는, 모두가 저전위로 고정되기 때문에, 이 제2 프레임 클럭 φb1∼φb3이 인가되는 선택 축적 화소에는 정보 전하는 축적되지 않는다. 즉, 제1 촬상 동작에서는, 제2 프레임 클럭 φb1∼φb3이 인가되는 선택 축적 화소에는 정보 전하는 축적되지 않는다. 단, 선택 축적 화소에서도 광전 변환에 의해 정보 전하가 발생하고 있기 때문에, 제2 프레임 클럭 φb1∼φb3을 주기적으로 전하 배출용 전위로 함으로써, 선택 축적 화소에 발생하는 정보 전하가 상시 축적 화소에 혼입하지 않도록 하고 있다.
소정의 촬상 기간을 경과한 후에는, 도 2에 도시하는 바와 같이 제1 프레임 클럭 φa1∼φa3과 제2 프레임 클럭 φb1∼φb3이 같은 타이밍으로 클럭킹되어, 상시 축적 화소에 축적된 정보 전하가 축적부(11s)로 전송된다. 이 때, 축적부(11s)에서 정보 전하를 취득하는 수직 클럭 φv은 제1 및 제2 프레임 클럭 φa, φb의 4배의 주기로 설정되어 있고, 3화소 걸러서 출력되는 정보 전하를 순차 축적부(11s)에 취득하도록 하고 있다. 축적부(11s)에 취득된 정보 전하는 도 9에 도시하는 고체 촬상 소자(1)와 마찬가지로, 수직 프레임 클럭 φv에 따라 수평 주사 기간에서 1행씩 순차 수평 전송부(11h)로 전송된다.
도 3은 제2 촬상 동작일 때의 전하 축적 기간 및 전하 판독 기간의 프레임 전송 클럭 φa, φb 및 수평 전송 클럭 φh의 파형도로서, 프레임 전송 클럭 φa, φb이 3상 구동, 수평 전송 클럭 φh이 2상 구동일 경우를 나타내고 있다.
제2 촬상 동작에서는, 제2 프레임 클럭 φa1∼φa3과 제2 프레임 클럭 φb1∼φb3은 서로 구별되지 않고 동일 위상으로 변화한다. 전하 축적 기간에서는, 제1 및 제2 위상의 클럭 φa1/φb1, φa2/φb2이 고전위로 고정되고, 제3 위상의 클럭 φa3/φb3이 저전위로 고정된다. 이로써, 클럭 φa1/φb1, φa2/φb2이 인가되는 전극의 하부에 포텐셜 우물이 형성되어 정보 전하가 축적된다. 단, 제2 촬상 동작시에는, 프레임 전송 동작을 수반하지 않기 때문에, 고체 촬상 소자(11)의 촬상부(11i)를 광학적으로 차광하는 셔터 기구가 이용된다.
소정의 전하 축적 기간이 종료하면, 셔터 기구가 폐쇄되어 촬상부(11i)가 차광된다. 이 후, 전하 판독 기간이 되어, 촬상부(11i)의 각 수광 화소에 축적되는 정보 전하가 수평 주사 기간에 따른 타이밍으로 1행마다 전송 출력된다. 이 때, 축적부(11s)에 대해서는, 촬상부(11i)의 각 시프트 레지스터와 수평 전송부(11h)의 시프트 레지스터의 각 비트를 간단히 접속하도록 작용하고, 수직 전송 클럭 φv은프레임 전송 클럭 φa, φb과 동일 위상으로 변화한다. 이로써, 전하 축적 기간에 촬상부(11i)의 모든 수광 화소에 축적되는 정보 전하는 전하 축적 기간에 이어 전하 판독 기간에 1행 단위로 전송 출력된다.
그런데, 고체 촬상 소자(11)가 컬러 촬상에 대응하는 경우, 수광부(11i)에 컬러 필터가 장착되어 각 수광 화소가 특정 색성분으로 대응된다. 여기에서, 컬러 필터가 행마다 색성분의 배열이 상이한 모자이크형인 경우, 각 색성분의 배열에 맞추어 상시 축적 화소와 선택 축적 화소를 배치할 필요가 발생한다. 예를 들면, 도 4에 도시한 바와 같이, 홀수행에 시안(Cy)과 황색(Ye)이 번갈아 배치되고, 짝수행에 백색(W)과 녹색(G)이 번갈아 배치되는 경우, 3행 걸러서 상시 축적 화소를 선택하면, Cy/Ye의 조합이나 W/G의 조합 중 어느 한쪽밖에 얻을 수 없게 된다. 그래서, 수광 화소 8행을 1개의 단위로 하고, 그 중 색성분이 서로 다른 2화소(제3행째 및 제8행째)를 상시 축적 화소로 선택하도록 하면 좋다. 1∼2행 정도의 화소의 어긋남은 고체 촬상 소자(11)를 저해상도로 동작시키는 제1 촬상 동작에서는 문제가 되지 않는다. 이에 따라, 대략적인 화상을 촬상하는 제1 촬상 동작에 있어서도, 모든 수광 화소로부터 정보 전하를 판독하는 제2 촬상 동작과 같도록 모든 색성분을 독립적으로 추출할 수 있게 된다.
도 5는 도 1에 도시한 고체 촬상 소자(11)를 이용하여 정지 화상을 얻을 수 있도록 한 본 발명의 촬상 장치로서의 전자 스틸 카메라의 구성을 도시한 블럭도이다.
CCD 고체 촬상 소자(11)는 도 1에 도시한 것으로, 촬상부(11i)에 대하여 행수가 축소된 축적부(11s)를 갖고, 구동 회로(12)로부터 공급되는 각종 클럭에 의해 구동되어, 화상 신호 Y0(t)를 출력한다.
셔터 기구(16)는 주지의 렌즈 기구를 통하여 고체 촬상 소자(11)의 촬상부(11i)로 피사체 화상이 투사되는 광로상에 배치되고, 필요에 따라서 촬상부(11i)를 차광한다. 이 셔터 기구(16)는 광 투과의 제어가 가능한 것이면 좋고, 액정 패널이나 차광판 등을 이용하는 것을 고려할 수 있다. 셔터 구동 회로는 후술하는 타이밍 제어 회로(13)로부터 공급되는 셔터 제어 신호 ST에 기초하여 구동 클럭 φd를 발생하여, 셔터 기구(16)를 개폐 구동한다. 예를 들면, 셔터 제어 신호 ST가 상승되어 있는 동안은 셔터 기구를 닫도록 구성된다.
구동 회로(12)는 고체 촬상 소자(11)의 각 시프트 레지스터에 대하여 다상의 프레임 전송 클럭 φa, φb, 수직 전송 클럭 φv 및 수평 전송 클럭 φh를 공급하여, 복수의 수광 화소에 축적되는 정보 전하를 소정의 순서로 전송 출력시킨다. 즉, 일정한 전하 축적 기간을 거쳐 촬상부(11i)의 수광 화소에 축적되는 정보 전하를 1화소마다 소정의 순서로 전송 출력하여, 1라인 단위로 연속하는 화상 신호 Y0(t)를 얻을 수 있도록 하고 있다. 고체 촬상 소자(11)에 있어서의 정보 전하의 전송 동작은 도 2 또는 도 3에 도시한 클럭 파형도에 따른다.
타이밍 제어 회로(13)는 제1 촬상 동작에서 고체 촬상 소자(11)를 연속 동작시켜 동화상을 표시하는 화상 신호 Y0(t)를 얻을 수 있게 하고, 제2 촬상 동작에서 고체 촬상 소자를 1회만 동작시켜 정지 화상을 표시하는 화상 신호 Y0(t)를 얻을 수 있게 한다. 동시에, 고체 촬상 소자(11)의 촬상부(11i)를 차광하는 셔터기구(16)를 구동하는 셔터 구동 회로(17)에 대하여 제1 촬상 동작에서 셔터 기구(16)를 개방하고, 제2 촬상 동작에서 일정 기간 셔터 기구(16)를 개방한 후에 폐쇄하여 고체 촬상 소자(11)의 촬상부(11i)를 차광하도록 지시를 부여한다.
제1 촬상 동작에 있어서는, 일정 주기의 기준 클럭에 기초하여 수평 동기 신호 HT 및 수직 주사 신호 VT를 생성하여 구동 회로(12)에 공급하여, 구동 회로(12)를 주기적으로 동작시킨다. 이에 따라, 고체 촬상 소자(11)는 촬상부(11i)의 상시 축적 화소만으로 촬상을 반복하여, 행수가 1/4로 압축된 화상 신호 Y0(t)를 출력한다. 이때, 셔터 제어 신호 ST는 상승되어 있는 상태이고, 셔터 구동 회로(17)는 셔터 기구(16)를 개방 상태인 채로 유지한다. 또, 제1 촬상 동작 중에는 화상 신호 Y0(t)를 규격화하는 타이밍 신호 PC가 동시에 생성되어, 신호 처리 회로(14)로 공급된다.
제1 촬상 동작이 계속되고 있을 때, 화상 확정 지시 DI가 입력되면, 그 시점에서 제1 촬상 동작은 종료하고, 제2 촬상 동작시 이행한다. 제2 촬상 동작에서는, 우선 셔터 제어 신호 ST가 하강되어 일단 셔터 기구(16)가 폐쇄되고, 고체 촬상 소자(11)의 촬상부(11i)가 차광된다. 이 상태에서 프레임 전송 동작을 행하여 촬상부(11i)의 각 수광 화소에 축적되어 있는 정보 전하를 배출시킨다. 이 배출 동작은 셔터 기구(16)를 폐쇄한 후에 제1 촬상 동작과 같은 동작을 1회 반복하면 된다. 불필요한 전하의 배출 동작이 완료된 후, 셔터 제어 신호 ST를 소정의 기간만큼 상승시켜, 셔터 기구(16)를 개방하여 고체 촬상 소자(11)의 촬상부(11i) 전체의 수광 화소에 정보 전하를 축적시킨다. 이 셔터 기구(16)의 개방 시간은 피사체휘도에 맞추어 설정하도록 하고, 고체 촬상 소자(11)의 촬상부(11i)에 축적되는 정보 전하량의 평균이 소정 범위에 들도록 한다. 여기에서, 최적의 셔터 개방 시간은 제1 촬상 동작시의 화상 신호 Y0(t)의 평균 레벨에 기초하여 설정할 것, 피사체의 휘도를 직접 측정하여 설정할 것 등을 고려할 수 있다. 제2 촬상 동작에 있어서는, 고체 촬상 소자(11)가 프레임 전송 동작을 수반하지 않는 대신에, 셔터 기구(16)에 의한 촬상부(11i)의 차광이 필요해 진다. 셔터 기구(16)에 의해 차광된 촬상부(11i)에서는 축적부(11s)에서 많은 행수의 수광 화소에 축적된 정보 전하가 1행 단위로 판독되게 된다.
신호 처리 회로(14)는 고체 촬상 소자(11)로부터 출력되는 화상 신호 Y0(t)를 취득하여, 타이밍 신호 PC에 따라서, 샘플 홀드, 레벨 보정 등의 각종 처리를 행하여, 소정의 포맷에 따르는 화상 신호 Y1(t)로서 표시기(15)에 공급한다. 이 신호 처리 회로(14)는 A/D 변환기 및 D/A 변환기를 포함하고, 화상 신호 Y0(t)를 디지탈 데이타로서 신호 처리를 실시하고, 소정의 신호 처리가 완료된 후에 아날로그값의 화상 신호 Y1(t)로 되돌려 표시기(15)에 공급하도록 구성된다. 신호 처리 회로(14)는 타이밍 제어 회로(13)가 화상 확정 지시 DI를 받을 동안까지, 제1 촬상 동작시에 상술한 신호 처리를 반복한다. 화상 확정 지시 DI를 받은 후에는, 고체 촬상 소자(11)의 촬상부(11i)의 모든 수광 화소로부터의 정보 전하를 표시하는 화상 신호 Y0(t)에 대응하는 디지탈 화상 데이타 D(n)을 정지 화상 출력으로서 외부에 공급한다. 이때, 표시기(5)에 대해서도 정지 화상 출력에 대응하여, 화소수가 압축된 화상 신호 Y1(t)를 공급한다. 표시기(15)는 LCD 패널 등으로 이루어지고,신호 처리 회로(14)로부터 공급되는 화상 신호 Y1(t)에 따르는 고체 촬상 소자(11)가 촬영된 화상을 연속하여 표시한다.
이와 같이, 제1 촬상 동작과 제2 촬상 동작시에 고체 촬상 소자(11)의 실질적인 수광 화소의 수를 변경하도록 함으로써, 대략적인 동화상을 얻는 제1 촬상 동작에서는 신호 처리 회로(14)의 신호 처리를 간략화할 수 있다.
이상의 실시 형태에 있어서는, 고체 촬상 소자(11)의 축적부(11s)의 행수를 촬상부(11i) 행수의 1/4로 축소한 경우를 예시하였지만, 이 외에 1/8이나 1/16으로 축소하도록 하여도 좋다.
본 발명에 따르면, 고체 촬상 소자의 칩 사이즈를 작게할 수 있고, 고체 촬상 소자의 제조 코스트를 저감할 수 있다. 또한, 동일 고체 촬상 소자를 이용하면서 대략적인 동화상을 얻는 제1 촬상 동작과 세밀한 정지 화상을 얻는 제2 촬상 동작을 실현할 수 있다. 제1 촬상 동작에서는 미리 행수가 추출된 화상 신호를 얻을 수 있기 때문에, 화상 신호에 대한 신호 처리를 간략화할 수 있다. 그리고, 고체 촬상 소자의 촬상부를 덮는 셔터 기구는 제2 찰상 동작에 의해 단기간에 일시적으로 동작할 뿐이므로, 셔터 기구의 소비 전력은 적어지게 된다.
따라서, 고체 촬상 소자 및 이것을 이용하는 촬상 장치의 코스트의 저감을 꾀하면서, 고화질의 정지 화상을 얻을 수 있게 된다.

Claims (5)

  1. 복수의 수광 화소가 행렬 배치되고 광전 변환에 의해 발생하는 정보 전하를 각 수광 화소에 축적하는 촬상부와, 복수의 축적 화소가 행렬 배치되고 상기 수광화소로부터 각 열마다 전송 출력되는 정보 전하를 각 축적 화소에 축적하는 축적부와, 상기 축적 화소로부터 1행마다 전송 출력되는 정보 전하를 수취하여 순차 전송 출력하는 수평 전송부를 포함하는 고체 촬상 소자에 있어서,
    상기 촬상부는 제1 및 제2 촬상 동작시에 정보 전하를 상시 축적하는 제1 수광 화소가 연속하는 제1 종류의 행, 및 제1 종류의 행의 사이에 적당한 수의 행으로 배치되고 제1 촬상 동작시에 정보 전하를 배출함과 동시에 제2 촬상 동작시에 정보 전하를 축적하는 제2 수광 화소가 연속하는 제2 종류의 행을 포함하고,
    상기 축적부는 상기 제1 종류의 행의 행수에 따라 배치되고 상기 축적 화소가 연속하는 제3 종류의 행을 포함하는
    것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  2. 제1항에 있어서, 제1 촬상 동작시에 상기 제1 종류의 행과 상기 제2 종류의 행이 개별적으로 구동되고, 제2 촬상 동작시에 상기 제1 종류의 행과 상기 제2 종류의 행이 공통으로 구동되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 복수의 수광 화소에 대응하여 복수의 세그먼트로 분할되고, 각 세그먼트가 특정 색성분에 대응되는 컬러 필터가 상기 촬상부를 덮어 장착되고, 이 컬러 필터의 각 세그먼트의 색성분의 열방향의 배열 규칙과 상기 제1 종류의 행에 대한 상기 제2 종류의 행의 행수비에 따라 상기 제1 종류의 행 및 상기 제2 종류의 행의 배열 순서가 결정되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  4. 피사체 화상을 반복 촬상하여 1화면 단위로 화상 정보가 연속하는 제1 화상 신호를 얻는 제1 촬상 동작과, 상기 제1 화상 신호로 표시되는 연속 화상 중 하나에 대응하는 피사체 화상을 새로이 촬상하여 1화면분의 화상 정보를 포함하는 제2 화상 신호를 얻는 제2 촬상 동작을 실행하는 촬상 장치에 있어서,
    제1 및 제2 촬상 동작시에 정보 전하를 축적하는 상시 축적 화소가 연속하는 제1 종류의 행 및 제1 촬상 동작시에 정보를 배출함과 동시에 제2 촬상 동작시에 정보 전하를 축적하는 선택 축적 화소가 연속하는 제2 종류의 행이 소정의 규칙에 따라서 배치되는 촬상부에, 제2 종류의 행의 행수에 따라 정보 전하를 일시적으로 축적하는 축적 화소가 연속하는 제3 종류의 행이 배치되는 축적부가 대응되는 고체 촬상 소자와,
    상기 수광부에 조사되는 광의 광로상에 배치되고, 제1 촬상 동작시에 계속하여 개방되며, 제2 촬상 동작시에 소정 기간 개방한 후에 상기 고체 촬상 소자의 촬상부를 차광하는 셔터 기구와,
    제1 촬상 동작시에 상기 고체 촬상 소자의 촬상부의 제1 종류의 행에서 축적부의 제3 종류의 행으로 정보 전하를 전송한 후, 1행마다 전송 출력하고, 제2 촬상동작시에 상기 고체 촬상 소자의 촬상부의 제1 및 제2 종류의 행에서 축적부의 제3 종류의 행을 통하여 1행마다 전송 출력하는 구동 회로
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 고체 촬상 소자의 출력 레벨에 응답하여 상기 제2 촬상 동작시의 상기 셔터 기구의 개방 시간을 신축성있게 제어하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
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