JP2001320627A

JP2001320627A - 電子スチルカメラ

Info

Publication number: JP2001320627A
Application number: JP2000134414A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Takayama; 淳高山
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2000-05-08
Filing date: 2000-05-08
Publication date: 2001-11-16

Abstract

(57)【要約】【課題】強い光が照射された場合でも、画質を維持でき
る電子スチルカメラを提供する。【解決手段】ＣＭＯＳは、ＣＣＤなどと異なり、特定の
トリガ信号に応じて特定の画素より電荷を排出するの
で、垂直転送路を電荷が一列になって順繰りに移送され
ることがなく、従ってブルーミング現象などを防止でき
る。又、ストロボ光などの強い光を、容量が限られた光
センサ部（フォトダイオードＤ１）に取り込むような場
合でも、新たな電荷の蓄積開始後所定時間経過後にスト
ロボ２を発光させ、被写体３からの反射光量が所定値に
達した時点で、電荷排出部が光センサ部に蓄積された電
荷を転送することで露光終了とすることによって、最適
な露光を行うことが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子スチルカメラに関
し、さらに詳しくは、固体撮像素子の電子シャッタ機能
を利用してストロボのような単発光発光時の露光量を制
御できるようにした電子スチルカメラ等の静止画撮影装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年における電子技術の発達により、光
学像を画像データに変換して記憶できるデジタルスチル
カメラの如き電子スチルカメラが開発され市販されてい
る。ここで、一般的な電子カメラにおいては、光電変換
を行うためにＣＣＤ（電荷結合素子）を用いることが多
い。ＣＣＤは、光感度が高く、ノイズレベルも低いとい
う利点を有するが、以下に述べるような問題点も有して
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ＣＣＤにおいては、二
次元に並んだ画素に蓄積された電荷を排出するために、
複数の電荷蓄積セルからなる垂直転送路と水平転送路と
を設けている。かかる転送路においては、画素から電荷
を受け取り、さらにそれを一列に順に隣のセルに移し替
えることで、電荷の転送が行われるようになっている。

【０００４】ところが、画素の光センサ部から垂直転送
路に電荷を転送している期間内に、ストロボ光などの強
い光が照射されると、隣接するセルに電荷が溢れ出し、
転送路に沿って高輝度の線が生じるいわゆるブルーミン
グ現象を発生してしまい、著しく画質を損なうという問
題がある。通常、光センサ部には、光量に応じて発生し
た電荷の溢れ出しを阻止するアンチブルーミング構造が
採用されているので、強い光があたっても電荷が隣接す
る光センサ部に溢れ出ない構造になっている。しかしな
がら、垂直転送路は、電荷の転送を容易にするためにア
ンチブルーミング構造を採用できず、光センサ部から多
量の電荷が転送されてきた場合には隣接セルに溢れてし
まうという不具合が生じうる。特に、垂直転送路では横
方向（転送方向以外）に対しては電位障壁を比較的高く
しているので電荷が溢れる恐れは少ないが、縦方向（転
送方向）は電荷を転送する関係上横方向ほど電位障壁を
高くできず、電荷が溢れる傾向が高い。

【０００５】かかる従来技術の問題点に鑑み、本発明
は、強い光が照射された場合でも、画質を維持できる電
子スチルカメラを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の電子スチルカメ
ラは、発光装置と、入射光を光電変換する光センサ部
と、トリガ信号に応じて該光センサ部の電荷を排出でき
る電荷排出部と、を有する画素を二次元的に配置した撮
像素子と、を有する電子スチルカメラにおいて、前記撮
像素子は、特定のトリガ信号に応じて特定の画素より電
荷を排出するようになっており、前記光センサ部に蓄積
された電荷が、前記電荷排出部により排出されることに
よって、前記光センサ部に新たな電荷が蓄積され、予め
設定されたシャッタ速度に基づいて、新たな電荷の蓄積
開始後所定時間経過後に発光装置を発光させ、被写体か
らの反射光量が所定値に達した時点で、前記電荷排出部
が前記光センサ部に蓄積された電荷を転送する、或いは
電荷の転送を停止することで露光終了とすることを特徴
とする。

【０００７】

【作用】本発明の電子スチルカメラは、発光装置と、入
射光を光電変換する光センサ部と、トリガ信号に応じて
該光センサ部の電荷を排出できる電荷排出部と、を有す
る画素を二次元的に配置した撮像素子と、を有する電子
スチルカメラにおいて、前記撮像素子は、特定のトリガ
信号に応じて特定の画素より電荷を排出するようになっ
ており、前記光センサ部に蓄積された電荷が、前記電荷
排出部により排出されることによって、前記光センサ部
に新たな電荷が蓄積され、予め設定されたシャッタ速度
に基づいて、新たな電荷の蓄積開始後所定時間経過後に
発光装置を発光させ、被写体からの反射光量が所定値に
達した時点で、前記電荷排出部が前記光センサ部に蓄積
された電荷を転送する、或いは電荷の転送を停止するこ
とで露光終了とするものである。すなわち、ＣＣＤなど
と異なり、特定のトリガ信号に応じて特定の画素より電
荷を排出するようになっており、垂直転送路を電荷が一
列になって順繰りに転送されるという形態を本来的にと
っておらず、或いはそのような構成を有していないた
め、上述したブルーミング現象などを防止できる。又、
ストロボ光などの発光装置からの強い光を、容量が限ら
れた前記光センサ部に取り込むような場合でも、新たな
電荷の蓄積開始後所定時間経過後に発光装置を発光さ
せ、被写体からの反射光量が所定値に達した時点で、前
記電荷排出部が前記光センサ部に蓄積された電荷を転送
することで露光終了とすることによって、最適な露光を
行うことが出来る。尚、発光装置とは例えばストロボの
ようなものを言うが、これに限られない。

【０００８】特に、前記撮像素子がＣＭＯＳ型撮像素子
であれば、一般的に画素ごとに読み出し部を設けている
ため、ＣＣＤの様に垂直転送路を介して電荷を順送りに
転送する必要はなく、また画素間の電荷の洩れについて
も、チャネルストップで分離することにより十分に高い
電位障壁を設けることができる。このため強い光が入射
してもブルーミングが発生する恐れはない。

【０００９】更に、前記画素が、前記電荷排出部により
転送された電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記電荷蓄積
部に蓄積された電荷を電圧に変換する変換部と、変換さ
れた電圧を読み出す読出部とを有すると好ましい。露光
中には、光センサ部と電荷蓄積部との間のゲートを通常
は閉じておいて、露光終了時に開いて電荷を転送した後
閉じるが、別のやり方として露光中は、このゲートを開
のままにしておく方法もある。このとき光センサ部で発
生した電荷は、逐次電荷蓄積部に転送される。ゲートを
閉じることにより露光が終了することになる。

【００１０】又、前記電荷蓄積部が、不揮発性のメモリ
セルを含むと好ましい。不揮発性のメモリとしては、例
えばアナログフラッシュメモリなどを用いることが出来
るが、これに限られない。

【００１１】更に、前記電荷蓄積部が、揮発性の電荷蓄
積部と、不揮発性の電荷蓄積部とを有すると好ましい。

【００１２】又、前記光センサ部における光電変換時に
発生した電子と正孔のうち正孔を蓄積し、これを入射光
量として検出すると好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本実施の形
態を説明する。図１は、ＣＭＯＳ型撮像素子の等価回路
図である。図１において、単一の画素５０のみが示され
ているが、かかる画素５０は二次元的に配列されてい
る。画素５０の外側に、タイミングジェネレータ５１、
垂直シフトレジスタ５２、水平シフトレジスタ５３、出
力アンプ５４などの回路から構成されている。垂直シフ
トレジスタ５２は、走査線を選択するレジスタであり、
水平シフトレジスタ５３は、同一走査線内の画素５０を
選択するレジスタである。タイミングジェネレータ５１
は、これらを含めたセンサ全体を制御する。尚、上記構
成以外にも、ＣＤＳ回路、ＡＤコンバータ、さらには信
号処理回路等も組み込む事が考えられる。

【００１４】タイミングジェネレータ５１内部の設定
は、シリアル通信により外部から行うことができる。図
１では、コマンドの入力のみが矢視されているが、２線
あるいは３線式のシリアル通信を想定している。このシ
リアル通信により、タイミングジェネレータ５１内部の
レジスタの設定、変更等を行うことができる。露光制御
信号として、このシリアル通信とは別に専用の端子（Ｔ
ＲＧ１，ＴＲＧ２）を設けてあるので、かかる端子を介
して送信されることとなる。

【００１５】撮像素子の制御の方法としては幾つかが考
えられるが、一つの方法は、トリガ信号ＴＲＧ１のパル
スの立ち上がりで露光を開始し、パルスの立ち下がりで
露光を終了するというものである。ストロボを発光させ
た場合は、適正露光量になった時点でトリガ信号ＴＲＧ
２が立ち上がると、その時点で露光が終了するようにな
っている。

【００１６】より具体的に、各部の動作について説明す
ると、図１において、画素５０における掃き出し動作受
光は、ＭＯＳトランジスタＱ２を介して電源Ｖｒｓｔ１
に接続されている光センサ部（すなわちフオトダイオー
ド）Ｄ１で行われる。フォトダイオードＤ１の電荷を掃
き出すときは、タイミングジェネレータ５１の出力信号
ＲＧ１を制御し、トランジスタＱ２を０Ｎすることによ
り電源Ｖｒｓｔ１に電荷を掃き出すようにする。全画素
のＭＯＳトランジスタＱ２をＯＮすることにより、全フ
ォトダイオードの電荷が掃き出され、トランジスタＱ２
をＯＦＦした時点から露光が開始される。かかる部分が
電荷排出部に相当する。

【００１７】電荷転送のため、更にフォトダイオードＤ
１は、ＭＯＳトランジスタＱ１を介してキャパシタＣ１
に接続されている。この部分が電荷蓄積部に相当する。
タイミングジェネレータ５１の出力信号ＳＧを制御し、
全画素のＭＯＳトランジスタＱ１をＯＮすることによ
り、フォトダイオードＤ１の電荷をキャパシタＣ１に転
送する。更に、トランジスタＱ１をＯＦＦすることによ
り露光が終了する。

【００１８】次に、電荷の読み出しについて説明する。
各画素のキャパシタＣ１に蓄積した電荷は、ＭＯＳトラ
ンジスタＱ５をＯＮすることにより、トランジスタＱ４
を介して１画素（または１ライン）づつ外部に読み出さ
れる。画素の選択は、垂直シフトレジスタ５２、水平シ
フトレジスタ５３でアドレスを指定することにより行
う。すなわち、アドレス指定された画素のみから電荷を
読み出すことが出来る。このとき電荷をそのまま読み出
すことも可能であるが、ノイズの影響を受けやすいの
で、本実施の形態においては、一旦電圧に変換して出力
している。

【００１９】その後、電荷蓄積部のリセットが成され
る。より具体的には、読み出しが終了した後、次の撮影
が開始されるまでの間に、ＭＯＳトランジスタＱ３を同
時にＯＮすることにより、キャパシタＣ１の電荷を電源
Ｖｒｓｔ２に掃き出す（クリアする、すなわち電源Ｖｒ
ｓｔ２にリセットする）ことができる。このとき全画素
同時に行えば、画素間の暗電流ノイズ量を等しくできる
ので望ましいが、ノイズ量発生が十分小さい場合は、読
み出しが終わったあと１画素づつ行っても良い。かかる
電荷は、出力部のアンプ５３で電流増幅して出力され
る。

【００２０】フォトダイオードＤ１のリセット機能は省
略可能である。その場合、トランジスタＱ２を省略する
ことになる。この場合キャパシタＣ１に電荷を転送する
ことで、フォトダイオードＤ１をクリアしてそこから露
光を開始することができる。キャパシタＣ１に転送され
た電荷は、露光期間中に読み出されて捨てられることに
なる。

【００２１】更に変形例として、不揮発性メモリ（電荷
蓄積部）を設けている場合について説明する。不揮発性
でない電荷蓄積部と、不揮発性の電荷蓄積部とを備えた
撮像素子では、まず不揮発性でない電荷蓄積部に光セン
サ部から全画素同時に電荷を転送し、その後１画素ずつ
順次不揮発性の電荷蓄積部に電荷を転送すると良い。こ
れは、一般にフラッシュメモリなどは書き込み速度が遅
く、書き込みに時間がかかるので、書き込みのタイミン
グを合わせるためである。

【００２２】図２は、本実施の形態にかかる電子スチル
カメラを示す構成図である。図２において、２４は通常
光測光用受光レンズであり，２５は通常光測光用受光素
子であり，２６は通常光測光用受光素子２５からの光電
変換出力により、明るさを測光する測光回路である。２
７は測光回路２６からの信号によって、絞りやシャッタ
速度を決定したり、各種回路に制御信号を出力するＣＰ
Ｕであり，２０はＣＰＵ２７からのトリガ信号（発光ス
タート信号）を受けてストロボ２を発光させる発光回路
であり、２１は被写体３からの反射光を集光する撮影レ
ンズであり、２８はストロボ光用受光レンズであり、２
９はストロボ光用受光素子であり、２２は図１に示すＣ
ＭＯＳ型撮像素子である。２３はコンパレータ７からの
ストップ信号を受けて撮像素子２２の露光量制御を行う
撮像素子制御回路である。このように構成された装置の
動作は、以下の通りである。

【００２３】図３に示すストロボ発光特性図を参照しな
がら、本実施の形態の動作について説明する。図３に示
す曲線ｆがストロボ２をフル発光させた時のストロボ発
光曲線である。本実施の形態では、予め設定されている
ストロボモード時のシャッタ秒時（例えば１／６０秒で
図のｔ１〜ｔｓに相当）に基づいて、シャッターが閉じ
る時刻ｔｓよりストロボ２の最長発光時間Ｔ２（通常５
０μｓ〜５００μｓ）だけ短かい時刻ｔｘにストロボ２
を発光させる（発光量はコントロールせず、フル発光で
よい。）。但し本実施の形態では、先ず、通常測光用受
光レンズ２４を通して通常測光用受光素子２５に入射し
た通常光を、測光回路２６によって明るさを測定し、Ｃ
ＰＵ２７によって絞りとシャッタ秒時を決めている。た
だし、イメージセンサからの信号を使って露出を決めて
も良い。今、時刻ｔ１において撮像素子制御回路２３が
タイミングジェネレータ５１に信号ＴＲＧ１を与えるこ
とによって、その光センサ部（図１のフォトダイオード
Ｄ１）内の電荷を掃き出すことで露光を開始する。

【００２４】次に所定時間経過後、時刻ｔｘにおいてＣ
ＰＵ２７からトリガが入ると、発光回路２０はストロボ
２を発光させる。ストロボ発光により被写体３が照射さ
れる。被写体３からの反射光は、ストロボ用受光レンズ
２８を介してストロボ光用受光素子２９に入射すると共
に、撮影レンズ２１を介して固体撮像素子２２に入射す
る。この間、ストロボ発光量は図３に示すように急激に
増加する。又、時刻ｔｘにおいて、ＣＰＵ２７からのス
トロボ発光信号と同時に、積分開始信号が積分回路６に
入る。これにより、ストロボ光の積分がスタートする。

【００２５】積分回路６は、ストロボ光用受光素子２９
の出力を積分し、その出力は時間と共に増加する。そし
て、その出力が予め定められた基準の調光レベルに達し
た時刻ｔｓ′でコンパレータ７が動作し、ストップ信号
を出力する。ストップ信号はコンパレータ７からＣＰＵ
２７を通して出力してもよい。

【００２６】撮像素子制御回路２３は、このストップ信
号を受けると、タイミングジェネレータ５１に信号ＴＲ
Ｇ２を出力することにより、撮像素子２２の露光動作を
終了する。これにより、最適な露光状態における被写体
３の画像情報が、各画素内の電荷蓄積部に記憶される。
この時、撮像素子２２の積分時間はｔ１〜ｔｓ′となり
最初の設定（ｔ１〜ｔｓ）より（ｔｓ−ｔｓ′）だけ短
くなるが、この量は非常に短く、（ｔｓ−ｔ１≫ｔｓ−
ｔｓ′）であるため問題にならないし、もともとストロ
ボモード時のシャッタ秒時（例えば１／６０秒ｔ１〜ｔ
ｓ）も、特に意味のある数字ではないため全く問題にな
らない。

【００２７】一方、ストロボ２は時刻ｔｓ′経過後も発
光を続け、時刻ｔｓで消光する（ストロボ２が発光して
いる時間はＴ２である）。領域Ａは撮像素子２２に積分
されて画像となった分の露光量、領域Ｂは画像形成には
寄与しなかった分の露光量である。このように、本実施
の形態によれば精密な発光量の制御が困難なストロボ発
光を途中で停止することなく、最適露光量に達した時点
のチャージ電荷量を記憶部に記憶することができる。こ
の結果、簡単な構成でストロボ発光時に露光量を高精度
にコントロールすることができる。

【００２８】前述の露光制御の考え方は、日中シンクロ
時（被写体が逆光の時などストロボを発光させることで
美しい像がとれる）にも適用でき、この時は、最初設定
するシャッタ秒時（前記例の１／６０秒に相当）が被写
体の明るさにより変わる点を除けば、前述の例と同じで
ある。但し、この時あまりシャッタ秒時が短くなると前
記ｔｓ−ｔ１≫ｔｓ−ｔｓ′が成り立たなくなり露光精
度に影響を与えるので、この時は絞りを小さくし、シャ
ッタ秒時がある程度長くなるようにする等の工夫が必要
である。実施例をあげて説明する。例えば、ストロボが
発光した直後に設定された露光量に達して、シャッタが
閉じたとする。つまりほぼ、ストロボの最長発光時間だ
けシャッタ秒時のずれ（ｔｓ−ｔｓ′）があったとす
る。

【００２９】シャッタ秒時のずれを−０．２ＥＶ以内に
するには、ストロボ発光時間をｙｍｓ、ストロボ撮影可
能なシャッタ速度ｘｍｓとすれば、ｙ＜（１−
２^-0.2）ｘとなる。よってシャッタ秒時１／２５０まで
を可能にするにはストロボ発光時間は５１７μｓ以下、
１／５００までを可能にするにはストロボ発光時間は２
５８μｓ以下、１／１０００までを可能にするにはスト
ロボ発光時間は１２９μｓ以下となる。又、シャッタ秒
時のずれを−０．４ＥＶ以内にするには、同様にｙ＜
（１−２^-0.4）ｘであるから、シャッタ秒時１／２５０
までなら９６８μｓ以下、１／５００までなら４８４μ
ｓ以下、１／１０００までなら２４２μｓ以下、１／２
０００までなら１２１μｓ以下となり、シャッタ秒時の
ずれが大きいと、ストロボがあたっている被写体は適正
露光であるが、ストロボ光がとどかない部分は露光不
足、又は露光オーバーになってしまう。

【００３０】又、ストロボ最長発光時間（５０μｓ〜５
００μｓ）を固定ではなく、図示しないＡＦ（オートフ
ォーカス）システムからの距離情報に連動させることが
できる。例えば、設定絞りと考えあわせて（被写体距
離）×（絞り）が小さければ、発光量が少なくてすむの
で、ｔｓ−ｔｘを小さく見積もることができる。これと
逆に（被写体距離）×（絞り）が大きければ発光量は多
く必要になり、ｔｓ−ｔｘを長く見積もることができ
る。

【００３１】図４は、（被写体距離）×（絞り）が小の
時のストロボ発光特性を、図５は、（被写体距離）×
（絞り）が大の時のストロボ発光特性をそれぞれ示した
図である。前述したように、（被写体距離）×（絞り）
が小さい時には発光量は少なくてすむので、図４に示す
ようにＡ領域は小さくなる。これに対し、（被写体距
離）×（絞り）が大きい場合には発光量が多く必要にな
り、図５に示すようにＡ領域は大きくなる。

【００３２】このような方法を用いれば、前述したよう
な日中シンクロの時にシャッタ秒時が短くなっても、ｔ
ｓ′−ｔｘを見積もってあるのでｔｓ−ｔｓ′を短くす
ることができ、前記例よりも誤差を少なくすることがで
きる。従って、より高速の日中シンクロが可能となる。
勿論、ｔｓよりもｔｓ′が後になった場合には、最初に
設定されたｔｓは無視され、ｔｓ′まで、つまりストッ
プ信号が出力されるまで固体撮像素子の積分は続行され
る。但し、図では示されていないが、発光量が足りなく
てストップ信号が出ない場合には、ｔｓかｔｓ′のどち
らかで光センサ部の蓄積された電荷を排出する。つまり
シャッタを閉じる。又はｔｓかｔｓ′よりも更に長い時
間が経過した後手ぶれ限界のシャッタ秒時（例えば１／
６０秒）、或いは、最も遅いシャッタ秒時（例えば１／
８秒）などで強制的に光センサ部の蓄積された電荷を転
送して露光を終了するようにしてもよい。

【００３３】本実施の形態では、通常測光用と、ストロ
ボ光測光用の受光素子を独立させてあるが、通常測光
と、ストロボ光積分のための測光を切り換える切り換え
手段を設ければ兼用することも当然可能である。又、積
分開始を、光センサ部の電荷を排出し終った後、画像情
報を受光できる状態にしてから行ってもよい。

【００３４】このように、ＣＭＯＳ型撮像素子を用いた
電子スチルカメラの場合には、光センサ部に蓄積した電
荷を電荷排出部に排出する（か、または電荷蓄積部に転
送する）ことによって露光を開始し、所定時間が経過し
た後ストロボを発光させ、ストロボの反射光を検出し、
露光量が最適になったときに光センサから電荷を電荷蓄
積部に転送する。これにより露光が終了する。

【００３５】ＣＭＯＳ型撮像素子の場合、画素内での電
荷転送だけで露光開始、終了が完結でき、ＣＣＤ型撮像
素子のように電荷を転送するための転送路への電荷の移
動がなく、従ってブルーミング現象などを防止できる。
また、ストロボ光の様な短時間に強い発光があるような
光源を利用し、容量が限られた光センサ部で光電変換を
行うような場合でも、新たな電荷の蓄積開始後所定時間
経過後にストロボを発光させ、被写体からの反射光量が
所定値に達した時点で、前記電荷排出部が前記光センサ
部に蓄積された電荷を転送することで露光終了とするこ
とによって、最適な露光を行うことができる。

【００３６】次に、図６（ａ），（ｂ）を参照してＣＭ
ＯＳ型撮像素子の別な実施の形態について説明する。図
６（ａ）は、本発明の実施の形態におけるＣＭＯＳ型撮
像素子の回路構成図である。図６（ａ）に示すように、
このＣＭＯＳ型撮像素子は、２次元アレーセンサの構成
を採っており、上記した構造の単位画素が列方向及び行
方向にマトリクス状に並ぶように配置されている。

【００３７】また、垂直走査信号（ＶＳＣＡＮ）の発生
回路である垂直シフトレジスタ１０２が画素領域の左側
に配置されている。行ごとに行方向に並ぶ単位画素１０
０内のＭＯＳトランジスタＱｘｘａのゲートに、垂直シ
フトレジスタ１０２から行ごとに一つずつ出ている垂直
走査信号供給線ｖ１、ｖ２がそれぞれ接続されている。

【００３８】また、水平走査信号（ＨＳＣＡＮ）の発生
回路である水平シフトレジスタ１０３が画素領域の下側
に配置されている。列ごとに列方向に並ぶ単位画素１０
０内のＭＯＳトランジスタＱｘｘａのソースが列ごとに
異なる垂直出力線ｈ１、ｈ２に接続されている。各垂直
出力線ｈ１、ｈ２は列ごとに異なるスイッチとしてのＭ
ＯＳトランジスタＱ０１、Ｑ０２のドレインに一つずつ
接続されている。各スイッチＱ０１、Ｑ０２のゲートは
水平走査信号（ＨＳＣＡＮ）の発生回路である水平シフ
トレジスタ１０３に接続されている。

【００３９】また、シャッタ信号（ＶＳＨＴ）とドレイ
ン電圧（ＶＤＤ）の発生回路であるタイミングジェネレ
ータ１０１が画像領域の右側に配置されている。二次元
的に配置された全ての単位画素１００内のＭＯＳトラン
ジスタのドレインに、ドレイン電圧（ＶＤＤ）の発生回
路であるタイミングジェネレータ１０１から出ているド
レイン電圧供給線がそれぞれ接続されている。さらに、
二次元的に配置された全ての単位画素１００内のＭＯＳ
トランジスタのゲートに、シャッタ信号（ＶＳＨＴ）の
発生回路であるタイミングジェネレータ１０１から出て
いるシャッタ信号供給線がそれぞれ接続されている。

【００４０】また、各スイッチＱ０１、Ｑ０２のソース
は共通の定電流源１０４を通してアンプ１０５に接続さ
れており、さらにアンプの出力は出力１０６に接続され
ている。即ち、各単位画素１００内のＭＯＳトランジス
タＱｘｘｂのソースは、トランジスタＱｘｘａ、Ｑ０１
及びＱ０２を介して定電流源１０４に接続され、画素単
位のソースフォロア回路を形成する。従って、各ＭＯＳ
トランジスタＱｘｘｂのゲート−ソース間の電位差、及
びバルク−ソース間の電位差は接続された定電流源（負
荷回路）１０４により決定される。

【００４１】垂直走査信号（ＶＳＣＡＮ）及び水平走査
信号（ＨＳＣＡＮ）により、逐次、各単位画素のＭＯＳ
トランジスタＱｘｘｂを駆動して光の入射量に比例した
映像信号（Ｖｏｕｔ）が読み出される。上記のように、
単位画素１００は受光ダイオードＤｘｘ及びＭＯＳトラ
ンジスタＱｘｘｂ、Ｑｘｘａで構成されるので、画素の
部分をＣＭＯＳ技術を用いて作成することができる。従
って、上記画素部分を、走査回路１０１〜１０３及び定
電流源１０４等周辺回路とを同じ半導体基板に作成する
ことができる。

【００４２】この素子構造の特長はプログレッシブスキ
ャン型ＣＣＤ撮像素子の様に全画素同時に露光を開始
し、終了することができる点にある。これはストロボの
ような短時問しか発光しない光源を用いて正確な露光制
御を行うときに有効である。通常のＣＭＯＳ型撮像素子
では一画素づつ順に読み出していくか、または一ライン
づつ読み出していくことになる。この場合、通常の露光
においては問題ないが、ストロボ光の様な短時間の発光
による露光を行う場合に、露光条件が限定される。つま
り、全画素が露光を行っている間に発光開始し、発光終
了しなければならない。本素子の様に電荷の転送を中止
することによる露光終了を行うことはできない。

【００４３】図６（ｂ）は、本実施の形態に係わるＣＭ
ＯＳ型撮像素子を動作させるための各入力信号のタイミ
ングチャートである。ｐ型のウェル領域を用い、かつ光
信号検出用トランジスタＱｘｘｂがｎＭＯＳの場合に適
用する。素子動作は掃き出し期間（初期化）−蓄積期間
（露光期間）−読み出し期間−掃き出し期間（初期化）
−・・・・というように繰り返し行うことができる。

【００４４】かかる構成の動作について詳細に述べる。
電圧値として０Ｖ、ＶＬ（例えば１Ｖ位）、ＶＭ（例え
ば３Ｖ位）、ＶＨ（例えば５Ｖ位）の４つの値がある。
掃き出し期間はＶＤＤ、ＶＳＨにＶＨを加える。これに
よりフォトダイオードＤｘｘ及びＭＯＳトランジスタＱ
ｘｘｂのゲート下のキャリアポケットに蓄積された電荷
を掃き出すことができる。初期化が完了した後、ＶＤＤ
をＶＭに、ＶＳＨをＶＬにする。これにより、フォトダ
イオードに入射した光量に応じて電荷が発生し、発生し
た電荷はＭＯＳトランジスタのゲート下に形成されたキ
ャリアポケットに流れ込む。ここから露光が開始され
る。露光期間の後半にストロボを発光させる。ストロボ
の発光量が適正値になったところで露光を終了させる。
このときＶＳＨをＶＬからＶＭにすることによりそれを
実現する。これにより露光期間中にフォトダイオードＤ
ｘｘからＭＯＳトランジスタＱｘｘｂのゲート下のキャ
リアポケットに流れ込んでいた電荷の流れが止まり、露
光が終了する。このあと水平シフトレジスタ、垂直シフ
トレジスタを動作させることにより読み出しが開始され
る。例えばＨ１、Ｖ１をそれぞれ０ＶからＨにすること
により、Ｑ１１ｂからの信号を読み出すことができる。
同様にＨｘ、Ｖｘの組み合わせにより全ての画素の信号
を読み出すこどができる。全ての信号を読み出した後、
再びＶＤＤとＶＳＨをＶＨとすることにより初期化を行
い、次の露光に備える。このようなＣＭＯＳ型撮像素子
の構造に関しては例えば特開平１１‐１９５７７８号公
報に開示されているので、以下に詳細は記載しない。

【００４５】以上、本発明を実施の形態を参照して説明
してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈さ
れるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることは
もちろんである。

【００４６】

【発明の効果】本発明の画像処理システムによれば、強
い光が照射された場合でも、画質を維持できる電子スチ
ルカメラを提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＣＭＯＳ型撮像素子の等価回路図である。

【図２】本実施の形態にかかる電子スチルカメラを示す
構成図である。

【図３】本実施の形態のストロボ発光特性図である。

【図４】（被写体距離）×（絞り）が小の時のストロボ
発光特性を示した図である。

【図５】（被写体距離）×（絞り）が大の時のストロボ
発光特性を示した図である。

【図６】図６（ａ）は、本発明の実施の形態におけるＣ
ＭＯＳ型撮像素子の回路構成図であり、図６（ｂ）は、
本実施の形態に係るＣＭＯＳ型撮像素子を動作させるた
めの各入出力信号のタイミングチャートである。

【符号の説明】

２ストロボ２２ＣＭＯＳ型撮像素子２３撮像素子制御回路２７ＣＰＵ５０画素５１タイミングジェネレータ５２垂直シフトレジスタ５３水平シフトレジスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｈ０４Ｎ 101:00 Ｈ０４Ｎ 101:00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光装置と、入射光を光電変換する光センサ部と、トリガ信号に応じ
て該光センサ部の電荷を排出できる電荷排出部と、を有
する画素を二次元的に配置した撮像素子と、を有する電
子スチルカメラにおいて、前記撮像素子は、特定のトリガ信号に応じて特定の画素
より電荷を排出するようになっており、前記光センサ部に蓄積された電荷が、前記電荷排出部に
より排出されることによって、前記光センサ部に新たな
電荷が蓄積され、予め設定されたシャッタ速度に基づい
て、新たな電荷の蓄積開始後所定時間経過後に発光装置
を発光させ、被写体からの反射光量が所定値に達した時
点で、前記電荷排出部が前記光センサ部に蓄積された電
荷を転送する、或いは電荷の転送を停止することで露光
終了とすることを特徴とする電子スチルカメラ。
【請求項２】前記画素は、前記電荷排出部により転送
された電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記電荷蓄積部に
蓄積された電荷を電圧に変換する変換部と、変換された
電圧を読み出す読出部とを有することを特徴とする請求
項１に記載の電子スチルカメラ。
【請求項３】前記電荷蓄積部は、不揮発性のメモリセ
ルを含むことを特徴とする請求項２に記載の電子スチル
カメラ。
【請求項４】前記電荷蓄積部は、揮発性の電荷蓄積部
と、不揮発性の電荷蓄積部とを有することを特徴とする
請求項２又は３に記載の電子スチルカメラ。
【請求項５】前記光センサ部における光電変換時に発
生した電子と正孔のうち正孔を蓄積し、これを入射光量
として検出することを特徴とする請求項１乃至４のいず
れかに記載の電子スチルカメラ。