JPH0232685A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はカメラ等の光学機器における測光及び白バラン
ス調整に適用する固体撮像装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、光電変換特性を有する半導体素子の技術的進歩と
それを製造するための半導体集積回路技術の進歩とが相
まって、より優れた固体撮像装置の開発が進められ、被
写体をこの固体撮像装置で撮像して電気的に処理する電
子スチルカメラの研究及び開発が進んでいる。

電子スチルカメラは、撮像レンズの後方に位置する撮像
等価面に固体撮像装置を配置し、被写体光学像を該固体
撮像装置に結像させる構成を成し、固体撮像装置に形成
されている多数の受光セルの光電変換効果によって映像
を画素毎の電気信号として得た後、これら画素毎の電気
信号を磁気記録媒体に記録したり、それを例えばＮＴＳ
Ｃ方式に基づいてモニターテレビジョンに再生する等の
電気的な処理を行うように構成されている。このように
、撮影によって得られた映像データをデータベースとし
て処理したり、又、加工して新たな映像を創造する等の
広汎な利用が期待されている。

ところで、電子スチルカメラにおいても銀塩フィルムを
使用する従来のスチルカメラと同様に、被写体から固体
撮像装置に照射する光量を最適に調整した状態で撮像す
る必要があり、又、結像を原色又はその補色の色信号に
色分離することによってカラー画像の再生を行うことか
ら精度の良い白バランス調整が必要である。

そこで、撮像を行う固体撮像装置の各受光セルに発生す
る電気信号に基づいて測光及び白バランス調整を行うこ
とで高精度を得ようとする手段が採られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来の測光を行う場合にあっては、数十
万画素という極めて多数の受光セルからの信号を読出し
た後、それらの信号のレベル等から光量を検出するので
、実際の撮像動作に入るまでに遅延を生じる。又、より
高精度を得ようとする場合にはこの測光動作を複数回繰
り返して複数の検出データから光量を判断することが望
ましく、更に処理時間の遅延を生じる。又、白バランス
調整の場合にも測光と同様の問題があり、このような処
理の遅延は操作者に対して不快感を与えることとなる。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はこのような課題に鑑みて成されたものであり、
高速で測光及び又は白バランス調整を達成する手段を備
えた固体撮像装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために本発明は、電荷結合型固体撮
像装置（ＣＣＤ、ＢＢＤ等）から成り、複数の受光セル
をマトリックス状に配列しこれらの受光セルに発生した
信号電荷を縦方向に並ぶ受光セルに隣接して設けられた
複数の垂直電荷転送路を介して転送する構成の受光部と
、複数の垂直電荷転送路より並列転送される信号電荷を
所定のタイミングで直列転送して出力する水平電荷転送
路とを有する固体撮像装置において、測光や白バランス
調整等の撮影条件を調整する際に、該受光部の所定の部
分領域中に在る受光セルの信号電荷を、縦方向に並ぶ受
光セル毎に隣接する垂直電荷転送路を介して水平電荷転
送路へ転送することにより夫々の垂直電荷転送路に対応
する該水平電荷転送路の各電荷転送エレメントに蓄積さ
せ、該蓄積した信号電荷を該水平電荷転送路に直列転送
させて出力させる駆動手段を設けた。

〔作用〕

このような駆動手段を備えた本発明の固体撮像装置にあ
っては、全ての受光セルに発生した信号電荷を出力せず
、所定領域例えば画角の中央部分等の受光セルの信号電
荷だけを出力するので読出し処理が高速となる。

特に、所定領域の受光セルにおける信号電荷を垂直電荷
転送路の転送動作だけで水平電荷転送路へ転送してから
水平電荷転送路による出力動作を行わせるので、垂直電
荷転送路と水平電荷転送路の交互の転送動作を行うこと
で信号読出しを行う従来の固体撮像装置に較べて処理が
高速となる。

更に、水平電荷転送路より出力される信号は上記所定領
域において垂直方向に配列する受光セル群毎の信号電荷
の積分値に相当するので、出力される信号に基づいて測
光を行うことができ、測光用の別回路を省略することが
できる。

更に、受光セルに設ける色フィルタとして所謂ストライ
プ・フィルタを設けることにより、原色の色信号を検出
するものでは赤（Ｒ）、緑（Ｇ）。

青（Ｂ）毎に積分された色信号を、その補色の色信号を
検出するものにあってはシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）
、イエロー（Ｙ）毎に積分された色信号を直接検出する
ことができ、高速の白バランス調整を可能とする。

このように、積分した信号を高速で読出すので実際の撮
像動作の開始前に複数回の測光及び白バランス調整を行
うことができ、撮影条件を高精度で調整することを可能
とする。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面と共に説明する。

第１図は固体撮像装置の要部構造をシンボリックに示す
。同図において、受光部１は、複数の受光セル（フォト
ダイオード）　ＰＤＩ＋、　Ｐ口１２＋　ＰＤｌｆｆ〜
ＰＤ２Ｉ、　ＰＤ２２．　ＰＬａ〜等を有し、受光セル
ＰＤＰＤ１２．　ＰＯ４３−等は奇数フィールド、受光
セルＰＤ２　ｌ。

ＰＤ、□、　　ＰＯ４３−等は偶数フィールドに夫々配
置され、更に、このように配列された受光セル群（図示
せず）が垂直方向に併設されている。ＣＨ，、ＣＨ２〜
等は垂直方向に並ぶ受光セル群の間に形成され表面が遮
光された垂直電荷転送路であり、これらの受光セル群と
垂直電荷転送路は相互にチャンネルストッパ（図中の斜
線領域）にて分離されている。

ＴＧ、、、　ＴＧ、□〜、ＴＧ２１．　ＴＧ、□〜等は
各受光セルとそれに隣接する垂直電荷転送路との間を開
閉するトランスファゲートであり、上記の図示していな
い受光セルについても同様に１個ずつのトランスファゲ
ートが形成されている。

Ｇ　１．　Ｇ　２．　Ｇ　３．　Ｇ　４は水平方向に配
線されたポリシリコン層等よりなる転送ゲート電極であ
り、転送ゲート電極Ｇ１．Ｇ２が奇数フィールドに対応
し夫々後述の４相駆動方式による駆動信号φ１．φ２が
印加されることで垂直電荷転送路に電荷転送のための第
１．第２のポテンシャル井戸を発生させ、転送ゲート電
極Ｇ３．Ｇ４　は偶数フィールドに対応し、夫々後述の
４相駆動方式による駆動信号φ３゜φ、が印加されるこ
とで垂直電荷転送路に電荷転送のための第３．第４のポ
テンシャル井戸を発生させる。又、偶数番目の転送ゲー
ト電極Ｇ２，０４〜等の一端が図示するように夫々のト
ランスファゲートＴＧ＋＋、　ＴＧ＋。〜、ＴＧ２．、
　ＴＧ２□〜等の上を覆い、所定電圧の制御信号が印加
された転送ゲート電極Ｇ２．Ｇ、〜等の下のトランスフ
ァゲートが導通となる。尚、これらの転送ゲート電極は
４本を１組として垂直方向に併設されているものとする
。

垂直電荷転送路ＣＨ，，ＣＨ２〜等の終端には水平電荷
転送路２が形成されている。即ち、水平電荷転送路２は
垂直電荷転送路ＣＨ，，ＣＨ２〜等から転送される信号
電荷を並列に受信し、それを水平方向へ直列転送するた
めの駆動信号φ旧、φＨ２が印加される転送ゲート電極
ｇ＋、ｇ２．ｇｓ、ｇ＜、ｇｓ〜等が上面に設けられて
いる。そして、水平電荷転送路２の出力端に設けられた
インピーダンス変換回路を介して信号を時系列的に出力
するように成っている。

そして、かかる固体撮像装置は撮像レンズの後方に位置
するフィルム等価面に配置される。

次に、かかる構造の固体撮像装置についての測光時の作
動を第２図と第３図に基づいて説明する。

測光時には、第２図に示すように、受光部１中の略中央
の部分（ｊ−ｊ＋ｍ列と、ｋ−に＋ｎ行の範囲）に在る
受光セル群に発生した信号電荷を読出す。即ち、不図示
の駆動信号発生手段が、第３図に示すタイミングチャー
トに従った駆動信号φ１．φ２．φ３．φ１．及びφ□
、φ８２を転送ゲート電極Ｇ、、　Ｇ２．　Ｇ３．　Ｇ
、及びｇ＋＋　ｇｔ、　ｇ３．　ｇｓ、　ｇｓ〜に印加
することによって行う。

まず、被写体像を受光部に結像した状態でのある時点ｔ
１において、駆動信号φ１．φ３を“Ｍ”レベノベ駆動
信号φ２．φ４を“Ｈ”レベルどすることにより全ての
トランスファゲートを導通にして受光セルの信号電荷を
隣の垂直電荷転送路へ移す。

次に、時点ｔ２ないしｔ３の期間において、所謂４相駆
動方式による駆動信号φ３．φ２．φ３．φ。

によって全垂直電荷転送路に転送動作を行わせ、受光部
１の最終列Ｎからｊ＋ｍ列までの信号電荷を水平電荷転
送路２へ転送する。

次に、時点ｔ、ないしｔ、の期間において、所謂２相駆
動方式による駆動信号φＨ１＋　　φ□２によって水平
電荷転送路２に転送動作を行わせ、受光部１の最終列Ｎ
からｊ＋ｍ列までの信号電荷を外部へ放出する。尚、こ
の期間中は垂直電荷転送路に転送動作をさせない。

次に、時点ｔ６ないしｔ７の期間において、４相駆動方
式による駆動信号φ１．φ２．φ３．φ、によって全垂
直電荷転送路に転送動作を行わせ、受光部１のｊ＋ｍ列
から３列までの信号電荷を水平電荷転送路２へ転送する
。即ち、先の時点ｔ２ないしｔ３における転送動作によ
って、ｊ＋ｍ列からｊ列までの信号電荷は水平電荷転送
路２０入力端まで移動しているので、ｍ列分の転送動作
によって所定領域Ａの信号電荷が水平電荷転送路２に蓄
積される。例えば、ｊ−ｊ＋ｍ列とに＋ｉ行の範囲に在
る受光セル群の信号電荷の総量が水平電荷転送路２のに
＋ｉ番目の電荷転送エレメントに蓄積される。

次に、時点ｔ８ないしｔ９において、水平電荷転送路２
に２相駆動方式による転送動作を行わせて、全ての信号
電荷を出力させる。ここで、ｋ〜に＋ｎ番目の転送エレ
メントに係る信号を測光のために使用する。

次に、時点ｔｌＱないしｔｌｌの期間にふいて、４相駆
動方式による駆動信号φ１．φ２．φ３．φ４によって
全垂直電荷転送路に転送動作を行わせ、受光部１のｊ列
から１列までの信号電荷を水平電荷転送路２へ転送し、
次に、時点ｔ１２ないしｔｌＧにおける水平電荷転送路
２の転送動作によって残りの信号電荷を放出する。

このように、−例として示した時点ｔ１ないしｔ１３の
期間の処理で１回分の測光を行うことができ、従来のよ
うに垂直電荷転送路にて１列分の信号電荷を転送する毎
に水平電荷転送路による直列転送を行わせこの動作を全
列について繰返すことによって信号を読出す場合に較べ
て、大幅な時間短縮を達成できる。尚、一般的に被写体
を画角の中央部に配して撮影するので、所定領域Ａは受
光部の中央部分に設定するが、用途に応じて変更するこ
とが可能である。

次に、白バランス調整を行う場合の作動を第４図に基づ
いて説明する。この固体撮像装置の受光セルには垂直電
荷転送路と平行な所謂ストライブフィルタが設けられ、
原色又はその補色の色信号を検出するように形成されて
いる。そして、測光処理の場合と同様に第３図に示すタ
イミングで信号電荷の読出しを行う。この結果、所定領
域Ａに発生した信号電荷は第３図の時点ｔ、ないしｔ。

の期間において、水平電荷転送路２の所定の電荷転送エ
レメントに各色相毎に積分された形となって蓄積され、
更に第３図の時点ｔ８ないしｔ９の期間において各色相
毎の積分信号を読出すことができる。例えば、第４図に
おいて、Ｒ，Ｇ、Ｂの原色カラーフィルタが設けられ、
第に＋ｉ行目が青（Ｂ）のフィルタである場合には、水
平電荷転送路２の第に＋ｉ番目の電荷転送エレメントに
に＋ｊ行目のｊ−ｊ＋ｍ列の範囲の青（Ｂ）に関する積
分された色信号が蓄積される。

これらの積分信号は、被写体の白バランスを調整するた
めに設定された所定領域Ａにおける色相毎の色情報を示
すので、これらの積分信号に基づいて精度の良い白バラ
ンス調整を可能とする。更に、測光の場合と同様に高速
の読出しを行うので、短時間で複数回の白バランス調整
を行うことができ、精度の向上を図ることができる。

尚、この実施例では、所定領域Ａに関する信号電荷も他
の領域に関する不要電荷も全て水平電荷転送路２の直列
転送動作を介して読出しているが、水平電荷転送路２の
隣にドレイン領域を併設して、第３図における時点ｔ４
〜ｔ、と時点ｔ１２〜ｔ１１の直列転送動作の代わりに
該ドレイン領域に不要信号電荷を廃棄する様にしてもよ
い。このようにすれば、更に処理速度を上げることが出
来る。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば、受光部中の所定
領域を指定してこの領域に在る受光セル群の信号電荷を
垂直電荷転送路に沿って並ぶ受光セル群毎に積分した形
で読出すので、測光及び又は白バランス調整等の撮像条
件調整のための信号読出しを高速に行うことができ、更
に、高速処理を実現したのに伴って複数回の処理を短時
間で行うことにより高精度の調整を可能にする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による固体撮像装置の構成をシンボリッ
クに示すブロック図、第２図は第１図に示す固体撮像装
置の作動を測光の場合について説明するための説明図、
第３図は信号電荷の転送動作を説明するための駆動信号
のタイミングチャート、第４図は白バランス調整の場合
における固体撮像装置の作動を説明する説明図である。 １：受光部 ２：水平電荷転送路 Ｃ）Ｉ、、ＣＨ２〜：垂直電荷転送路 ＰＤＩＩ、　ＰＤ＋□、　ＰＤ、３〜 ＰＤ２＋、　ＰＤ２□、　ＰＯ４３−：受光セルＴＧ、
工、　ＴＧ、２〜、ＴＧ２１．　ＴＧ２２〜ニドランス
ファゲート Ｇｌ＋　Ｇ２．　Ｇ３．　Ｇ４゜ ｇ＋、　　ｇ２．　　ｇ３．　　ｇ４ｔ　　ｇｓ、　　
ｇｓ　　′：転送ゲート電極 第 図 第 図 １、　ｔｚ ！、τａ”ｔｔ４ １７％　Ｌ、Ｉ、。 て−ｔ１１１１１１ 手 続 ン１Ｎ 正 規Ｊ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数の受光セルをマトリックス状に配列しこれらの受光
   セルに発生した信号電荷を縦方向に並ぶ受光セルに隣接
   して設けられた複数の垂直電荷転送路を介して転送する
   構成の受光部と、これら複数の垂直電荷転送路より並列
   転送される信号電荷を所定のタイミングで直列転送して
   出力する水平電荷転送路とを有する電荷結合型の固体撮
   像装置において、 撮影条件を調整する際に、該受光部の所定の部分領域中
   に在る受光セルの信号電荷を、縦方向に並ぶ受光セル毎
   に隣接する垂直電荷転送路を介して水平電荷転送路へ転
   送することにより夫々の垂直電荷転送路に対応する該水
   平電荷転送路の各電荷転送エレメントに蓄積させ、該蓄
   積した信号電荷を該水平電荷転送路に直列転送させて出
   力させる駆動手段を設けたことを特徴とする固体撮像装
   置。