JPH0246075A - 電子シャッター - 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〕 本発明は固体撮像装置を用いた電子シャッターに関する
。

〔従来の技術〕

電子シャッターはインターライン・トランスファ方式や
蓄積部を備えたインターライン・フレームトランスファ
方式の電荷転送デバイスが用いられている。このような
電荷転送デバイスは画素に相当する複数の受光素子がマ
）　ＩＪフックス状配列し、列方向に並んだ受光素子群
毎に電荷転送用の垂直電荷転送路を有している。シャッ
ター動作は、先ず全ての受光素子に残留している不要な
信号電荷を垂直電荷転送路を介して外部に放出したり、
所謂ＶＯＤ構造を有するデバイスにあっては半導体基板
へ放出することでリセットを行い、このリセット動作の
完了時点から被写体光学像を受光する所定期間をシャッ
ター期間とする。即ち、該シャッター期間が経過した時
点で各受光素子に発生した信号電荷を垂直電荷転送路に
移し更に外部へ読み出し転送することによりシャッター
動作を実現している。

このように、電荷転送デバイスから成る面撮像装置を用
いることで機械式シャッターを不要とし、／ヤッター速
度の向上と機構の簡素化を可能にしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来の電子シャッターにあっては、■フ
ィールド画に相当する信号電荷しか一度に読み出し転送
することができないため、フルフレーム電子シャッター
は実現されていなかった。

即ち、フルフレーム電子シャッターは、同時に全受光素
子にシャッター動作を行わせ且つ受光素子に発生した全
信号電荷を解像度の低下を招来することなく読み出し得
ることが必須条件となる。しかし、従来の電子シャッタ
ーは４相駆動力式等による読み出しに起因して上述した
フィールド読み出ししかできないため、所謂奇数フィー
ルドに位置する受光素子群と所謂偶数フィールドに位置
する受光素子群とのシャッター期間（受光期間）をずら
し、先ず奇数フィールドの受光素子に発生した信号電荷
を読み出し走査した後、偶数フィールドの受光素子に発
生した信号電荷を読み出す等の処理を行う等の時間のず
れが発生し、その結果、全受光素子を同時にシャッター
動作させ得ないことに起因する画素ズレ等の画質低下を
招来していた。特にこの画素ズレはシャッター速度が速
い場合はど大きくなるため、更に高速な電子シャッター
を実現する場合の障害になっていた。又、奇数フィール
ドと偶数フィールドの受光素子に同時にシャッター動作
させようとすると、転送方向に並ぶ相隣合う偶数フィー
ルドと奇数フィールドの受光素子の信号電荷を混合して
読み出す事となり、解像度が画素数の半分に低下する等
の問題を招来する。

〔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なされたものであり、
フル・フレーム電子シャッターを提供することを目的と
する。

この目的を達成するため本発明は、受光素子に発生した
信号電荷を蓄積部へアコーディオン転送方式により転送
すると同時に、受光部と該蓄積部との間に設けられてい
る配列変換部によって該受光部より並列転送される所定
の信号電荷群毎に直列配列に変換して蓄積部の信号電荷
転送路へ転送し、ノン・インターレース方式による信号
を出力する場合には該蓄積部の信号電荷をアコーディオ
ン転送方式にて直接読み出し、インターレース方式によ
る信号を出力する場合には偶数又は奇数フィールドに対
応する信号電荷を容量素子に一旦退避し残りの信号電荷
をアコーディオン転送方式によってフィールド読み出し
し、次に容量素子の信号電荷をフィールド読み出しする
よう構成した。

〔作用〕

このような電子シャッターによれば、全受光素子による
シャッター動作を同時に行うことが出来ると共に全受光
素子の信号電荷をアコーディオン転送によって読み出す
事ができるので、ノン・インターレース及びインターレ
ースのいずれの方式によるフル・フレーム電子シャッタ
ーをも実現することができ、画質及び解像度の向上を図
ることができる。

〔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図は全体構造を概略的に示すブロック図であり、１
は複数のフォト・トランジスタ等の受光素子とこれらの
受光素子に発生した信号電荷を転送するための垂直電荷
転送路を有する受光部、２は受光部に発生した信号電荷
を一時的に保持する蓄積部、３は受光部１から蓄積部２
へ信号電荷を転送する際に所定の配列に変換する配列変
換部、４は蓄積部２より転送されて来る信号電荷を３原
色（Ｒ）　、　（Ｇ）、　（Ｂ）毎に所定の出力端子５
，６．７に水平転送する水平電荷転送部、８は受光部１
と蓄積部２に信号電荷転送動作を行わせるための駆動信
号φ１〜φ１．ε１〜ε０を発生する駆動部である。即
ち、マ）　ＩＪフックス状配列された上記複数の受光素
子に発生した被写体映像に相当する信号電荷を、駆動信
号φ１〜φ、に同期して作動する受光部１内の電荷転送
路にて１列づつ配列変換部３へ並列転送し、配列変換部
３は１列づつ並列転送されてきた信号電荷を所定の配列
に変換しつつ蓄積部２へ送る。そして、蓄積部２ではｌ
フレームに相当する全信号電荷を蓄積した後、偶数フィ
ールドの信号電荷と奇数フィールドの信号電荷を夫々順
番にフィールド転送し水平電荷転送部４を介して出力端
子５，６．７へ出力させる。

第２図は構造を更に詳しく示したブロック図である。尚
、説明の都合上、９行６列に配列された受光素子ｐＨ〜
ＰＩ９、””””””””、Ｐ　６１〜ｐｉｓを有する
場合について説明する。

行方向〔以下、垂直転送方向という〕に配列する受光素
子の間に垂直電荷転送路Ｉ！１〜ｌ、が形成され、各受
光素子に対応して２個づつの電荷転送エレメント〔例え
ば、受光素子Ｐ　１９についてｊ！ｓ（１，ａ）、　　
Ｌ（１，ｂ）、Ｐ２９についてｆｓ（２，ａ）。

ｊ！　ｓ　（２，ｂ）等〕が形成されるように列方向〔
以下、水平方向という〕に延びる１８本のゲート電極〔
図示せず〕が電荷転送路に設けられ、各受光素子とそれ
に対応する２番目の電荷転送エレメント〔例えば、受光
素子Ｐ　１９について１　、　（１，ｂ）、Ｐ２９につ
いてｊ２９　（２，ｂ）等〕の間にトランスファ・ゲー
トが設けられている。更に、３本づつ飛び飛びに位置す
る垂直電荷転送路１．．１．．１１に対応する受光素子
群の上面に赤（Ｒ）、垂直電荷転送路１１２．１！、、
１．に対応する受光素子群の上面に緑（Ｇ）、垂直電荷
転送路β３．ｆｇ、Ｌに対応する受光素子群の上面に青
（Ｂ）の各フィルタを配置するストライプ・フィルタが
設けられると共に、全ての垂直電荷転送路１１〜Ａｓの
上面に遮光のための遮蔽層が設けられている。

配列変換部３は、受光部１より並列転送されてくる信号
電荷を、３本づつの垂直電荷転送路（βＩｎ　ｌｚ、　
Ｌ）、　（ｆｓ、　ｆｓ、　ｊ！ｓ）、　＜ｉｔ、βｓ
、ｊ！ｓ）を夫々−組として直列配列に変換する構造を
有する。

即ち、垂直電荷転送路１．．１２．β３より並列転送さ
れて来る信号電荷を夫々直列に並ぶ電荷転送エレメント
５ｌ（１）、　　５ｌ（２）、　　Ｓ、（３）に配置し
、垂直電荷転送路１４．ｆ、、Ｎ、より並列転送されて
来る信号電荷を夫々直列に並ぶ電荷転送ニレメン）Ｓ２
（１）、　　５２（２）、　　５２（３）に配置し、垂
直電荷転送路ｔｉ１．Ｉｌｓ、β、より並列転送されて
来る信号電荷を夫々直列に並ぶ電荷転送ニレメン）Ｓ３
（１）。

Ｓ、（２）、　　５３（３）に配置することによって並
列・直列変換を行う。

蓄積部２には、３本づつの電荷転送路（１１，β２゜β
３）、　（＊　、、　Ｉｔ　ｓ、　１１　ｇ）、　（β
、、ｆ、、Ｌ）に対応する電荷転送路Ｌ　＋、　Ｌ　２
．　Ｌ　ｓが設けられ、垂直転送方向に受光素子数の２
倍の電荷転送エレメントを構成することにより、配列変
換部３において直列に変換された全信号電荷を保持する
ことができるようになっている。即ち、電荷転送路（Ｎ
？、　１．、　ｊ２．）及び電荷転送路Ｌ３を代表して
述べれば、電荷転送路（１２，、１，、Ｎ、）に関連す
る受光素子の数は１８個であり、電荷転送路Ｌ３はこれ
らの受光素子より発生した信号電荷を全て直列に配列し
て保持するための１８個の電荷転送エレメントと、これ
らの信号電荷を相互に混合させないための１８個のポテ
ンシャル障壁となる電荷転送エレメントとの計３６個の
電荷転送エレメントを有している。

更に、受光部１の偶数フィールドに位置する受光素子よ
りの信号電荷を保持する電荷転送エレメントに対応して
ＭＯ３型容量素子Ｍ、（１）〜Ｍ、（９）、Ｍ、（１）
〜Ｍ２（９）、Ｍ３（’１）〜Ｍ３（９）が形成され、
それらＭＯ３型容量素子はゲート電極に所定の電位を印
加することにより、電荷転送エレメントとの間で信号電
荷の授受を行うように成っている。尚、図示しないが、
電荷転送路り、、　Ｌ２．　Ｌ３は電荷転送エレメント
を形成するための水平方向に延びる３６本のゲート電極
が設けられると共に、遮光のための遮蔽層で覆われてい
る。

そして、各電荷転送路Ｌ１．　Ｌ２．　Ｌ３の終端部に
３本の水平ＣＣＤより成る水平電荷転送部４が接続して
いる。

次にこの実施例の作動を第３図に示すフローチャートに
従って説明する。

カメラのシャッター・レリーズ・ボタン等を押圧すると
、先ずルーチン１００のリセット処理が行われる。該ル
ーチンにおいては、受光部１の全トランスファ・ゲート
を開放にし且つ受光部１と蓄積部２が駆動部８より供給
される所謂４相駆動信号に同期して不要電荷を水平電荷
転送部４へ転送し、更に水平電荷転送部４が出力端子５
，６゜７へ水平転送することにより、不要電荷を外部へ
放出する。

不要電荷の放出動作が完了すると−チン１１０において
再びトランスファ・ゲートを閉鎖する。

次に、ルーチン１２０へ移行し、予め設定されているシ
ャッター期間の間受光素子に被写体像を照射する。

次にルーチン１３０において該シャッター期間の経過と
同時に全てのトランスファ・ゲートを開放にして、これ
ら受光素子に発生した信号電荷を隣の垂直電荷転送路Ｉ
！１〜β９の電荷転送エレメントへ転送する。尚、駆動
部８より供給される駆動信号φ２．φ４．φ６．φ８．
φｌＱ＋　　φ１２が“Ｈ”レベノペ駆動信号φ１．φ
３．φＳ、φ７．φ３．φ１．が“Ｌ”レベルとなるこ
とにより、トランスファ・ゲートの接Ｈしている電荷転
送エレメントに深いポテンシャル井戸を形成すると同時
にこれらのポテンシャル井戸を挟むようにポテンシャル
障壁を形成することで、全ての信号電荷が混合すること
なく電荷転送路ｆ１．〜１９へ転送される。

次に、ルーチン１４０において、電荷転送路Ｌ〜！、の
信号電荷を所謂アコーディオン転送方式に基づく駆動部
８からの駆動信号により配列変換部３を介して蓄積部２
へ転送する。ここで、アコーディオン転送方式の原理を
第４図に基づいて説明する。第４図は電荷転送路１．〜
β、のゲート電極に印加する駆動信号φ、〜φ！２の波
形と各タイミングにおける成る垂直電荷転送路の信号電
荷の移動を示す。時刻ｔ。において受光素子の信号が電
荷転送路Ｒ，−β、に移され、次の時刻ｔにおいて最終
端の電荷転送エレメントに続く配列変換部３の電荷転送
エレメントのポテンシャル井戸が深くなる。この結果、
例えば第２図に示す受光素子Ｐｅｔ、　　Ｐ６［１，Ｐ
６９の信号電荷は夫々配列変換部３の電荷転送エレメン
トＳ　３　（１）、　　Ｓ　−＋　（２）。

Ｓ　３　（３）へ流入する。次に時刻ｔ２において駆動
信号φ１□が“Ｈ″ルベルカラＬ”レベルへ反転スるこ
とにより、受光素子Ｐａ７．　　Ｐ６［１，Ｐ６゜の信
号電荷は電荷転送エレメント５３（１）、　　５ｚ（２
）、　　５３（３）へ完全に移される。ここで次の時刻
ｔ３になるまでの期間に、配列変換部３と蓄積部２が駆
動部８よりの他のアコーディオン転送方式の駆動信号に
基づいて１フイ一ルド分の信号電荷転送を行い、受光素
子Ｐ６１〜ｐｓｓの信号電荷を蓄積部２の最初の１フイ
ールドに本目当する領域Ｆ１へ移す。

次に時刻ｔ３において、駆動信号φ、を“Ｌ′”レベル
からＨ”レベルへ反転することにより°受光素子ＰＳＩ
〜ＰＳ９の信号電荷を１つ先の電荷転送エレメントまで
流入させる。更に次の時刻ｔ４　において、駆動信号φ
１゜とφ１、を゛Ｈ′ルベルにすることにより信号電荷
を更に先の電荷転送エレメントへ転送し、更に次の時刻
ｔ、において駆動信号φ、２．φ、を“Ｈ”レベルにす
ることにより受光素子Ｐ４１〜Ｐ４９の信号電荷を１つ
先の電荷転送エレメントへ流入させると共に受光素子Ｐ
ａｌ〜Ｆ’ｓｓの信号電荷を配列変換部３へ移し、時刻
ｔ６のタイミングにおいて受光素子ｐｓ＋〜ＰＳ９の信
号電荷を完全に配列変換部３へ転送する。ここで、次の
時刻ｔ７になるまでの期間に、配列変換部３と蓄積部２
が駆動部８よりの他のアコーディオン転送方式の駆動信
号に基づいてｌフィール１分の信号電荷転送を行い、先
の受光素子Ｐ６１〜Ｐ６９の信号電荷を蓄積部２の最初
から２フイールド目に相当する領域Ｆ２へ移すと同時に
受光素子Ｐ５１〜ｐｓｓの信号電荷を新たに第１フイー
ルド目の領域Ｆへ転送する。以下、時刻ｔ１２までの期
間に渡って同様のアコーディオン転送を繰り返すことに
より、受光部１の全信号電荷を蓄積部２へ転送する。第
５図は、電荷転送前の受光部１における信号電荷の配列
〔同図（ａ）〕と、転送完了時における蓄積部２の信号
電荷の配列〔同図（ｂ）〕を第２図の場合に対応して示
している。尚、第５図の表中に示す符号は第２図の受光
素子に発生する信号電荷を示すものとする。

再び第３図に戻って動作を説明するに、ルーチン１５０
において蓄積部３の偶数フィールドに位置する信号電荷
を隣のＭＯ３型容量素子へ移し、次のルーチン１６０に
おいて残る奇数フィールドの信号電荷を第４図に示した
と同様のアコーディオン転送によって水平電荷転送部４
側へ１フイ一ルド分ずつ転送する。即ち、ｌフィール１
分ずつの転送〔換言すると３列分の信号電荷を転送する
〕を行うことによって、赤（Ｒ）の色相に係わる信号電
荷が水平ＣＣＤ４ａに、緑（Ｇ）の色相に係わる信号電
荷が水平ＣＣＤ４ｂに、青（Ｂ）の色相に係わる信号電
荷が水平ＣＣＤ４Ｃに同時に転送される。そして１フイ
ールド毎に水平電荷転送部４が水平電荷転送動作するこ
とにより、出力端子５．　６．　７に３原色色信号を同
時に出力することが出来る様になっている。尚、偶数フ
ィールドの信号電荷はＭＯ５型容量素子に保持されてい
るので、空読み状態となる。

次のルーチン１７０においては、ＭＯ３型容量素子に保
持されている偶数フィールドに対応する信号電荷を隣の
電荷転送エレメントに戻し、次のルーチ１８０において
奇数フィールドの信号電荷の読み出しと同様に、アコー
ディオン転送によって水平電荷転送部４側へ１フイ一ル
ド分ずつ転送する。そして１フイールド転送される毎に
水平電荷転送部４が水平電荷転送動作することで、出力
端子５．　６．　７に３原色色信号を同時に出力するこ
とが出来る様になっている。尚、この場合は奇数フィー
ルド相当する信号電荷は空読み状態となる。

この実施例に示すように、受光素子に発生した信号電荷
をアコーディオン転送しつつ直列配列に変換して蓄積部
へ移し、更に蓄積部に設けられた容量素子に偶数或いは
奇数フィールドに対応する信号電荷を一時的に退避して
順次にフィールド読み出しを行うようにしたので、受光
素子による１回の受光動作でもって１フレ一ム画に相当
する信号発生を行い更にテレビジョン方式にて動画を再
生するのに好都合なインターレース読み出しを可能にし
ている。この結果、フル・フレーム電子シャッタを実現
することができ、画質と解像度の向上を図ることがきる
。

尚、この実施例は所謂ムービー・カメラ等に好適な場合
を示したが、蓄積部に設けたＭＯ３型容量素子に偶数フ
ィールドに対応する信号電荷を一時退避せず所謂ノン・
インターレース読み出しを行うことで静止画を再生する
ための信号を得ることができる。

又、配列変換部はこの実施例に限るものではなく、機能
が同様であれば周知の技術を適用することが可能である
。

更に、説明の都合上、受光素子の数を成る数に限って説
明したが、これに限らず適宜の数について適用すること
ができることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば、全受光素子によ
るシャッター動作を同時に行うことが出来ると共に全受
光素子の信号電荷をアコーディオン転送によって読み出
すので、ノン・インターレース及びインターレースのい
ずれの方式によるフル・フレーム電子シャッターをも実
現することができ、画質及び解像度の向上を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例の全体構造を概略的に示
すブロック図、第２図は第１図における受光部と配列変
換部及び蓄積部の構成を更に詳しく示したブロック図、
第３図はこの実施例の作動を説明するためのフローチャ
ート、第４図は受光部の作動を更に詳述するためのタイ
ミングチャート及び説明図、第５図は受光部の信号電荷
配列と蓄積部の信号電荷配列を対比して示す説明図であ
る。 １：受光部　　　　２：蓄積部 ３：配列変換部　　４：水平電荷転送部４ａ、４ｂ、４
ｃ：水平ＣＣＤ ５、　６．　７　：出力端子 ８：駆動部 ｐＨ〜Ｐ６．：受光素子 Ｓ　、　（ｔ）〜３３（３）：配列変換部の電荷転送エ
レメント！、〜ｌ、：垂直電荷点転送路 Ｌ１〜Ｌ３：電荷転送路 Ｍ丁Ｉ（１）〜Ｍ３（９）　：　Ｍ　ＯＳ型容量素子代
理人　（８１０７）佐々木　清隆 （外３名） 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 マトリックス状に配列された複数の受光素子と、これら
   の受光素子に発生した信号電荷を垂直方向へ転送する垂
   直電荷転送路と、垂直方向に並ぶ受光素子に対して設け
   られた原色またはその補色のストライプ・フィルタとを
   有する受光部と、該受光部の垂直電荷転送路より並列に
   転送される信号電荷の隣合う３個の信号電荷を一組とし
   て直列に配列変換する配列変換部と、 該配列変換部よりの直列配列された各組の信号電荷を転
   送する電荷転送路と、該電荷転送路との間で所定の信号
   電荷の授受を行う容量素子群とを有する蓄積部と、 該蓄積部の上記電荷転送路より転送される信号電荷を水
   平方向へ転送することにより時系列的に読み出す水平電
   荷転送部と、 少なくとも上記受光部と蓄積部の電荷転送路にアコーデ
   ィオン転送方式による電荷転送動作を行わせる駆動部と
   を具備し、 上記駆動部より供給される駆動信号の制御により上記受
   光素子に発生した信号電荷を垂直電荷転送路へ移した後
   アコーディオン転送によって該受光部の信号を上記配列
   変換部を介して蓄積部へフル・フレーム転送し、次に、
   蓄積部の電荷転送路と水平電荷転送部との電荷転送動作
   によって全信号を読み出すか又は、該蓄積部に転送され
   た信号電荷の内の所定フィールドに対応する信号電荷を
   上記容量素子に移した後残りのフィールドに対応する信
   号電荷を蓄積部の電荷転送路と水平電荷転送部との電荷
   転送動作によって読み出して次に上記容量素子に移した
   信号電荷を電荷転送路へ戻した後に該電荷転送路と水平
   電荷転送部との電荷転送動作によって読み出すかのいず
   れかの読み出しを行うことを特徴とする電子シャッター
   。