JP2647549B2 - 撮像装置及び固体撮像素子の駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば、ビデオカメラ等に用いる固体撮像
素子等の撮像装置及び固体撮像素子の駆動装置に関する
ものである。

［従来の技術］ 従来、ビデオカメラ等で露出制御と呼ばれる機能を実
現するための手段として、撮像素子に入射する光量を直
接制御する絞り羽根等を用いるものや、撮像素子の電荷
蓄積時間を制御する、いわゆる電子シヤツター機能を用
いるものがあつた。

このうち電子シヤツター機能を用いる手法について更
に詳しく述べる。

第４図はインターライントランスフア型CCDの概念図
で、１は光量変換をするセンサ部、２は垂直転送レジス
タ、４は水平転送レジスタ、５は出力アンプである。図
中のＡ−Ａ′線に沿つた断面図及びポテンシヤル図が第
５図である。

第５図中は、６は画素分離用のチヤネルストツプ（C
S）、７はセンサ部１に蓄積された電荷を垂直転送レジ
スタ２に移すためのリードアウトゲート（ROG）、８は
サブストレート、９は酸化膜である。

電子シヤツター時の動作を第５図及び第６図を用いて
説明する。第６図は、標準テレビジヨン信号の１フイー
ルド分における図であり、φROGはリードアウトゲート
７に印加されるパルスで、論理レベル“H"の時に、リー
ドアウトゲート７のポテンシヤルが下がり、センサ部１
の電荷を垂直転送レジスタ２に移す。除去パルスφSUB
は、サブストレート８に印加されるパルスであり、“H"
の時にセンサ部１に蓄積された電荷をφSUB端子を通し
て外部に掃き出す（除去する）。

この従来例では第６図において、φROGが垂直帰線期
間中にあり、φSUBは、水平帰線期間中にある。時刻T0
でセンサ部１の電荷を読みだした後、次の期間が始まる
が、時刻Taまでの各々の水平帰線期間中にφSUB＝“H"
となるので、T0からTaまでの電荷はセンサ部１には残つ
ていない。時刻TaからTbまでの間は、φSUB＝“L"なの
で、この期間の電荷はセンサ部１に蓄積され、時刻Tbの
φROG＝“H"パルスで、垂直転送レジスタ２に移され
る。結局、この場合の露光時間はT EXP1＝（Tb−Ta）と
なり、電子シヤツター動作が実現される。

［発明が解決しようとしている課題］ しかしながら、上記の従来例のうち、絞り羽根を用い
る手法では、絞り羽根及びその周辺の機構部材が必要で
あるため、ビデオカメラ等の大型化や高コスト化を招く
という問題点があつた。また、電子シヤツター機能を用
いる手法では、撮像画の動きが不自然になるという問題
点があつた。ことに従来の電子シヤツター機能を露出補
正として用いる場合、特に露光時間を連続して変化させ
て用いようとすると、それぞれの露光時間における動解
像度の差がそのまま画面上にあらわれ、非常に見苦しい
画面になることがあるという問題点があつた。

従つて、本発明の撮像装置及び固体撮像素子の駆動装
置は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その
目的とするところは、動解像度の一定した自然な感じの
露出補正のできる電子シヤツター機能を備えるととも
に、自然な感じで動解像度を変化させられる撮像装置及
び固体撮像素子の駆動装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上述の課題を解決し目的を達成するために、本発明の
撮像装置は、複数回離散的に蓄積を行うことにより所定
の総合的蓄積時間を得る第１の駆動モードと、１回の連
続的に蓄積を行うことにより前記所定の総合的蓄積時間
を得る第２の駆動モードとを有する撮像装置であつて、
前記所定の総合的蓄積時間を一定にしたまま前記第１の
駆動モードと前記第２の駆動モードとを切り替える時
に、前記複数回の蓄積の間隔、蓄積開始のタイミングを
徐々に変化させる制御手段を有することを特徴としてい
る。

また、本発明の固体撮像素子の駆動装置は、光信号を
うけて光電変換を行ない、情報の蓄積を行なうセンシン
グ手段と、該センシング手段から情報を読み込む第１の
記憶手段と、該第１の記憶手段からの情報を記憶する第
２の記憶手段と、前記センシング手段の情報を除去する
除去手段とを有し、１フイールド期間内に間欠的に前記
センシング手段の情報を前記除去手段によつて除去させ
ることにより、１フイールド期間内の総合的蓄積時間を
制御する固体撮像素子の駆動装置であつて、１フイール
ド期間内において、垂直同期信号より第１の所定時間t1
後に前記除去手段の動作を第２の所定時間t2毎に行わ
せ、前記除去手段の動作のうちの所定回数ｎの該動作毎
に、該動作の終了から、第３の所定時間t3後に前記セン
シング手段からの情報を前記第１の記憶手段へ読み込ま
せる第１の駆動モードと、１フイールド期間内におい
て、前記除去手段の１フイールド期間内のすべての動作
を完了させた後に、前記セシング手段からの情報を前記
第１の記憶手段に読み込む動作を行わせる第２の駆動モ
ードとを有し、前記総合的蓄積時間を一定としたまま
で、前記第１の駆動モードと前記第２の駆動モードを切
り替える時に、前記第１の所定時間t1と前記所定回数ｎ
を徐々に変化させる制御手段を有することを特徴として
いる。

また、この発明に係わる固体撮像素子の駆動装置にお
いて、前記制御手段は、前記センシング手段から前記第
１の記憶手段へ情報を移動させるタイミング及び、前記
センシング手段の情報を除去するタイミングが、標準テ
レビジョン信号の水平帰線期間の中、あるいは近接であ
るように制御することを特徴としている。

［作用］ 上記の構成において、本発明の撮像装置及び固体撮像
素子の駆動装置は、１フイールド期間内全体にわたつ
て、まんべんなく情報の蓄積を行う第１の駆動モード
と、１回連続的に蓄積を行う第２の駆動モードとを切り
替えることにより、動解像度の一定した、被写体の条件
に適した露出制御ができるように作用する。また、第１
の駆動モードの第２の駆動モードを切り替える時に、蓄
積の間隔、蓄積開始のタイミングを徐々に変化させるこ
とにより、故意に動解像度を変化させたい場合にも、徐
々に動解像度を変化させることができるので、自然な感
じで動解像度を変化させられるように作用する。

［実施例］ 以下、本発明の好適な一実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。

第３図は、一実施例で用いるCCDセンサの概念図であ
る。このセンサはフレームインターライントランスフア
ー型CCDと呼ばれるもので、第４図との相違点は記憶点
３（第２の記憶手段）があることである。記憶部３の記
憶セルの数はセンサ部１（センシング手段）の個数と同
じである。センサ部１からの電荷は垂直転送レジスタ２
（第１の記憶手段）に移された後、垂直帰線期間中に記
憶部３に転送され、その後所定のタイミングで水平転送
レジスタ４に移され、出力アンプ５を通して読み出され
ていく。

又、第３図のＡ−Ａ′線に沿う断面図及びポテンシヤ
ル図は、第５図と同様であり、前述の電荷掃き出しの機
構及びセンサ部１から垂直転送レジスタ２への電荷読み
出しの機構も同様である。

第１図は、本実施例の動作を説明する図で、第３図に
示すCCDセンサ自体で１フイールド期間内で離散的に情
報蓄積を行い露出補正する時の駆動の仕方（以下「マル
チ露光」と呼ぶ）を説明するものである。

時刻F1で、直前までセンサ部１に蓄積されていた電荷
は、センサ部１より垂直転送レジスタ２に送られ、さら
に垂直転送レジスタ２からは１フイールド分の電荷が垂
直帰線期間中にぃ高速に記憶部３に送られる（図中の垂
直転送期間）。その後、図に示すように、φSUB除去パ
ルスは、時刻S1,S2,S3,…,Smと１フイールドにｍ回所定
時間t2の間隔で発生され、センサ部１に蓄積された電荷
はφSUB除去パルス発生毎に外部に掃き出される（除去
される）。

また、φROG転送パルスは時刻F1より１フイールドの
途中から時刻R1,R2,……,Rnと各パルス間隔ｋ×t2（但
しｋは正の整数）のｎ回のタイミングで駆動される。最
初のパルスR1の直前のφSUB除去パルスは、図示するご
とく時刻F1より時間t1だけ遅れた関係になつている。φ
SUB除去パルスと、φROG転送パルスの時間差である時間
t3が、図示するごとく、実際のセンサの蓄積期間a1,a2,
…,anに対応するわけである。つまり、１フイールド期
間内において、ｎ回の細かな蓄積期間a1,a2,…,anにセ
ンサ部１に蓄積された電荷は、時刻R1,R2,…Rnに順次垂
直転送レジスタに転送され、蓄積される。

従つて、１フイールド期間内のt3の時間長を持つｎ回
の細かな蓄積期間にセンサ部１に発生した電荷の総和、
つまり総合的蓄積時間T EXP2＝（ｎ×t3）の間に蓄積さ
れた電荷が、垂直転送レジスタ内で加算され、ミックス
された後、一度に高速で垂直転送されて記憶部３に蓄積
されることとなる。

ここで、φSUB除去パルスの発生タイミグS1,S2,…,Sm
及び、φROG転送パルスの発生タイミングR1,R2,…,Rn
は、標準テレビジョン信号の水平帰線期間中、あるいは
近傍に設定されている。これは、φSUB除去パルスある
いは、φROG転送パルスを上記以外のタイミングで発生
させると画面上にノイズとして見えてしまうからであ
る。

以上のようにして、マルチ露光動作により、１フイー
ルド期間内の総合的蓄積時間をコントロールすることが
できる。

ここで、この総合的蓄積時間を従来の電子シヤツター
と比較してみると、１フイールド期間内での総合的蓄積
時間は、従来例では T EXP1＝（Tb−Ta） （１） となり、本実施例では T EXP2＝（ｎ×t3） （２） となる。また、１フイールド期間内で露光されない時間
は従来例では T NON,EXP1＝（Ta−T0） （３） となり、本実施例では T NON,EXP2＝t1＋（ｎ−１） ×｛（ｋ×t2）−t3｝ （４） となる。即ち、本実施例の総合的蓄積時間は露光回数ｎ
とt3によつて決まることがわかる。また動解像度は、１
フイールド期間内の離散的な蓄積の開始から終了までの
時間によつて決まり、従つてt1によつて決定されること
が第１図よりわかる。

上述したようなマルチ露光の動作を行うことにより、
t1を一定にしたままで、露光量（総合的蓄積時間）を制
御することが出来るので、動解像度の変化しない良好な
露出制御が行なえるようになる。

ここで、例えばスポーツのフオーム解析の如く、従来
の電子シヤツター駆動を用いて意識的に動解像度を変化
させたい時に、上述のマルチ露光の動作と、従来の電子
シヤツター動作を切り換えた場合、あるいは、その逆に
従来の電子シヤツター動作から上述のマルチ露光の動作
に切り替えた場合、動解像度が急激に変化して不自然な
画面になつてしまう。

そこで、上述のマルチ露光の動作と従来の電子シヤツ
ター動作とを切り換える際に、動解像度の急激な変化を
抑制する方法について説明する。

第２図は動解像度の急激な変化を抑制するための動作
を説明する図であり、従来の電子シヤツター動作から本
実施例のマルチ露光の動作へと切り替える場合を示して
いる。

第２図の第１のフイールドは従来の電子シヤツター駆
動であり、第１フイールドの最後の3Hだけ連続的に電荷
を蓄積している。

第２フイールド以降のφSUBはt2の間隔で連続してい
る。ここでは、t2＝1Hである。第２フイールドではマル
チ露光の駆動方法を用いており、ｋ＝１として第２フイ
ールドの最後の5.5Hに渡つて間欠的に時間t3の蓄積を６
回行つている。ここで、時間t3は、t3＝1/2Hであり、従
つて１フイールド期間内の統合的蓄積時間T EXP2＝６×
1/2H＝3Hとなり、総合的蓄積時間は第１フイールドと同
一である。

以下同様に第３フイールドでは10.5H、第４フイール
ドでは15.5H、第５フイールドでは20.5Hに渡つてっ間欠
的に時間t3の蓄積を６回行う。第６フイールド以降も、
第ｎフイールドで｛（ｎ−１）×５＋0.5｝Ｈに渡つて
間欠的に電荷を蓄積するようにしていけば、間欠的に電
荷を蓄積する期間が１フイールド以内で最大になるま
で、同一の露光期間を保つたまま、徐々に動解像度を変
化させることができる。

マルチ露光の駆動から従来の電子シヤツター駆動へと
切り換える場合には、上述の動作の逆の動作を行なえ
ば、同様に、動解像度の急激な変化を抑制することがで
きる。

以上説明したように、本実施例によれば、蓄積時間を
１フイールド期間内に間欠的に、かつ万遍なく分布させ
ることにより、動解像度の変化を感じさせることなく、
固体撮像素子自体で自然な感じの露光制御ができる。

また、故意に動解像度を変化させる場合にも、蓄積時
間の１フイールド期間内での分布を徐々に変化させるこ
とによつて、従来の電子シヤツター動作から、マルチ露
光の動作に切り替えた時の動解像度の切り変わりを感じ
させることなく、自然な感じの露出制御ができる。

なお、本発明はその主旨を逸脱しない範囲で、上記実
施例を修正もしくは変形したものに適用可能である。

例えば、上記の実施例においては、t3＝1/2Hとした
が、例えば1/3H,1/4H等他の時間に設定しても良い。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明の撮像装置及び固体撮像素
子の駆動装置においては、１フイールド期間内全体にわ
たつて、まんべんなく情報の蓄積を行う第１の駆動モー
ドと、１回連続的に蓄積を行う第２の駆動モードとを切
り替えることにより、動解像度の一定した、被写体の条
件に適した露出制御ができるという効果がある。また、
第１の駆動モードと第２の駆動モードを切り替える時
に、蓄積の間隔、蓄積開始のタイミングを徐々に変化さ
せることにより、故意に動解像度を変化させたい場合に
も、徐々に動解像度を変化させることができるので、自
然な感じで動解像度を変化させられるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のマルチ露光の動作を説明す
る図、 第２図は動解像度の急激な変化を抑制するための動作を
説明する図、 第３図はフレームインターライントランスフア型CCDの
概念図、 第４図はインターライントランスフア型CCDの概念図、 第５図は第４図のＡ−Ａ′線に沿う断面図及びポテンシ
ヤル図、 第６図は従来の電子シヤツター動作を説明する図であ
る。 図中、１……センサ部（センシング手段）、２……垂直
転送レジスタ（第１の記憶手段）、３……記憶部（第２
の記憶手段）である。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数回離散的に蓄積を行うことにより所定
   の総合的蓄積時間を得る第１の駆動モードと、 １回の連続的に蓄積を行うことにより前記所定の総合的
   蓄積時間を得る第２の駆動モードとを有する撮像装置で
   あつて、 前記所定の総合的蓄積時間を一定にしたまま前記第１の
   駆動モードと前記第２の駆動モードとを切り替える時
   に、前記複数回の蓄積の間隔、蓄積開始のタイミングを
   徐々に変化させる制御手段を有することを特徴とする撮
   像装置。
2. 【請求項２】光信号をうけて光電変換を行ない、情報の
   蓄積を行なうセンシング手段と、該センシング手段から
   情報を読み込む第１の記憶手段と、該第１の記憶手段か
   らの情報を記憶する第２の記憶手段と、前記センシング
   手段の情報を除去する除去手段とを有し、１フイールド
   期間内に間欠的に前記センシング手段の情報を前記除去
   手段によつて除去させることにより、１フイールド期間
   内の総合的蓄積時間を制御する固体撮像素子の駆動装置
   であつて、 １フイールド期間内において、垂直同期信号より第１の
   所定時間t1後に前記除去手段の動作を第２の所定時間t2
   毎に行わせ、前記除去手段の動作のうちの所定回数ｎの
   該動作毎に、該動作の終了から、第３の所定時間t3後に
   前記センシング手段からの情報を前記第１の記憶手段へ
   読み込ませる第１の駆動モードと、 １フイールド期間内において、前記除去手段の１フイー
   ルド期間内のすべての動作を完了させた後に、前記セン
   シング手段からの情報を前記第１の記憶手段に読み込む
   動作を行わせる第２の駆動モードとを有し、 前記総合的蓄積時間を一定としたままで、前記第１の駆
   動モードと前記第２の駆動モードを切り替える時に、前
   記第１の所定時間t1と前記所定回数ｎを徐々に変化させ
   る制御手段を有することを特徴とする固体撮像素子の駆
   動装置。
3. 【請求項３】前記制御手段は、前記センシング手段から
   前記第１の記憶手段へ情報を移動させるタイミング及
   び、前記センシング手段の情報を除去するタイミング
   が、標準テレビジョン信号の水平帰線期間中、あるいは
   近接であるように制御することを特徴とする請求項第２
   項に記載の固体撮像素子の駆動装置。