JPH0457278B2 - - Google Patents

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、特に同一の半導体基板
上に撮像用の光電変換素子とは別個の受光領域へ
の入射光量測定用の測光素子を形成した固体撮像
装置に関する。

（従来の技術とその問題点） 固体撮像装置は小型、軽量、長寿命、低消費電
力等の利点を有し、近時撮像管に代わり広く用い
られている。第５図に電荷結合素子（CCD）を
用いて形成した、いわゆるインターライン転送方
式（ILT方式）による従来の電子カメラ用固体撮
像装置を示す。

第５図において半導体基板１上に、pnダイオ
ード又はMOS構造からなる光電変換素子２ａを
それぞれ列状に複数個配列してなる光電変換素子
列２が複数列設けられ、複数の光電変換素子２ａ
がマトリツクス状に配置されている。各光電変換
素子列２に沿つて垂直シフトレジスタ３，３、…
…が形成されるとともに各垂直シフトレジスタ３
の一端に接して水平シフトレジスタ４が形成され
ている。

上記構成において、電子カメラに付属したスト
ロボにより被写体に向けて露光を行うと、該スト
ロボ露光に基づいて半導体基板１に入射する光量
に応じ各光電変換素子２ａに電荷信号が蓄積され
る。該電荷信号は、ストロボ露光のサイクルに応
じた時間間隔で図示しない転送ゲートを介して対
応する垂直シフトレジスタ３に転送される。各垂
直シフトレジスタ３に転送された電荷信号は、引
続き一行ずつ、すなわち各光電変換素子列２中の
横方向の同一線上に位置する光電変換素子２ａ群
からの電荷信号ごとに同期して順次水平シフトレ
ジスタ４へ転送され、更に各行の電荷信号群が該
水平シフトレジスタ４から出力増幅器５を介して
順次読み出される。

ところで、上記形式の撮像装置において、撮像
領域、即ち光電変換素子列への入射光量を測定す
るのに、該撮像用光電変換素子群の一部を利用し
て行うものが公知である。しかしながら、この形
式の撮像装置においては、入射光量の測定に撮像
用光電変換素子を利用するものであるから、必然
的に入射光量測定時と撮像時との間に時間的なず
れがあり、撮像時リアルタイムに入射光量データ
を得られないという欠点があつた。

これに対し、半導体基板上の撮像領域に入射光
量測定専用の測光素子を分散配置することが考え
らえる。しかしながら、この方式のものでは、撮
像領域中に特段の配慮なしに測光素子の領域を割
り当ててしまうと撮像領域を形成する光電変換素
群の配列の対称性若しくは分布の均一性を確保で
きず、撮像信号に悪影響を与えるのみならず、撮
像領域中における測光素子の領域、即ち測光対象
領域が適正な位置からずれてしまうことがあり、
この位置ずれに基づく測定誤差が含まれることに
なり、測光データ精度がいま一つ不十分であると
いう問題点がある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上述した問題点に鑑みてなされたもの
で、撮像時にリアルタイムに適切な測光データが
得られる固体撮像装置を提供することを目的とす
る。

上記目的を達成するため、本発明は、半導体基
板上に、複数の光電変換素子を列状に配置してな
る複数の光電変換素子列、該各光電変換素子列と
並列状に配置されかつ各列の各光電変換素子に蓄
積された電荷信号を並列転送するための複数の垂
直シフトレジスタ、該各垂直シフトレジスタから
の信号電荷を水平転送するための水平シフトレジ
スタ及び上記光電変換素子列への入射光量を検出
する測光素子を一体的に集積した固体撮像装置に
おいて、上記基板の中央部に測光素子を一列状に
配置し、上記基板の測光素子の両側領域にそれぞ
れ該測光素子に関し対称的に光電変換素子列と該
光電変換素子列に対応する垂直シフトレジスタと
を交互に並列状に配置したことを特徴とする。

（実施例） 以下、本発明の実施例を説明する。この実施例
では従来例同様、ILT方式のCCDにより電子カメ
ラ用固体撮像装置を構成している。

第１図に示すように、撮像装置の半導体基板１
上に、従来例同様それぞれ複数の光電変換素子２
ａからなる複数の光電変換素子列２，２、……が
図中左右方向に等間隔を置いてかつ互いに平行に
形成され、複数の光電変換素子列２がマトリツク
ス状に配置されている。しかしながら、本実施例
では従来例と異なり左側の２列の光電変換素子列
２，２に対応する垂直シフトレジスタ３，３は、
それぞれ各光電変換素子列２の左脇に沿つて光電
変換素子列２と平行に配置される一方、右側の２
列の光電変換素子列２に対応する垂直シフトレジ
スタ３，３は、それぞれ各光電変換素子列２の右
脇に沿つて光電変換素子列２と平行に配置されて
いる。各光電変換素子列２と対応する垂直シフト
レジスタ３間にはそれぞれ転送ゲート１０が介設
される。又、各垂直シフトレジスタ３の一端は水
平シフトレジスタ４に接続され、該水平シフトレ
ジスタ４は出力アンプ５を介して信号出力端子１
１に接続される。

基板１上における中央の２列の光電変換素子列
２，２間の隙間には、各光電変換素子列２の伸び
る方向（第１図上下方向）に長辺を有する矩形状
の測光素子１２が設けられている。上記のように
測光素子１２の両側において各垂直シフトレジス
タ３をそれぞれ対応する光電変換素子列２の測光
素子１２と反対側、つまり基板１の外方側に設け
れば、中央の２列の光電変換素子列２，２間には
シフトレジスタ３は配置されないので、光電変換
素子列２，２……の配列を乱すことなく、測光素
子１２を受光領域の中央に配置できる。この測光
素子１２は、例えば各光電変換素子２ａと同様に
n⁺不純物拡散領域からなるフオトダイオードと
して形成される。

上記測光素子１２は、測光増幅器１３、測光出
力端子１４及び積分器１５を介して比較器１６に
接続されている。この比較器１６は積分器１５か
ら送信される測光出力の積分値Monが予め設定
した基準値Voと等しくなつた時点で、駆動回路
１７に露光終了要求信号を出力する。この基準値
Voとしては被写体に対する１回のストロボ露光
に基づく基板１への適正露光量が見合つた値が選
定される。

駆動回路１７は、その内部又は外部に設けられ
た回路により発生される垂直同期パルスVDに基
づいて各垂直シフトレジスタ３に垂直シフトパル
スVを、水平シフトレジスタ４に水平シフトパ
ルスHを、各転送ゲート１０に転送パルスTを
それぞれ出力する。又、駆動回路１７は図示しな
いストロボに露光開始信号及び露光終了信号を送
信するようになつている。なお、上記比較器１６
及び駆動回路１７は基板１の外部に配置される。

第２図において、上記垂直同期パルスVDは一
定時間間隔を置いて高レベルＨと低レベルＬの間
で切り換えられ、このVDの１つの立ち下がり
（ＨからＬへの切り換わり）から次の立ち下がり
までが１周期をなす。Tは上記転送パルス、V
は上記垂直シフトパルスである。この垂直シフト
パルスVの転送周波数は例えば15.75KHzとす
る。Sigは信号出力端子１１からの信号出力、
Monは上記測光出力の積分値、又STはストロボ
露光出力である。

以下、上記撮像装置の各部における動作を時刻
を追つて具体的に説明する。

時刻T₁におけるVDの立ち下がりにより第１周
期が開始される。この第１周期中の時刻T₂に駆
動回路１７はストロボに露光開始信号を送信し、
それにより被写体に対するストロボ露光が開始さ
れる。このストロボ露光に基づいて基板１に被写
体からの光が入射することにより、各光電変換素
子素子２ａに電荷信号が蓄積され始めるとともに
前記積分器１５により測光素子出力の積分が開始
される。

第１周期中の時刻T₃において測光出力の積分
値Monが基準値Voに達すると、前述のように比
較器１６から駆動回路１７に露光終了要求信号が
送信され、それに応じて駆動回路１７はストロボ
に露光終了信号を送信してストロボ露光を停止さ
せる。実際にはストロボ露光は、時刻T₃より若
干遅れて終了する。なお、スオトボ露光出力ST
中に点線で示すのは、測光に基づく露光の中断を
行わない場合の１回のストロボ露光出力である。

時刻T₄におけるVDの立ち下がりに同期して転
送パルスTが高レベルとされ、、その直後のVD
の立ち上がりに同期してTが低レベルとされる。
この転送パルスTにより、第１周期T₁−T₄中の
ストロボ露光期間に各光電変換素子２ａに蓄積さ
れた電荷信号が対応するシフトレジスタ３へ転送
される。

又、時刻T₄におけるVDの立ち下がりにより第
２周期が開始され、この第２周期中に各垂直シフ
トレジスタ３が駆動されることにより各垂直シフ
トレジスタ３に転送された上記電荷信号が水平シ
フトレジスタ４へ転送される。更に該電荷信号は
水平シフトレジスタ４及び出力アンプ５を介して
出力端子１１に読み出される。このようにし、第
１周期におけるストロボ露光期間に各光電変換素
子２ａに蓄積された信号電荷が、第２周期T₄−
T₅中に読み出される。以上のような手順で通常
２周期ごとに１画像を得ることができ、その際１
回のストロボ露光期間における基板１への露光量
は、常に基準値Voとほぼ等しくすることができ
る。

なお以上の説明では、V，Hはそれぞれ１相
のみとしたが、使用されるCCDの構造により、
それぞれ２相〜４相のパルスとすることができ
る。

又、各転送ゲート１０を省略し、各垂直シフト
レジスタ３の電極を転送電極に兼用するとともに
垂直シフトパルスVのパルス値を適宜に変更す
ることにより、各光電変換素子２ａに蓄積された
電荷を直接垂直シフトレジスタ３へ転送すること
も可能である。

次に第２実施例を説明する。

第３図に示すように、第２実施例において第１
図の第１実施例における測光素子１２を３個に分
割し、各測光素子１２ａ，１２ｂ，１２ｃを第１
実施例と同一位置、すなわち中央の２列の光電変
換素子列２，２間に直線上に配列している。各測
光素子１２ａ，１２ｂ，１２ｃはそれぞれ測光増
幅器１３ａ，１３ｂ，１３ｃ及び測光出力端子１
４ａ，１４ｂ，１４ｃを介して加算器１５に接続
されている。この加算器１５においては、直線上
の中心に位置する測光素子１２ａからの出力
Mon−１に大きな係数が乗算されるとともに、
直線上の端部寄りに位置する測光素子１２ｂ、１
２ｃからの出力Mon−２，Mon−３に中心の測
光素子１２ａに対する係数より小さな係数が乗算
され、次に測光出力と係数の各乗算値が加算され
る。更に加算された全測光出力が積分され、積分
値Monが比較器１６に送信される。なお、第２
実施例における動作タイミングは第１実施例と同
様である。

この第２実施例においては、上記直線上に中心
に位置する測光素子１２ａからの出力信号Mon
−１に端部寄りに位置する測光素子１２ｂ，１２
ｃからの出力信号Mon−２，Mon−３より大き
な係数を乗算するようにしたので、全測光出力
Monに対し中心の測光素子１２ａからの測光出
力Mon−１が大きく反映されることになり、そ
れによつて一層好ましい測光が行えるようにな
る。なお、この点については、各測光素子の面積
を上記直線上の中心から離れるにつれて次第に減
少させることによつても同等の効果を得ることが
できる。

第４図に示すように、各光電変換素子列２の例
えば右側部にシフトレジスタ３を配置するととも
に半導体基板１の周辺部に４つのストライプ状の
測光素子１２ａ〜１２ｄを内部の受光領域の中心
点に関し互いに対称に配置してもよい。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明においては、半導
体基板の中央部の縦長領域にストライプ状の測光
素子を配置するとともに該測光素子を挟んで左右
対称に撮像用の光電変換素子列を配置することに
より、撮像用の光電変換素子群の配列の対称性若
しくは分布の均一性を乱すことなく該撮像用光電
変換素子群を設けた半導体基板上に測光素子を形
成することができ、撮像時上記測光素子により撮
像受光領域への入射光量をリアルタイムにかつ適
切に測定することができる。このような測光素子
による測定データを、例えばストロボ露光制御に
使用すれば、不適切な測光に起因する出力信号の
信号雑音比Ｓ／Ｎの低下とかブルーミング等を完
全に防止した高画質の撮影画像情報を得ることが
できる。

また、半導体基板における撮像用の多数の光電
変換素子群、測光素子、垂直シフトレジスタ及び
水平シフトレジスタのパターン設計が容易であ
り、比較的安価に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る固体撮像装
置の正面説明図、第２図は第１図の装置の動作タ
イミングを示すタイムチヤート、第３図は本発明
の第２実施例に係る固体撮像装置の正面図、第４
図は測光素子の配置の一例を示す説明図、第５図
は従来の固体撮像装置の正面説明図である。 １……基板、２……光電変換素子列、２ａ……
光電変換素子、３……垂直シフトレジスタ（シフ
トレジスタ）、１２……測光素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板上に、複数の光電変換素子を列状
   に配置してなる複数の光電変換素子列、該各光電
   変換素子列と並列状に配置されかつ各列の各光電
   変換素子に蓄積された電荷信号を並列転送するた
   めの複数の垂直シフトレジスタ、該各垂直シフト
   レジスタからの信号電荷を水平転送するための水
   平シフトレジスタ及び上記光電変換素子列への入
   射光量を検出する測光素子を一体的に集積した固
   体撮像装置において、 上記基板の中央部に測光素子を一列状に配置
   し、 上記基板上の測光素子の両側領域にそれぞれ該
   測光素子に関し対称的に光電変換素子列と該光電
   変換素子列に対応する垂直シフトレジスタとを交
   互に並列状に配置したことを特徴とする、固体撮
   像装置。