JPH0320110B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電荷結合素子（CCD：Charge
Coupled Device）等にて形成した固体イメージ
センサを用いた固体撮像装置に関し、特に、スチ
ル画像の撮像を行なうのに最適な固体撮像装置に
関する。

従来よりCCD等の電荷転送素子にて形成した
固体イメージセンサを用いた固体撮像装置は、撮
像光をイメージセンサの各受光部に常時照射して
おき、１フイールド期間あるいは１フレーム期間
毎に撮像出力信号を読出すことにより、連続的な
撮像動作を行なう所謂ビデオカメラとして使用す
るための各種構成のものが提案されている。とこ
ろで、固体イメージセンサでは、受光部にて得ら
れる信号電荷を転送する構造上、その転送部に不
要な電荷が漏洩したり熱的に励起されることによ
り所謂スメア現象やブルーミング現象を生じ易い
ので、従来より、転送部に沿つてオーバフロード
レインを形成したり、フレームトランスフア型の
構造にする等の各種の対策を固体イメージセンサ
に施していた。従つて、従来の固体イメージセン
サにおいては、上述の如きスメヤ対策やブルーミ
ング対策のために極めて複雑な構造とならざるを
得ず、高度な半導体製造技術を必要とし製造が容
易でなく、極めて高価なものであつた。

従来、スチル画像を撮像する場合でも上述の如
き極めて高価な固体イメージセンサを用いた固体
撮像装置が使用されていた。

また、一般にテレビジヨン信号を得るためのビ
デオカメラにおけるイメージセンサの露光期間
は、通常約１フイールド期間に固定されているの
であるが、スチル撮像用の撮像装置では露光期間
を可変制御できるシヤツタ機能を備えることが望
まれる。例えば動きのある被写体について鮮明な
スチル撮像を行なうには、被写体の動きにより画
像がぼけるのを防止するために露光期間を短くす
る必要がある。そして、露光期間を可変するとい
うことは、イメージセンサの露光量が可変される
ことであるから、該イメージセンサから適切な信
号レベルの撮像出力信号を得るために、撮像光の
光学通路の絞りや、あるいは上記撮像出力信号の
信号レベルを制御するレベル制御回路等を可変し
なければならなくなる。

そこで、本発明は、上述の如き従来の実情に鑑
み、スメヤ現象やフリツカ現象による画質の劣化
を防止して画質の良好なスチル撮像を行ない、適
切な信号レベルで且つ品質の良好な撮像出力信号
を得ることができるようにすることを目的とし、
第１フイールド分の絵素に対応する第１の各受光
部と第２フイールド分の絵素に対応する第２の各
受光部とが設けられ、これら各受光部の電荷蓄積
期間を制御する機能を有する固体イメージセンサ
にてスチル画像の撮像を行なうようにした固体撮
像装置において、 上記固体イメージセンサに照
射される撮像光の光学通路を開閉する光学的シヤ
ツタと、 該光学的シヤツタを通常開成してお
き、上記固体イメージセンサの受光部に蓄積され
る信号電荷を垂直同期信号の周期に関連して周期
的に読出して得られる撮像出力信号を制御信号と
して絞りやシヤツタスピード等の自動制御を行な
い、上記固体イメージセンサの電荷蓄積期間中
に、上記第１及び第２の各受光部に同時に撮像光
を照射し、上記光学的シヤツタを閉成して、上記
第１及び第２の各受光部から信号電荷をフイール
ド順次に読出す制御手段とを設けたことを特徴と
するものである。

以下、本発明について、一実施例を示す図面に
従い詳細に説明する。

第１図に示す実施例は、固体イメージセンサ９
にてスチル画像を撮像し、その画像情報を回転磁
気デイスク１２に記録するようにした電子スチル
カメラに本発明を適用したものである。この実施
例において、カメラ筐体１内には、通常の光学フ
イルム式カメラと同様に、レンズ系２、アイリス
機構３、シヤツター機構４、ミラー６、ビユーフ
アインダ８、シヤツタ操作部材５等が配設されて
いる。そして、光学フイルムの代りに、被写体像
の画像情報を電気信号に変換して記録する固体イ
メージセンサ９と磁気記録部２０とを備えてい
る。

上記磁気記録部２０は磁気記録媒体として回転
磁気デイスク１２を用いたもので、この回転磁気
デイスク１２を収納したジヤケツト１４がカメラ
筐体１に着脱自在に装着され、上記カメラ筐体１
内に設けた駆動モータ１３にて上記回転磁気デイ
スク１２を定速回転せしめ、磁気ヘツド１１にて
画像情報を磁気記録するようになつている。上記
磁気ヘツド１１には、固体イメージセンサ９にて
電気信号に変換された画像情報が信号記録回路１
０を介して供給されるようになつている。

ここで、上記シヤツタ機構４の駆動回路４０、
固体イメージセンサ９の駆動回路５０、駆動モー
タ１３の駆動回路６０は、上記シヤツタ操作部材
５の操作により動作状態となる制御回路７０にて
互いに連動して作動するように制御されており、
後述する如く撮像操作時に、シヤツタ操作部材５
を操作すると、固体イメージセンサ９による撮像
動作に同期して記録部２０にて記録動作を行ない
得るように回転磁気デイスク１２の回転位相およ
び回転速度が安定してから実効的なシヤツタ動作
を行なうようになつている。なお、上記記録部２
０の回転磁気デイスク１２には、１記録トラツク
毎に１枚のスチル画像の画像情報が同心円状に記
録される。そして、上記磁気デイスク１２に磁気
記録した画像情報を図示しない再生装置にて再生
することにより、通常のテレビジヨン受像機の画
面にてスチル画像をモニターするようになつてい
る。

この実施例におけるシヤツタ機構４は、通常開
放状態となつている。そして、上記シヤツタ機構
４の駆動回路４０は、上記シヤツタ操作部材５が
操作されることにより制御回路７０から例えばt_S
なるタイミングでシヤツタ操作信号S_Sが供給され
ると、該シヤツタ操作信号S_Sに応答して垂直同期
信号V_syocのタイミングt_Oを基準とする所定の露光
時間T_S経過後に、上記シヤツタ機構４を閉成状
態にする。さらに、上記シヤツタ機構４を設けた
光学通路を通じて撮像光が照射される固体イメー
ジセンサ９は、垂直同期信号V_syocに同期した撮
像動作を行なうもので、上記撮像光の照射によつ
て得られる信号電荷を映像信号として読出す直前
に、信号転送部に残存している不用電荷を掃出し
て捨てるとともに、上記シヤツタ機構４が閉成さ
れた状態すなわち遮光状態で映像信号の読出しが
行なわれる。上記シヤツタ機構４および固体イメ
ージセンサ９の動作を第２図のタイムチヤートに
示してある。

ここで、この実施例における固体イメージセン
サ９としては、例えば第３図に示す如き構造のイ
ンターライントランスフア型CCDイメージセン
サが用いられる。第３図において、９１は第１フ
イールドの各絵素に対応してマトリクス状に配設
された各受光部であり、また、９２は第２フイー
ルド各絵素に対応してマトリクス状に配設された
各受光部であり、９３は上記各受光部９１，９２
の垂直列に沿つて設けられた各垂直転送レジスタ
部であり、９４は上記垂直転送レジスタ部９３の
一端側に設けられた水平転送レジスタ部であり、
９５は上記垂直転送レジスタ部９３の他端側に設
けられた電荷吸収部であり、さらに、９５，９７
は上記各受光部９１，９２と垂直転送レジスタ部
９３との間に設けられた各トランスフアゲート部
である。なお、上記垂直転送レジスタ部９３は、
一端側の水平転送レジスタ部９４の向きに信号転
送を行なう機能と、他端側の電荷吸収部９５の向
きに信号転送を行なう機能とを備えた両方向転送
可能な構造となつている。

上述の如き構造の固体イメージセンサ９は、垂
直同期信号V_syocに同期したゲート開成期間T_Wに
各トランスフアゲート９６，９９が開かれ、電荷
蓄積期間T_C中に各受光部９１，９２に蓄積され
た撮像光の光量に応じた信号電荷が各トランスフ
アゲート９６，９７を通じて垂直転送レジスタ部
９３に移される。上記垂直転送レジスタ部９３に
移された信号電荷は、信号読出し期間T_R中に、
水平同期信号H_syocに同期した垂直転送クロツク
φ_Vによつて水平転送レジスタ部９４に１水平走
査期間1H毎に一水平ライン分ずつ垂直転送され、
上記水平転送レジスタ部９４を介して順次に読出
される。さらに、上記信号読出し期間T_Rとゲー
ト開成期間T_Wとの間に電荷掃出期間T_Lを設けて
あり、該電荷掃出期間T_L中に上記垂直転送レジ
スタ部９３を高速転送クロツクφ_VSにて駆動する
ことにより該垂直転送レジスタ部９３に残存され
ている不用電荷が電荷吸収部９５に捨てられる。

さらに、上記固体イメージセンサ９からの信号
読出動作は、上記シヤツタ機構４の動作に関連し
て行なわれるようになつている。

すなわち、第２図のタイムチヤートに示してあ
るように、t_Sなるタイミングにてシヤツタ操作信
号S_S（第２図Ｂ参照）が出力され、その後の最初
の垂直同期信号V_syoc（第２図Ａ参照）のタイミン
グt_Oを基準とした露光期間T_S経過後にシヤツタ機
構４が閉成状態（第２図Ｃ参照）になつたとする
と、上記タイミングt_Oを境として、個体イメージ
センサ９の読出し動作が次のように切換えられ
る。

先ず、上記タイミングt_O以前の期間T_Aには、
各ゲート開成期間T_W中に全てのトランスフアゲ
ート９６，９７が開かれ、電荷蓄積期間T_C中に
各受光部９１，９２に得られた第１フイールドと
第２フイールドとの信号電荷が第４図Ａに示すよ
うに垂直転送レジスタ部９３に同時に移される。
そして、各フイールドの信号電荷が加算合成され
た状態で信号読出期間T_R中に第４図Ｂに示すよ
うに水平転送レジスタ部９４を通じて読出され
る。上記信号電荷の読出しを完了すると電荷掃出
期間T_Lとなつて、第４図Ｃに示すように垂直転
送レジスタ部９３に残存されている不用電荷を電
荷吸収部９５に転送して捨てる。そして、上記電
荷掃出期間T_L中に垂直レジスタ部９３の不用電
荷を掃出した直後にゲート開成期間T_Wとなつて
再び各トランスフアゲート９６，９７が開かれ、
各受光部９１，９２から信号電荷が垂直転送レジ
スタ部９３に移される。上記ゲート開成期間T_W、
信号読出期間T_R、電荷掃出期間T_Lの各動作が垂
直同期信号V_syocに同期して操作し行なわれてい
る。

次に、上記タイミングt_O以後の期間T_Bでは、シ
ヤツタ機構４が閉じられるまでの露光期間T_Sが
複数フイールドに亘つている場合（この例では２
フイールドとなつている）には該露光期間T_S中
に各トランスフアゲート９６，９７の開成が禁止
され、各受光部９１，９２が上記露光期間T_Sを
含む各フイールド期間に亘つて電荷蓄積状態とな
る。そして、上記タイミングt_Oから所定の露光期
間T_S経過後にシヤツタ機構４が閉じられ、該シ
ヤツタ機構４が閉成状態となつている期間T_CL中
に、上記露光期間T_S中に各受光部９１，９２に
蓄積された信号電荷がフイールドに別に読出され
る。すなわち、上記シヤツタ閉成期間T_CL中の最
初の垂直走査期間V_A中には、第４図Ｄに示すよ
うにゲート閉成期間T_WAに第１フイールド分の各
受光部９１のトランスフアゲート９６が開かれ
て、第１フイールドの信号電荷が垂直転送レジス
タ部９３に移されて、信号読出し期間T_RA中に読
出される。次に垂直走査期間V_B中には、第４図
Ｅに示すように、第２フイールド分の各受光部９
２のトランスフアゲート９７がゲート開成期間
T_WB中に開かれて垂直転送レジスタ部９３に移さ
れて、信号読出し期間T_RB中に読出される。な
お、上記ゲート開成期間T_WA、T_WBの直前には、
それぞれ電荷掃出期間T_LA、T_LBが設けられてお
り、不用電荷が電荷吸収部９５に捨てられてい
る。

このようにして、露光期間T_S中に各受光部９
１，９２に蓄積された信号電荷は、第１フイール
ドと第２フイールドの各画像情報を時間的なずれ
を伴なうことなく示すものであるから、被写体が
動いているような場合であつてもフリツカ現象等
を伴なうことのないフレームスチル画像の映像信
号となる。しかも、上記信号電荷は、シヤツタ機
構４を閉成した状態で読出されるものであるから
スミヤ現象を伴うことがない。さらに、上記信号
電荷を垂直転送レジスタ部９３に移す直前に該垂
直転送レジスタ部９３に残存している不用電荷を
掃出しているので、上記不用電荷によるブルーミ
グ現象を伴うことがない。

さらに、上述の如き実施例においては、常開の
シヤツタ機構４を用いているので、シヤツタ操作
部材５を操作してスチル撮像を行なう前に固体イ
メージセンサ９から読出される信号電荷を利用し
て、シヤツタスピードや絞りの自動設定あるいは
映像信号の自動レベル調整等を行なうことができ
る。

第５図は所謂絞り優先の自動制御システムの一
実施例を示している。

第５図において、固体イメージセンサ９は、同
期信号発生器５１からの垂直同期信号V_syocおよ
び水平同期信号H_syocに基づいて駆動回路５０に
て形成される各転送クロツクパルスφ_H、φ_Vにて
駆動され、上述の撮像動作を行なうようになつて
いる。上記固体イメージセンサ９から読出される
映像信号は、上述の記録系回路１０に供給される
とともに、平均値検波回路４１に供給されてい
る。この平均値検波回路４１は、上記固体イメー
ジセンサ９からの映像信号の平均直流レベルL_A
を検波出力としてレベル比較器４３に供給する。
ここで、上記検波回路４１の検波出力は、固体イ
メージセンサ９にて撮像する被写体像が明るいと
きには直流レベルが下がり、逆に暗い被写体像を
撮像しているときには直流レベルが上がるように
なつている。

また、上記同期信号発生器５１から垂直同期信
号V_syocが供給されている鋸歯状波信号発生器４
２は、上記垂直同期信号V_syocに基づいて第６図
Ｂに示す如き鋸歯状波信号SWを形成し、この鋸
歯状波信号SWを上記レベル比較器４３に供給す
る。ここで、上記鋸歯状波信号SWの傾斜角度θ
は、絞り機構３の設定状態に応じて設定されるも
ので、該絞り機構３によい撮像光の光学通路が絞
り込まれる程小さな角度に設定される。

上記レベル比較器４３において、上記鋸歯状波
信号SWの信号レベルと上記検波出力の信号レベ
ルL_Aとをレベル比較することにより得られる第
６図Ｃに示す如き矩形波信号SQは、上記露光期
間T_Sに相当するパルス巾τを有するもので、そ
の立下りエツヂにてモノステーブルマルチバイブ
レータ４４をトリガーしている。上記モノステー
ブルマルチバイブレータ４４からは、垂直走査期
間1V毎に第６図Ｄに示す如きシヤツタパルスSP
が得られる。そして、上記シヤツタパルスSPは
ANDゲート４５を介して出力されるようになつ
ている。

上記ANDゲート回路４５は、上記シヤツタ操
作部材５の操作によりゲート制御されるもので、
第１のフリツプフロツプ４６と第２のフリツプフ
ロツプ４７とにて形成されるゲート信号が供給さ
れている。上記第１のフリツプフロツプ４６は、
シヤツタ操作部材５の操作にてレリーズスイツチ
７１が閉成される毎にトリガーされ、その肯定出
力信号を第２のフリツプフロツプ４７のＪ入力を
論理「１」にする。上記第２のフリツプフロツプ
４７は、そのクロツク入力として上記垂直同期信
号V_syocに同期したPGパルスが供給されており、
上記Ｊ入力が論理「１」になつて最初のPGパル
スにてトリガーされる。ここで、上記PGパルス
は、上記回転磁気デイスク１２の駆動モータ１３
のサーボ系にて上記垂直同期信号V_syocと同期が
とられており、該垂直同期信号V_syocと同一タイ
ミングで得られる。上記第２のフリツプフロツプ
４７の肯定出力信号は、上記第１のフリツプフロ
ツプ４６にクリヤ信号として供給されるととも
に、上記ANDゲート４５にゲート信号として供
給される。ここで、上記第１のフリツプフロツプ
４６は、第６図Ｅに示すようにレリーズスイツチ
７１が閉されたタイミングt_Sから最初のPGパル
スのタイミングt_Oまで論理「１」なる肯定出力信
号を出力する。また、上記第２のフリツプフロツ
プ４７は、第５図Ｆに示すように上記t_Oなるタイ
ミングから次のPGパルスのタイミングt_Iまで論
理「１」なる肯定出力信号を出力する。

従つて、上記ANDゲート４５からは、シヤツ
タ操作部材５を操作したタイミングt_Sの後の最初
の垂直同期信号V_syocのタイミングt_Oから上記露光
期間T_S経過後に第６図Ｇに示す如きシヤツタパ
ルスが出力される。上記ANDゲート４５からの
シヤツタパルスによつて、シヤツタ機構４は閉成
状態にされる。このようなシヤツタ制御動作によ
つて、固体イメージセンサ９からは、スチル撮像
時に適切な信号レベルの映像信号を得ることがで
きる。上記シヤツタ機構４が閉成されている間
に、上述の如くフレームスチル画像の映像信号が
固体イメージセンサ９から読出される。なお、上
述の実施例では、絞りに応じて露光期間を可変制
御するようにした所謂絞り優先の自動制御システ
ムにしてあるが、上記シヤツタ開成期間T_A中に
得られる信号電荷すなわち映像信号の信号レベル
を利用して、該映像信号にAGCをかけたり、あ
るいはシヤツタスピード優先の自動制御を行なう
ようにしても良い。

上述の実施例の説明から明らかなように、固体
イメージセンサに照射される撮像光の光学通路を
開閉する常開シヤツタを上記イメージセンサの電
荷蓄積期間中に閉成することによつて、スチル撮
像時の実効露光期間を制御できる。また、上記シ
ヤツタを閉成した状態で固体イメージセンサから
信号電荷を読出すことによつて、スメア現象によ
る画質劣化を伴なうことのない極めて高画質のス
チル撮像を行なうことができる。さらに、上記常
開のシヤツタを閉成してスチル撮像を行なう場合
に、その実効露光期間以前に固体イメージセンサ
にて得られる信号電荷を制御信号として利用して
所謂絞り優先あるいはシヤツタスピード優先の自
動制御動作を行なうことができ、実際の撮像条件
に適した各種設定動作を自動化することが可能で
ある。従つて、本発明では、第１フイールド分の
絵素に対応する第１の各受光部と第２フイールド
分の絵素に対応する第２の各受光部とが設けら
れ、これら各受光部の電荷蓄積期間を制御する機
能を有する固体イメージセンサにてスチル画像の
撮像を行なうようにした固体撮像装置において、
光学的シヤツタを通常開成しておき、上記固体イ
メージセンサの受光部に蓄積される信号電荷を垂
直同期信号の周期に関連して周期的に読出して得
られる撮像出力信号を制御信号として絞りやシヤ
ツタスピード等の自動制御を行なうことにより、
実際の撮像条件に適した各種設定動作を自動的に
行ない、適切な信号レベルで且つ品質の良好な撮
像出力信号を得ることができ、また、上記固体イ
メージセンサの電荷蓄積期間中に、上記第１及び
第２の各受光部に同時に撮像光を照射し、上記光
学的シヤツタを閉成して、上記第１及び第２の各
受光部から信号電荷をフイールド順次に読出すこ
とにより、スメア現象やフリツカ現象を伴うこと
のない撮像出力信号を得ることができ、垂直解像
度の高いフレームスチル撮像を行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す模式的な構成
図である。第２図は上記実施例の動作を説明する
ためのタイムチヤートである。第３図は上記実施
例に用いられる固体イメージセンサの構造例を示
す模式的な平面図である。第４図Ａないし第４図
Ｅは上記固体イメージセンサからの信号読出し動
作を説明するための模式的な平面図であり、第４
図Ａは通常のゲート開成期間における信号電荷の
移動状態を示し、第４図Ｂは信号読出し期間にお
ける信号電荷の移動状態を示し、第４図Ｃは電荷
掃出期間における信号電荷の移動状態を示し、第
４図Ｄはフレームスチル画像の撮像時における第
１フイールド分の信号電荷の移動状態を示し、第
４図Ｅは同じく第２フイールド分の信号電荷の移
動状態を示している。第５図は上記実施例におい
て、絞り優先の自動制御システムを構成した場合
の回路構造を示すブロツク図である。第６図は上
記自動制御システムの動作を説明するためのタイ
ムチヤートである。 ４……シヤツタ機構、５……シヤツタ操作部
材、９……固体イメージセンサ、１０……記録回
路、１１……磁気ヘツド、１２……回転磁気デイ
スク、１３……駆動モータ、４０……シヤツタ駆
動回路、５０……イメージセンサ駆動回路、６０
……モータ駆動回路、７０……制御回路、９１，
９２……受光部、９３……垂直転送レジスタ部、
９４……水平転送レジスタ部、９５……電荷吸収
部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１フイールド分の絵素に対応する第１の各
   受光部と第２フイールド分の絵素に対応する第２
   の各受光部とが設けられ、これら各受光部の電荷
   蓄積期間を制御する機能を有する固体イメージセ
   ンサにてスチル画像の撮像を行なうようにした固
   体撮像装置において、 上記固体イメージセンサに照射される撮像光の
   光学通路を開閉する光学的シヤツタと、 該光学的シヤツタを通常開成しておき、上記固
   体イメージセンサの受光部に蓄積される信号電荷
   を垂直同期信号の周期に関連して周期的に読出し
   て得られる撮像出力信号を制御信号として絞りや
   シヤツタスピード等の自動制御を行ない、上記固
   体イメージセンサの電荷蓄積期間中に、上記第１
   及び第２の各受光部に同時に撮像光を照射し、上
   記光学的シヤツタを閉成して、上記第１及び第２
   の各受光部から信号電荷をフイールド順次に読出
   す制御手段とを設けたことを特徴とする固体撮像
   装置。