JPH04167778A - 撮像装置及び固体撮像素子の駆動装置 - 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、例えば、ビデオカメラ等に用いる固体撮像素
子等の撮像装置並びに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補正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、いわゆる電子シャッタ機能を用いる
ものがあった。

［発明が解決しようとする課題］ 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（と
いう問題点があった。また電子シャッタ機能を用いる手
法では、撮像画の動きが不自然になるという問題点があ
った。

以下、上記問題点のうち、電子シャッタ機能を用いる手
法における問題点を更に詳しく述べる。

第８図はインクライントランスファ型ＣＣＤの概念図で
、１は光電変換をするセンサ部、２は垂直転送レジスタ
、４は水平転送レジスフ、５は出力アンプである。図中
のＡ−Ａ’線に沿った断面図及びポテンシャル図が第９
図である。

第９図中、６は画素分離用のチャンネルストップ（Ｃ３
）、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。

従来の電子シャッタ時の動作を第９図及び第１０図を用
いて説明する。第１０図は、標準テレビジョン信号の１
フィ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“°
のときに、リードアウトゲート７のポテンシャルが下が
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φＳＵＥは、サブストレート８に印加されるパ
ルスであり、”　Ｈ”のときにセンサ部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１０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ｔｏにセンサ部１の電荷を読み出した後、次の期間が
始まるが、時刻ｔ１までの水平帰線期間中に、φ５ＵＢ
＝　’“Ｈ”となるので、ｔｏからｔｌまでの電荷はセ
ンサ部１には残っていない。時刻ｔ１からｔ２までの間
ばφ５ＵＢ−“Ｌｏｏなので、この期間の電荷はセンサ
部１に蓄積され、時刻ｔ２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（ｔ２−ｔｌ）となる。

よって、電子シャッタとしての機能は十分に果たすもの
の、従来の電子シャッタ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可変し用いようとすると、
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
面上に現われ、１フイールドごとに動解像度が変化する
というような非常に見苦しい画面になることがあるとい
う問題点があった。

従って、本発明は、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
、さらには、被写体の条件に適した露出補正のできる電
子シャッタ機能を実現す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、所定時間Ｔ３の蓄積を所定回数Ｎだけ離散
的に行うことにより、所定の総合的蓄積時間Ｔｏ　＝Ｎ
×Ｔ３を得る撮像装置であって、明るさに応じて前記総
合的蓄積時間ＴＯを変化させるために、前記所定時間Ｔ
３を一定としたまま、前記所定回数Ｎを変化させる第１
の駆動モードと、所定以上の明るさの場合に前記所定時
間Ｔ３をＴ３“　（ただし、Ｔ３°くＴ３）とする第２
の駆動モードとを有する制御手段を備えたものである。

また、本発明の固体撮像素子の駆動装置は、光信号を受
けて光電変換を行い、情報の蓄積を行うセンシング手段
と、該センシング手段から情報を読み込む第］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フィールド期間内に２回以上間欠的に前
記センシング手段の情報を前記除去手段によって除去さ
せることにより、情報蓄積時間を制御する固体撮像素子
の駆動装置であって、１フィールド期間内で垂直同期信
号より第１の所定時間ＴＩ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、前記所定回数Ｎが１の
場合に、前記第３の所定時間Ｔ３を減少させる様にした
ものである。

［作用］ 上記の構成において、本発明は、１フィールド期間内で
、離散的に蓄積を行う１ことにより、動解像度を一定に
することができる様に作用する。また、明るさに応じて
蓄積回数を変化させるモードを有することにより、総合
的蓄積時間を制御して、被写体の条件に適した露出補正
を行うことができる。さらには、所定以上の明るさの場
合に蓄積時間を短くするモードを有することにより、高
輝度の被写体に対しても、適正露出を得ることができる
。

［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２図は、本実施例で用いる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ァ
型ＣＣＤと呼ばれるもので、第７図との相違点は記憶部
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）のセル
の数と同じである。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フ４に移され、出カアンブ５を通し
て読み出されて行く。

また、第２図のＡ−Ａ’線に沿う断面図及びポテンシャ
ル図は、第９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２図に示
すＣＣＤセンサ自体で露出補正をするときの駆動の仕方
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フ２に送られ、さら
に垂直転送レジスフ２からは１フィールド分の電荷が垂
直帰線期間中に高速に記憶部３に送られる（図中の垂直
転送期間）。その後、図に示す様に、φ５ＬＩＢ除去パ
ルスは時刻Ｓ１、Ｓ２．・・・、Ｓｍと１フイールドに
ｍ回第２の所定時間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）。

又、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ＫＩ　×Ｔ２　、に２　×Ｔ２　、・・・、ＫＮ−Ｉ
×Ｔ２［ただし、Ｋｌ　、　Ｋ２　、・・・、ＫＮ−１
は正の整数］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如く、時刻
Ｆ１より第１の所定時間Ｔ１だけ遅れた関係になってい
る。φＳＯＢ除去パルスとφＲＯＧ転送パルスの時間差
である第３の所定時間Ｔ３が、図示する如（実際のセン
サの蓄積期間ａｌ。

ａ２．・・・、ａＮとなる。つまり、１フィールド期間
内において、Ｎ回の細かな蓄積期間ａｌ、ａ２、・・・
、ａＮにセンサ部１に蓄積された電荷は、時刻Ｒ１，Ｒ
２，・・・、ＲＮに順次垂直転送レジスタに転送され、
蓄積される。

したがって、１フィールド期間内の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Ｔｏ−Ｎ×Ｔ３の間に蓄積さ
れた電荷が、垂直転送レジスフ内で加算され、ミックス
された後、−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ングＳｌ　、
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の中、あるいは近傍に設定されてい
る。これは、φ５ＵＢＶｒ、去パルスあるいは、φＲＯ
Ｇ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。

その後、記憶部３に蓄積された電荷が、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
て出力信号として取り出される過程は、第８図のインタ
ーライントランスファ型ＣＣＤと同様である。

第３図は、ＣＣＤＩＩから取り出された出力信号を処理
する過程を示したブロック図である。ＣＣＤ１１から取
り出された出力信号はプロセス回路１２でγ補正、ニー
補正、自動利得補正等の補正を受け、エンコードされて
映像信号Ｖ　ｏｕｔとして出力される。一方、プロセス
回路１２の出力中の輝度信号Ｙは、平均化回路１３を介
してＹとなって演算回路１４に入力され演算処理される
。演算回路１４はＣＣＤドライバー１６を介してＣＣＤ
１ｌの駆動タイミングつまりＴ１〜Ｔ３をコントロール
する。

なお、モード設定回路１５は、被写体の条件に合わせた
複数のモードを有し、そのうちの一つを選択して切り替
える働きをする。ここで、複数のモードとは、たとえば
二つのモードからなり、一つは動きの速い被写体に適用
される動モードであり、もう一つは、動きの遅い被写体
に適用される静モードである。

演算回路１４は、モード設定回路１５からの選択信号を
受けて、Ｔｌ、Ｔ２．Ｔ３を所定の値に設定する。ここ
で、演算回路１４は、第１の駆動モードと第２の駆動モ
ードを有し、第２の駆動モードは、被写体が極端に明る
い場合に適用されるモートであり、第１の駆動モードは
、それ以外の明るさの場合に適用されるモードである。

第１の駆動モードと第２の駆動モードの切り替えは、平
均化回路１３からの出力信号Ｙ　７５ｓ　Ｙ　＞　Ｙ　
Ｏであ１す るときには、第２の駆動モード、それ以外のときには、
第１の駆動モードというように、演算回路１４の内部で
自動的に判断して行われる。

ドライバー回路１６は演算回路１４で設定されたＴｌ、
Ｔ２．Ｔ３の設定値にしたがって、ＣＣＤ１ｌを駆動す
る。

次に、Ｔｌ　、Ｔ２　、Ｔ３を被写体の条件によって変
化させる方法について説明する。

第４図は、演算回路１４の第１の駆動モードのアルゴリ
ズムの一例をフローチャートに示した図である。まず、
動モードか、静モードかを判断し、動モードに対しては
、Ｔｌ　＝ｔｌ　、　Ｔ２　＝ｔ２　、Ｔ３　＝ｔ３　
、Ｋｊ　＝ｋｊ　　（ｋｊは正の整数）、静モードに対
しては、Ｔｌ　＝ｔｌ°、Ｔ２−ｔ２　、Ｔ３　＝ｔ３
　、Ｋｊ　＝ｉｊ　　（ｉｊは正の整数）の様にＴｌ、
Ｔ２．Ｔ３及びＫｊを設定する。

ただし、ｔｌ　’　＜ｔｌ　、ｋｊ　＜ｉｊである。

これは、動きの大きな被写体に対してＴＩを小さく設定
すると、ストロボアクションのように像がぶれてしまう
ので、Ｔｌを大きくして、１フイールド期間内でのセン
サ部１の蓄積開始から、蓄積終了支での時間を短くして
、ぶれを小さくしようとするからである。

次に、平均化された輝度信号Ｙのレベルが基準値￥１よ
り大ならば、すなわちある程度以上明るい被写体の場合
には、動モードでは、Ｋｊ　＝ｋｊ’　　（ｋｊ＜ｋｊ
’）、静モードでは、Ｉｊ　＝ｉｊ’　　（ｉｊ　＜ｉ
ｊ“）とする。また、Ｙが基準値Ｙ２　　（Ｙ２　＜Ｙ
ｌ　）より小ならば、すなわちある程度以上暗い被写体
の場合には、動モードでは、Ｋｊ＝ｋｊ”、静モードで
は、Ｋｊ　＝ｉｊ　”　　（ｋｊ＞ｋｊ　”　、　　ｉ
ｊ　＞ｉｊ　”　）とする。その後プログラムの最初に
戻り、上述の動作を繰り返す。

第５図及び第６図は、演算回路１４の第１の駆動モード
のアルゴリズムによって設定されるＴ１、Ｔ２　、Ｔ３
およびＫｊを各モードについてタイミングチャートに表
した図である。第５図は動モードの場合であり、第６図
は静モードの場合である。

ます、第５図の動モードにおいて、（ａ）は、Ｙｌ　＜
Ｙの場合、すなわち、被写体がある程度以上明るい場合
であって、Ｔｌ　＝ｔｌ　、　Ｔ２　＝ｔ２、　Ｔ３　
＝ｔ３　、　Ｋｊ　＝ｋｊ　’　　となる。つまり、蓄
積間隔を広げて、ｌフィールド期間内の蓄積回数ＮをＮ
＝ｎ２　　（ｎ２　＜ｎｌ　）とすることにより、トー
タルの蓄積時間を減少させる。

（ｂ）は、Ｙ２≦Ｙ≦￥１の場合、つまり通常の明るさ
の場合であって、Ｔｌ、Ｔ２．Ｔ３．及びＫｊは、アル
ゴリズムの初めに設定された状態のまま、Ｔｌ　＝ｔｌ
　、　Ｔ２　＝ｔ２　、　Ｔ３　＝ｔ３　。

Ｋｊ　＝ｋｊとなる。このとき、１フィールド期間内の
蓄積回数Ｎは、Ｎ＝ｎｌとなる。

（ｃ）は、Ｙ２＞Ｙの場合、すなわち、被写体がある程
度以上暗い場合であって、Ｔｌ　＝ｔｌ　。

Ｔ２　＝ｔ２　、Ｔ３　＝ｔ３　、Ｋｊ　＝ｋｊ”とな
る。

つまり、蓄積間隔を短くして１フィールド期間内の蓄積
回数ＮをＮ＝ｎ３　　（ｎ３　＞ｎｌ　）とすることに
より、トータルの蓄積時間を増加させる。

第６図の静モードについてはアルゴリズムの最初の設定
が、Ｔｌ　＝ｔｌ°、Ｔ２＝ｔ２．Ｔ３＝ｔ３　、Ｋｊ
　＝ｉｊとなる以外は、動モードの場合と同様である。

したがって、（ａ）のＹｌ　＜Ｙのときには、Ｔ１＝ｔ
ｌ　’　、Ｔ２　＝ｔ２　、Ｔ３　＝ｔ３、Ｋｊ＝ｉｊ
’・となり、（ｂ）のＹ２≦Ｙ≦Ｙ１のときには、Ｔｌ
　＝ｔｌ　’　、　Ｔ２　＝ｔ２　、　Ｔ３＝ｔ３．Ｋ
ｊ　＝ｉｊとなり、（ｃ）のＹ２　＞Ｙのときには、Ｔ
ｌ　＝ｔｌ　’　、　Ｔ２　＝ｔ２　、　Ｔ３　＝ｔ３
、Ｋｊ＝ｉｊ”　となる。

第７図は、第２の駆動モードの動作を表した図である。

前述の演算回路１４の第１の駆動モードのアルゴリズム
においては、被写体の明るさが増大するにつれてφＲＯ
Ｇ転送パルスの数を減らし、結果として１フィールド期
間内の蓄積回数Ｎを減らして出力アンプ５の出力を一定
にするようにしている。しかし、被写体が極端に明るい
場合、つまり、平均化された輝度信号ＹがＹＯよりも大
きい場合には、１フィールド期間内の蓄積回数Ｎが１に
なっても、出力アンプ５の出力が大きすぎる場合がある
。このような場合には、演算回路１４の内部では、第７
図に示す第２のモードが選択され、Ｔ３　＝Ｔ３°　（
Ｔ３　’　＜Ｔ３　）として、蓄積時間を短く設定する
。

以上説明した方式では、１フィールド期間内で、蓄積間
隔（Ｋｊ×Ｔ２）（ただし、Ｋｊは正の整数）を変化さ
せて蓄積回数Ｎを変化させることにより、１フイールド
の総和としての、総合的蓄積時間ＴＯをコントロールす
ることができる。

即ち被写体の明るさによって、また、被写体の条件、環
境によって変化、制御して使用することが出来る。

また、被写体の動きの速さに応じてｌフィールドの蓄積
開始までの時間Ｔｌを変化させることにより、動きの早
い被写体に対しても動解像度が低下しにくく、かつ、画
面によって動解像度が変化しない電子シャッタ機能が実
現可能となる。

更に、蓄積時間Ｔ３を一定にした第１の駆動モードと極
端に明るい被写体に対して蓄積時間Ｔ３を変化させる第
２の駆動モードを有することにより、被写体の条件に対
して、幅広く対応することができる。

さらに、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、本実施例では、１フィールド期間が１／６０秒
の場合について説明したが、この時間に限定されるもの
ではない。また、二次元センサーばかりでなく、−次元
センサーに適用しても良い。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、１フィールド期間
内で、離散的に蓄積を行うことにより、動解像度を一定
にすることかできるという効果がある。また、明るさに
応じて蓄積回数を変化させるモードを有することにより
、総合的蓄積時間を制御して、被写体の条件に適した露
出補正を行うことができるという効果がある。さらには
、所定以上の明るさの場合に蓄積時間を短（するモード
を有することにより、高輝度の被写体に対しても、適正
露出を得ることかできるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の動作を説明する図、第２図は
同実施例で用いるフレームインターライントランスファ
型ＣＣＤの概念図、 第３図は、ＣＣＤから取り出された出力信号を処理する
過程を示したブロック図、 第４図は、演算回路の第１の駆動モートのアルゴリズム
の一例をフローチャートに表した図、第５図は動モード
の動作をタイミングチャートに表した図、 第６図は静モードの動作をタイミングチャートに表した
図、 第７図は第２の駆動モードの動作を表した図、第８図は
インターライントランスファ型ＣＣＤの概念図、 第９図は第８図のＡ−Ａ’）Ｉに沿う断面図及びポテン
シャル図、 第１０図は従来の電子シャッタの動作を説明する図であ
る。 図中、１・・・センサ部（センシング部）、２・・・垂
直転送レジスフ（第１の記憶手段）、３・・・記憶部（
第２の記憶手段）である。 第１０図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定時間Ｔ３の蓄積を所定回数Ｎだけ離散的に行
   うことにより、所定の総合的蓄積時間Ｔ０＝Ｎ×Ｔ３を
   得る撮像装置であって、明るさに応じて前記総合的蓄積
   時間Ｔ０を変化させるために、前記所定時間Ｔ３を一定
   としたまま、前記所定回数Ｎを変化させる第１の駆動モ
   ードと、所定以上の明るさの場合に前記所定時間Ｔ３を
   Ｔ３’（ただし、Ｔ３’＜Ｔ３）とする第２の駆動モー
   ドとを有する制御手段を備えた撮像装置。
2. （２）光信号を受けて光電変換を行い情報の蓄積を行う
   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フィールド期間内に２回
   以上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、情報蓄積時間を制御す
   る固体撮像素子の駆動装置であつて、 １フィールド期間内で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
   、 前記所定回数Ｎが１の場合に、前記第３の所定時間Ｔ３
   を減少させることを特徴とする固体撮像素子の駆動装置
   。
3. （３）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、あるいは近傍であることを特徴とす
   る請求項第２項に記載の固体撮像素子の駆動装置。