JPH0556359A

JPH0556359A - 静止画撮像装置

Info

Publication number: JPH0556359A
Application number: JP3217290A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Takayama; 淳高山; Shuji Hayashi; 修二林
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1991-08-28
Filing date: 1991-08-28
Publication date: 1993-03-05

Abstract

(57)【要約】【目的】露光時間を自由に可変すると共に、通常露
光、ストロボ露光の多重を可能にする。【構成】最初の露光の前に垂直転送路32の不要電荷を
掃き出す。任意のタイミングでフォトセンサ31の電荷を
掃き捨てて露光を開始し、任意のタイミングでフォトセ
ンサ31の電荷をゲートを介し垂直転送路32に読出して露
光を終了する。また、任意のタイミングでストロボ装置
を発光させ、ストロボ光積分回路からの信号に基づいて
フォトセンサ31の電荷をゲートを介し垂直転送路32に読
出して露光を終了する。そして、１〜複数回の露光終了
後に垂直転送路32内で加算された信号電荷を水平転送路
33及び出力アンプ34を介して外部に読出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像素子を用いた
静止画撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】静止画撮像装置として、被写体からの光
を画素毎に光電変換して出力する固体撮像素子を用いた
ものがあり、固体撮像素子としては、例えばインターラ
イン転送方式のＣＣＤが用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、固体撮像素
子を用いた静止画撮像装置にあっては、多重露光やスト
ロボ露光に際し、次のような欠点があった。従来の固体
撮像素子駆動方法（通常のビデオレートでの駆動、露光
時間は可変できる）で多重露光を行う場合、外部にメモ
リを持ちそのメモリ上で固体撮像素子から読出された信
号を加算していく方法があるが、この場合、外部に大規
模なメモリ回路及びそのコントロール回路が必要にな
り、コストがかかるし、余分なスペースが必要になると
いう欠点がある。

【０００４】また、ストロボ装置を何回か発光させて１
回の露光で多重露光画像を得ることができるが、自然光
での多重露光ができないことや、例えば短時間に何回も
発光させることが可能な特殊なストロボ装置が必要にな
ることなどの欠点がある。また、固体撮像素子内におい
て、垂直転送路にフォトセンサから電荷を複数回転送
し、加算することにより、広いダイナミックレンジを得
ようとする考案があるが（実願昭６３−２３９９９６
号）、多重露光を行おうとする場合、露光制御に関して
の自由度が小さいという欠点がある。

【０００５】さらに、ストロボ露光に関しては、ストロ
ボ光は発光してから時間の変化と共に色温度が変わり、
一般にピークを境に前半部分は高く、後半部分はそれに
比べ低い。これは色再現に悪影響を与える。特にストロ
ボ発光前半の発光強度の立上がりが急峻な部分では露光
制御誤差による影響が大きい。本発明は、このような課
題を解決することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため、本発明は、画
素毎に設けられて光電変換を行うフォトセンサ、該フォ
トセンサのそれぞれに対応して設けられて該フォトセン
サに蓄積された電荷を転送するゲート、画素列毎に設け
られて該ゲートを通って転送されてきた電荷を垂直方向
に転送する垂直転送路、該垂直転送路から転送されてき
た電荷を水平方向に転送する水平転送路、及び、該水平
転送路から転送されてきた電荷を電圧に変換して外部に
出力する出力アンプより構成される固体撮像素子を備え
ると共に、ストロボ光を発光するストロボ装置と、該ス
トロボ装置の発光量を検出するストロボ光積分回路とを
備える静止画撮像装置において、下記の手段を設ける構
成とする。

【０００７】Ａ）最初の露光の前に垂直転送路の不要電荷を掃き出す
手段Ｂ）任意のタイミングでフォトセンサの電荷を掃き捨て
て露光を開始する手段Ｃ）任意のタイミングでフォトセンサの電荷をゲートを
介し垂直転送路に読出して露光を終了する手段Ｄ）任意のタイミングでストロボ装置を発光させる手段Ｅ）ストロボ光積分回路からの信号に基づいてフォトセ
ンサの電荷をゲートを介し垂直転送路に読出して露光を
終了する手段Ｆ）１〜複数回の露光終了後に垂直転送路内で加算され
た信号電荷を外部に読出す手段また、ストロボ装置の発光中にフォトセンサの電荷を掃
き捨てて露光を開始することにより、ストロボ光の一部
を利用するとよい。

【０００８】

【作用】任意のタイミングでフォトセンサの電荷の排
出、読出しを制御することにより露光時間を可変でき、
垂直転送路で電荷を加算することにより、通常露光、ス
トロボ露光の多重が可能となる。このように固体撮像素
子上で信号電荷を加算することで、外部にメモリ回路な
どを付加することなく、しかも簡単な方法で多重露光を
実現することができる。しかも、露光時間、露光回数を
自由に設定でき、露光時間を変えて多重露光することも
できる。また、自然光での露光とストロボ光での露光を
混在させて多重露光させることも可能である。もちろ
ん、ストロボ光のみによる多重露光も可能であり、しか
もその場合でも１回１回露光制御を行いながら多重露光
していくことが可能である。自然光での露光と混在して
いる場合でも同様である。

【０００９】また、ストロボ露光に際し、ストロボ光の
一部を選択して利用すること（例えば発光前半は無視
し、後半のみを使用すること）により、露光制御誤差を
最小限にすることができると共に、画質劣化も最小限に
することができる。

【００１０】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１にシステムのブロック図を示す。システム
は、光学系１と、絞り２と、固体撮像素子（ＣＣＤ）３
と、その駆動回路（ＴＧ）４と、同期信号発生回路（Ｓ
ＳＧ）５と、信号処理回路６と、記録媒体７と、記録媒
体駆動装置（図示せず）と、ストロボ光を発光するスト
ロボ装置８と、ストロボ光の発光量を検出するストロボ
光積分回路９とを含んで構成されている。さらに、前記
光学系１、絞り２、撮像素子駆動回路４、同期信号発生
回路５、信号処理回路６、記録媒体駆動装置（図示せ
ず）、ストロボ装置８及びストロボ光積分回路９を制御
するためのシステムコントロール回路（シスコン）10を
備えている。

【００１１】固体撮像素子３は、図２に示すように、画
素毎に設けられて光電変換を行うフォトセンサ31、該フ
ォトセンサ31のそれぞれに対応して設けられて該フォト
センサ31に蓄積された電荷を転送するゲート（フォトセ
ンサ31と垂直転送路32との間にあるが、図示していな
い）、画素列毎に設けられて該ゲートを通って転送され
てきた電荷を垂直方向に転送する垂直転送路（ＶＣＣ
Ｄ）32、該垂直転送路32から転送されてきた電荷を水平
方向に転送する水平転送路（ＨＣＣＤ）33、及び、該水
平転送路33から転送されてきた電荷を電圧に変換して外
部に出力する出力アンプ34よりなる。

【００１２】撮像素子駆動回路４は、システムコントロ
ール回路10によりコントロールされ、フォトセンサ31、
ゲート（図示せず）、垂直転送路32、水平転送路33及び
出力アンプ34を駆動して、電荷転送を制御する。同期信
号発生回路５は、システムコントロール回路10によりコ
ントロールされ、撮像素子駆動回路４及び信号処理回路
６に対し、撮像素子駆動、信号処理等に必要なパルスを
発生させる。

【００１３】信号処理回路６は、固体撮像素子３の出力
信号を利用しやすいように処理する他、記録媒体７に記
録できる信号に変換して記録媒体７に記録する。記録媒
体７は、磁気ディスク、メモリカードなどである。磁気
ディスクを使用する場合は駆動装置（ディスクドライ
ブ）が必要となる。メモリカードを使用する場合は駆動
装置は特に必要はなく、システムコントロール回路10か
ら制御できる。

【００１４】以上のシステムにおいて、主にシステムコ
ントロール回路10より撮像素子駆動回路４及び同期信号
発生回路５をコントロールすることで、固体撮像素子３
内のフォトセンサ31、ゲート（図示せず）、垂直転送路
32及び水平転送路33の電荷の移動を、通常のビデオレー
ト（１／60sec 毎）と、それに加えてビデオレートにと
らわれない独自のタイミングとで制御することができ
る。そして、最初の露光の前に垂直転送路32の不要電荷
を掃き出す手段と、任意のタイミングでフォトセンサ31
の電荷を掃き捨てて露光を開始する手段と、任意のタイ
ミングでフォトセンサ31の電荷をゲートを介し垂直転送
路32に読出して露光を終了する手段とを持つ。また、任
意のタイミングでストロボ装置８を発光させる手段と、
ストロボ光積分回路９からの信号に基づいてフォトセン
サ31の電荷をゲートを介し垂直転送路32に読出して露光
を終了する手段とを持つ。さらには、１〜複数回の露光
終了後に垂直転送路32内で加算された信号電荷を外部に
読出す手段を持つ。

【００１５】次に作用を説明する。図３及び図４（図４
は図３の続き）に実際の動作タイミングの一例を示す。
ＶＳＭは、モード切換え信号であり、Ｌ（ロー）で通常
モード、Ｈ（ハイ）でスチルモードとなる。これはシス
テムコントロール回路より発生し、撮像素子駆動回路
（ＴＧ）に入力される。

【００１６】ＸＶＤは、Ｖドライブパルスであり、パル
ス幅は本チャートでは９Ｈである。これは同期信号発生
回路（ＳＳＧ）より撮像素子駆動回路（ＴＧ）へ供給さ
れる。ＸＨＤは、Ｈドライブパルスであり、同期信号発
生回路（ＳＳＧ）より撮像素子駆動回路（ＴＧ）へ供給
される。

【００１７】ＸＲＴＧは、露光開始トリガパルスであ
り、システムコントロール回路より発生し、撮像素子駆
動回路（ＴＧ）に入力される。ＸＳＴＧは、ストロボ露
光制御パルスであり、ストロボ光積分回路より発生し、
撮像素子駆動回路（ＴＧ）に入力される。ＸＭＴＧは、
露光終了トリガパルスであり、システムコントロール回
路より発生し、撮像素子駆動回路（ＴＧ）に入力され
る。

【００１８】ＸＳＵＢは、フォトセンサの電荷を掃き捨
てるパルスであり、撮像素子駆動回路（ＴＧ）より発生
し、固体撮像素子（ＣＣＤ）に入力される。ＸＳＧ１，
２は、ゲートをＯＮ状態（導通状態、ＬでＯＮ）にする
ことにより、フォトセンサの電荷を垂直転送路（ＶＣＣ
Ｄ）に読出すパルスであり、撮像素子駆動回路（ＴＧ）
より発生し、固体撮像素子（ＣＣＤ）に入力される。

【００１９】ＸＶ１〜ＸＶ４は、垂直転送路駆動パルス
であり、撮像素子駆動回路（ＴＧ）より発生し、固体撮
像素子（ＣＣＤ）に入力される。ＸＰＧは、ＰＧパルス
であり、磁気ディスク１回転毎に１発出力されるパルス
である。本チャートではパルスの立下がりが基準になっ
ている。これはディスクドライブより発生し、撮像素子
駆動回路（ＴＧ）に入力される。

【００２０】ＸＶＩＮＴは、ＳＳＧリセットパルスであ
り、撮像素子駆動回路（ＴＧ）より発生し、同期信号発
生回路（ＳＳＧ）に入力される。ＲＧは、記録ゲートパ
ルスであり、撮像素子駆動回路（ＴＧ）より発生する。
ＶＩＯＮは、ＳＳＧリセットパルス（ＸＶＩＮＴ）制御
信号であり、撮像素子駆動回路（ＴＧ）に入力される。

【００２１】ＳＧＯＦは、ＸＳＧパルス制御信号であ
り、撮像素子駆動回路（ＴＧ）に入力される。ＦＴＧ
は、ストロボ発光トリガパルスであり、システムコント
ロール回路より発生し、ストロボ光発光装置に入力され
る。この立上がりで発光する。ＩＲＳは、ストロボ光積
分回路リセットパルスであり、システムコントロール回
路より発生し、ストロボ光積分回路に入力される。Ｈで
リセット（クリア）される。

【００２２】尚、上記の記号で頭にＸが付くものは負極
性のパルスを示していて、固体撮像素子（ＣＣＤ）に供
給される場合、反転して入力される。図３のｂ点まで
は、通常の動作モード（例えば通常のビデオ動作）で固
体撮像素子（ＣＣＤ）は駆動されている。次のフィール
ド（ｂ点以降）から本露光の準備に入る。露光の前には
先ず垂直転送路（ＶＣＣＤ）の掃き出しを行うことにな
る。

【００２３】通常の動作モードでは、ｃ点でゲートに対
する読出し用のＸＳＧパルス（ＸＳＧ１，２のこと。こ
れについては図５で後述する）が出力され、ゲートが開
き、フォトセンサに蓄積された電荷は垂直転送路（ＶＣ
ＣＤ）に読出されるが、露光前最低１フィールド以内
（１垂直走査期間、１画面分の電荷をＣＣＤの外に読出
し終わるまでの期間）ではＸＳＧパルスが出ないように
する（垂直転送路の掃き出しを高速で行う場合はこの限
りではない）。これは露光が始まる前に垂直転送路に電
荷が無い（または極力少ない）状態にしておくためであ
る。ＸＳＧパルスはその制御信号であるＳＧＯＦにより
制御でき、ＳＧＯＦがＬのときには出力されない（ＣＣ
Ｄに入力されない）ようになっている。本チャートでは
ａ点（付近）からＳＧＯＦがＬになっているので、ｃ点
ではＸＳＧパルスは出力されない。

【００２４】ｄ点からは通常の電荷転送が始まるが、Ｘ
ＳＧパルスが出力されていないため、フォトセンサの電
荷は読出されておらず、垂直転送路の空送り、すなわち
垂直転送路の不要電荷の掃き出しを行うことになる。こ
の図では１水平ブランキング期間に１ラインしか転送し
ていないが、例えば４ライン転送すれば同じ時間で４回
掃き出しができることになる。もちろんそれ以外の回数
でも可能である。

【００２５】少なくとも１回（１画面分）の不要電荷掃
き出しが終わった後、ＰＧパルス（ＸＰＧ）と撮像素子
駆動回路（ＴＧ）及び同期信号発生回路（ＳＳＧ）との
同期をとる（これをＶリセットと呼ぶ）。尚、同期をと
るタイミングは掃き出しの前でもよい。これは磁気ディ
スクの回転と撮像素子駆動回路（ＴＧ）及び同期信号発
生回路（ＳＳＧ）との同期をとることを意味する。

【００２６】ＴＧはＳＳＧに同期して動作しているの
で、ＸＰＧとＳＳＧとの同期をとればＴＧとも同期がと
れることになる。このため、ＸＰＧの立下がりから４Ｈ
（１Ｈ＝１水平走査期間）後にＳＳＧリセットパルス
（ＸＶＩＮＴ）が立下がり、この立下がりからＶドライ
ブパルス（ＸＶＤ）が出力される（立下がる）ように、
ＸＶＩＮＴによりＳＳＧがリセットされる（ｆ点）。こ
のときに本チャートに示すようにＨドライブパルス（Ｘ
ＨＤ）などのＨ系のパルスも当然であるがリセットされ
る。これにより、これ以降磁気ディスクの回転とＴＧと
の同期がとれたことになる。

【００２７】複合同期信号（ＣＳＹＮＣ）における垂直
同期信号（ＶＳＹＮＣ）の立下がりはＸＶＤの立下がり
から３Ｈ後なので、ＸＰＧの立下がりから７Ｈ後にＶＳ
ＹＮＣが出力されることになり、それが維持されること
になる。ＳＳＧリセットパルス（ＸＶＩＮＴ）はその制
御信号であるＶＩＯＮにより制御ができ、ＶＩＯＮがＸ
ＰＧの立下がりより前にＬになっているときにＸＶＩＮ
Ｔが出力される。Ｈのときは出力されない。また、ＶＩ
ＯＮは４Ｈのパルス幅があるが、パルス幅は特に４Ｈで
ある必要はなく、ＳＳＧをリセットするのに充分なパル
ス幅があればよい。また、ＸＰＧからＶＳＹＮＣまでは
必ずしも７Ｈでなくてもよい。ＶＩＯＮはＸＶＩＮＴが
Ｈになってから後にＨにする。

【００２８】Ｖリセットは一度行えばしばらくの間は同
期した状態を維持できるので、１回の露光動作の中で何
度も行う必要はなく、露光動作の初期のうちに一度行え
ばよい。また、メモリカードなどのような撮像素子駆動
系側と媒体側との同期をとる必要の無い記録媒体を使用
する場合はＶリセットは必ずしも行う必要はない。任意
のタイミングで露光を行うには、モード切換え信号ＶＳ
ＭをＨにして、スチルモードにする必要がある。これに
より任意のタイミングで露光を行えるようになる。Ｈに
するタイミングは露光開始前の適当なときにＨにしてお
けばよい（ＸＲＴＧが立下がる前であればよい）。本チ
ャートではｆ点の前にＨにしている。

【００２９】モード切換え信号ＶＳＭがＨのときには、
垂直ブランキング期間中の垂直転送路駆動パルスＸＶ１
〜ＸＶ４の波形がｇ点からｈ点の間のような波形に変わ
る。前のフィールドの信号はｇ点までに転送が終わって
いる。転送路中の不要電荷もｇ点までには掃き出し終わ
っている。ｈ点では通常では撮像素子駆動回路（ＴＧ）
よりゲートに対する読出し用のＸＳＧパルスが出力され
るが、ここでのＳＧＯＦがＬになっているので出力され
ない。

【００３０】ｈ点以降、任意のタイミングで撮像素子駆
動回路（ＴＧ）への露光開始トリガパルスＸＲＴＧを立
下げることにより露光を開始する（ｉ点）。このＸＲＴ
Ｇの立下がりで撮像素子駆動回路（ＴＧ）より電荷掃き
捨て用のＸＳＵＢが１発出力され、ＸＳＵＢの立上がり
から露光が開始される。ＸＳＵＢがＬのときにフォトセ
ンサの電荷は排出されてクリアされ、立上がりと同時に
電荷の蓄積が始まる。これ以前においてＸＳＵＢは１Ｈ
周期で出力されているが、これ以降は出力されず、フォ
トセンサでの電荷の蓄積が開始される。これ以降、垂直
転送路駆動パルスＸＶ１〜ＸＶ４は適当なタイミング
（例えばＸＲＴＧの立下がりと同時。本チャートではＸ
ＲＴＧが立下がってから後最初にくるＸＨＤのタイミン
グ）で転送動作を止め、フォトセンサからの電荷をいつ
でも垂直転送路に転送（露光を終了）（もちろん開始
も）できる状態（仮に待機状態と呼ぶ）になる。

【００３１】適当な露光量に達したところで露光を終了
させるためには、撮像素子駆動回路（ＴＧ）への露光終
了トリガパルスＸＭＴＧを立下げる（ｊ点）。このＸＭ
ＴＧの立下がりで撮像素子駆動回路（ＴＧ）よりゲート
に対する読出し用のＸＳＧが発生し、フォトセンサに蓄
積された電荷を垂直転送路に移動させて露光を終了す
る。正確にはＸＳＧの立上がりで露光が終了する（ＸＲ
ＴＧの立上がりでＸＳＧを出力する方法もあるが、本チ
ャートには示していない）。露光時間はΔｔ₁となる。
露光終了トリガパルスＸＭＴＧの立上げはＸＳＵＢが出
力されるのに必要なパルス幅があればよく、撮像素子駆
動回路（ＴＧ）に供給されている基準クロックの数クロ
ック分以上あればよい。実際はシステムコントロール回
路から出力されるので、システムコントロール回路側で
都合のよいパルス幅を決めればよい。

【００３２】露光スタートのタイミングを決める掃き捨
て用のＸＳＵＢ、露光終了のタイミングを決める読出し
用のＸＳＧ共に任意のタイミングで出力させることがで
きるので、露光時間は無段階に可変させることができ
る。また、露光時間に制約がないので、超高速シャッタ
ー（１／数万〜数十万sec ）を切ることも可能である。
通常の露光の場合（露光を１回で終わる場合）は、この
後最初にくる垂直同期信号（ＶＳＹＮＣ）に合わせて電
荷を読出していくことになる。この場合、露光開始トリ
ガパルスＸＲＴＧはその前に立上げておく必要がある
（例えばＸＶＤの立下がりより前）。ＸＲＴＧをＬのま
まにしておけば待機状態を維持し続けるので、１／60se
c 以上の長時間露光も可能である。待機状態では垂直同
期信号（ＶＳＹＮＣ）がきても読出し動作を行わない。
記録媒体がメモリカードのような同期信号に無関係に記
録できるような場合は、露光終了後すぐに信号を読出す
ことも可能である。

【００３３】多重露光を行う場合は、フォトセンサから
一度電荷を読出した後（垂直転送路に電荷を移した
後）、すなわち１回露光を終了した後（ｊ点以降）、次
の露光を開始するまでに、フォトセンサに蓄積した電荷
を掃き捨てておく必要がある。露光開始トリガパルスＸ
ＲＴＧを一旦Ｈにしてから、Ｌにすると（ｋ点）、掃き
捨て用のＸＳＵＢが再び１発出力され、それまでに（垂
直転送路に電荷を移した後）（ｊ点からｋ点までの間）
フォトセンサに蓄積された電荷を排出する。このＸＳＵ
Ｂの立上がりから次の露光が開始される。

【００３４】露光終了は前の露光と同様である。すなわ
ち、露光終了トリガパルスＸＭＴＧを立下げて、読出し
用のＸＳＧを出力させることにより行う（ｌ点）。露光
期間はΔｔ₂となる。このＸＳＧによりフォトセンサか
ら読出された電荷は垂直転送路で加算される。露光開始
トリガパルスＸＲＴＧがＬの間は（すなわち垂直転送路
駆動パルスＸＶ１〜ＸＶ４が待機状態であれば）、何回
でも同様にして露光を行うことができ、垂直転送路で電
荷を加算していくことにより、多重露光が可能になる。

【００３５】尚、露光開始トリガパルスＸＲＴＧの変化
が垂直同期信号付近で行われた場合、誤って読出し動作
が始まらないように、多重露光を行うときは多重露光モ
ードにしておく（但し、これは本チャートには示してい
ない）。また、図６に示すように、２回目以降は、露光
開始トリガパルスＸＲＴＧを利用せず、立下がりで掃き
捨て用のＸＳＵＢを１回出力させるだけの別の露光開始
トリガパルスＸＵＴＧを、システムコントロール回路よ
り発生させて撮像素子駆動回路（ＴＧ）に入力するよう
にし、これを利用してフォトセンサの電荷排出を行わせ
ることもできる。この場合、１回目の露光はＸＲＴＧに
より開始し、ＸＭＴＧで露光を終了するが、２回目以降
はＸＵＴＧ（ＸＲＴＧでも可、また混在も可）により露
光を開始し、ＸＭＴＧにより露光を終了する。この方法
をとれば、多重露光モードを特に設定する必要はなくな
る。すなわち、垂直同期信号に無関係に多重露光を続け
ることができる。尚、図６には示されていないが、露光
開始を全てＸＵＴＧで行うことにより、制御をシンプル
にする方法もある。このときＸＲＴＧはその立下がりで
ＸＳＵＢは出力させず、ＸＶ１〜ＸＶ４を待機状態にす
るために使用される。このとき、ＸＲＴＧにＶＳＭの機
能を持たせ、ＶＳＭの操作を省くことにより、制御の煩
雑さを軽減させることもできる。

【００３６】さらに、図９に示すように、制御を簡略化
するために通常露光をＸＭＴＧのみで行うことも可能で
ある。モードを変えることにより、ＸＭＴＧの立下がり
で掃き捨て用のＸＳＵＢを発生させることにより露光を
開始し、立上がりで読出し用のＸＳＧを発生させること
により露光を終わらせることができる。すなわち、ＸＭ
ＴＧのパルス幅で露光時間を制御しようとするものであ
る。ＸＭＴＧのみで露光を行うことができるので、制御
がシンプルになる。またこのときＸＳＵＢとＸＳＧとの
パルス幅を同じにしておけば、ＸＭＴＧのパルス幅が実
際の露光時間と同じになり、システムコントロール回路
でのパルスタイミングの計算が最小限で済む。待機状態
でこれを連続して行うことにより、多重露光をより容易
に行うことができる。

【００３７】ストロボ露光を行うときも同様である。図
３及び図４を参照し、待機状態の適当な時期にストロボ
発光トリガパルスＦＴＧによりストロボ装置を発光させ
る（例えばｎ点、待機状態であれば任意のタイミングで
発光させることができる）。ストロボ発光トリガパルス
ＦＴＧはシステムコントロール回路から出力される。露
光の終了はストロボ露光制御パルスＸＳＴＧの立下がり
により行われる。すなわち、ストロボ露光制御パルスＸ
ＳＴＧの立下がりで撮像素子駆動回路（ＴＧ）より読出
し用のＸＳＧが出力され、フォトセンサに蓄積された電
荷を垂直転送路に転送することにより露光が終了する
（ｐ点）。ストロボ露光制御パルスＸＳＴＧはストロボ
光積分回路から出力され、発光量が適正レベルになった
ときにＬになる。ストロボ露光制御パルスＸＳＴＧは誤
動作を避けるためストロボ装置が発光した場合（あるい
はストロボ発光中）にのみ有効（ＴＧで受付ける）とな
り、それ以外は無視される。

【００３８】通常露光と組合わせる場合には、露光開始
トリガパルスＸＲＴＧ（又はＸＵＴＧ）の立下がりから
ほぼ適正露光に達したところで発光させるようにする。
ストロボ装置を発光させた場合、露光終了のタイミング
を予め決めることができず、トータルの露光時間がばら
つくが、ストロボ装置による露光時間は通常露光の露光
時間と比べて無視できるほど短いので問題とならない。
露光時間は、例えば、Δｔ₂＋Δｔ₃＋Δｔ₄のように
なる。ｋ点からｐ点まで露光を行った場合、ｋ点からｎ
点までが通常露光、ｎ点からｐ点までがストロボ露光と
なる。このとき、ｌ点，ｏ点でＸＭＴＧ，ＸＲＴＧは変
化しなかったものとする。

【００３９】また、ストロボ光のみによる露光を行う場
合は、ストロボ光の発光直前（ｎ点の直前）で露光開始
トリガパルスＸＲＴＧ（又はＸＵＴＧ）により掃き捨て
用のＸＳＵＢを出力してフォトセンサの電荷の排出を行
っておけばよい（図４には示していない）。露光終了は
ストロボ露光制御パルスＸＳＴＧにより行う。この応用
としてストロボ光の全部ではなく、一部のみ利用した露
光も可能である。例えば露光開始トリガパルスＸＲＴＧ
を利用して（図４に示す）、ストロボ発光途中でフォト
センサに蓄積した電荷を掃き捨ててしまう。図４におい
て、ｏ点で露光開始トリガパルスＸＲＴＧを立下げて
（ＸＲＴＧはｍ点で立上がっている）、掃き捨て用のＸ
ＳＵＢを出力させ、ｎ点からｏ点までにフォトセンサに
蓄積された電荷をＸＳＵＢがＬの期間に掃き捨てて、Ｘ
ＳＵＢの立上がり（ｏ点）から露光を開始する。露光終
了は前述の場合と同様にストロボ露光制御パルスＸＳＴ
Ｇにより行う。このとき、ストロボ露光制御パルスＸＳ
ＴＧを発生するストロボ光積分回路は、露光開始トリガ
パルスＸＲＴＧにより出力された掃き捨て用のＸＳＵＢ
の立上がり（ｏ点）に同期して、積分を開始するように
なっていて、ｏ点から適正光量に達したときに（この場
合ｐ点で）、ストロボ露光制御パルスＸＳＴＧを出力す
る。この場合、図４のストロボ発光強度を示す曲線にお
いて斜線の部分の光量を利用したことになる。露光時間
はΔｔ₄となる。ストロボ装置やストロボ光積分回路の
制御はシステムコントロール回路により行われる。スト
ロボ光積分回路はストロボ光の発光終了後すぐに（又は
ストロボ光の発光後あるいは発光終了後、一定時間経過
時に）、システムコントロール回路からの積分回路リセ
ットパルスＩＲＳにより初期状態にリセットされ、次の
発光に備える。もしストロボ光の発光中にストロボ光積
分回路よりストロボ露光制御パルスＸＳＴＧが出力され
なかった場合は、読出し用のＸＳＧが出力されず、露光
が終了しないので、積分回路リセットパルスＩＲＳの立
上がり又は立下がりでＸＳＧを出力し露光を終わらせ
る。

【００４０】また、別の方法としてＸＵＴＧを使う方法
がある。これを図７に示す。露光開始トリガパルスＸＵ
ＴＧによって掃き捨て用のＸＳＵＢが出力されるが、ス
トロボ露光時にはこのパルス幅が広がるようになってい
る。このＸＳＵＢの立下がりでストロボを発光させる
（ａ点）。発光してしばらくの間はＸＳＵＢはＬなので
フォトセンサに電荷は蓄積されない。発光強度のピーク
前後でＸＳＵＢが立上がり（ｂ点）、ここからフォトセ
ンサの電荷蓄積が開始され、露光が開始する。同時に積
分回路制御パルスＩＡＴがＨになって、ストロボ光積分
回路がＯＮし、積分を開始する。尚、積分回路制御パル
スＩＡＴは、システムコントロール回路より発生して、
ストロボ光積分回路に入力されるもので、ＨでＯＮ、Ｌ
でＯＦＦ（リセット）となる。適正露光量になったとこ
ろでストロボ光積分回路よりストロボ露光制御パルスＸ
ＳＴＧが出力され、露光が終了する（ｃ点）。ここの部
分は前の方法と同じである。この後、発光が終わると、
積分回路制御パルスＩＡＴがＬとなり、ストロボ光積分
回路がＯＦＦする（ｄ点）。ストロボ光積分回路がＯＮ
のときにストロボ露光制御パルスＸＳＴＧが出力されな
かった場合、掃き捨て用のＸＳＵＢが出力されず露光が
終わらないので、積分回路制御パルスＩＡＴの立下がり
で掃き捨て用のＸＳＵＢを出力し、露光を終わらせる。
ストロボ光積分回路がＯＦＦの間はリセットされた状態
にあり、入射光の積分は行われない。積分回路制御パル
スＩＡＴを利用すると、Ｈ、Ｌで積分回路のＯＮ／ＯＦ
Ｆを制御することができるので、連続して露光を行う場
合の制御がシンプルになる。ＸＳＵＢのパルス幅はスト
ロボ装置の発光開始初期の立上がりの急峻な部分の時間
に設定するのが望ましいが、必ずしも厳密に行うことは
なく、途中までとか、ピークより後までとしても充分な
効果を期待できる。この時間は使用するストロボ装置に
より異なるので、パルス幅は外部から可変できるように
なっている。ＸＳＵＢのパルス幅はシステムコントロー
ル回路からの制御によりストロボ発光指令が出たときに
変化する（広がる）。また、この場合のＸＳＵＢは、図
８に示すように（ａ点〜ｂ点の間）、１つのパルスでは
なく、複数個の連続したパルスでもよい。例えばパルス
幅は通常のＸＳＵＢと同じで（別に異なってもよいが同
じ方が回路設計が容易）、それを短い間隔（例えば１〜
２μsec 以下）で出力する。この場合は、パルスの数を
変えることで前の例のパルス幅を変えることとほぼ同じ
効果が容易に得られる。ストロボ発光のタイミングはＸ
ＳＵＢパルス列の最初のパルスの立下がり又は立上がり
で発光する。

【００４１】ストロボ光は発光してから時間の変化と共
に色温度が変わる。従って、ストロボ光の一部分を選択
して使った方が色再現に与える影響を小さくすることが
できる。一般にピークを境に前半部分は高く、後半部分
はそれに比べ低い。従って、例えば後半部分だけを使用
した方が色再現に関係する回路の設計が容易になり、結
果としてストロボ使用時の色再現をよくすることができ
る。図４の例ではピークより後半の部分を使用してい
る。

【００４２】また、ストロボ光の発光時間は数十〜数百
μsec と短く、これに対して読出し用のＸＳＧパルスの
パルス幅は最小でも２μsec 前後であり、ストロボ光の
発光時間に対して無視できない場合がある。ストロボ発
光強度特性は図４に示すような波形をしており、特にス
トロボ発光前半の立上がりが急峻な部分では影響が大き
く、この部分で露光を終わらせるようにすると、誤差を
生じやすい（露光オーバーになりやすい）。また、スト
ロボ発光強度が大きいときにフォトセンサから垂直転送
路（ＶＣＣＤ）に電荷を転送すると、転送中にも発生し
続けている電荷がＶＣＣＤに大量に流れ込み、ＶＣＣＤ
内で電荷がオーバーフローを起こし、画面上で縦長の輝
線となり、画質を劣化させていた。これらの点からは図
４に示すように発光前半は無視し、後半のみを使用する
ようにした方が、露光制御誤差を最小限にすることがで
きると共に、画質劣化も最小限にすることができる。

【００４３】連続してストロボ露光を行うためには、待
機状態において、次の例１又は例２を実行する。例１：（１）先ずシステムコントロール回路からトリガ信号を
出力しストロボを発光させる。

【００４４】（２）露光開始トリガパルスＸＲＴＧを適
当なタイミングでシステムコントロール回路から出力
し、掃き捨て用のＸＳＵＢを発生させてフォトセンサを
クリアし（このときシステムコントロール回路により積
分回路もクリアされる）、ＸＳＵＢの立上がりから露光
を開始する。同時にストロボ光積分回路も積分を開始す
る。尚、（１）と（２）は逆の場合もある。

【００４５】（３）適正露光量に達したところでストロ
ボ光積分回路がストロボ露光制御パルスＸＳＴＧを出力
し、読出し用のＸＳＧ（ＸＳＧ１，２はどちらか一方か
又は両方同時）を発生させることにより露光を終了す
る。（４）ストロボ光発光終了後一定時間経過の後、ストロ
ボ光積分回路はシステムコントロール回路からのリセッ
トパルスＩＲＳによりリセット（クリア）され、次の発
光に備える。

【００４６】（５）（１）〜（４）までを繰り返すこと
により、連続ストロボ露光を行う。例２：（１）先ずシステムコントロール回路からトリガ信号を
出力し、露光開始トリガパルスＸＵＴＧを立下げ、スト
ロボを発光させる。（２）適当なタイミングで掃き捨て用のＸＳＵＢ、積分
回路制御パルスのＩＡＴが立上がり、露光及び積分が開
始される。

【００４７】（３）適正露光量に達したところでストロ
ボ光積分回路がストロボ露光制御パルスＸＳＴＧを出力
し、読出し用のＸＳＧ（ＸＳＧ１，２はどちらか一方か
又は両方同時）を発生させることにより露光を終了す
る。（４）ストロボ光発光終了後、ＸＵＴＧが立下がり後、
ストロボ光積分回路がリセット（クリア）状態になり、
次の発光に備える。

【００４８】（５）（１）〜（４）までを繰り返すこと
により、連続ストロボ露光を行う。垂直転送路に読出されて加算された信号電荷を外部に読
出すには、先ず露光開始トリガパルスＸＲＴＧをＨにす
る（例えば図４のｍ点で）。ＸＲＴＧがＨになると、次
にくる最初の垂直ブランキング期間から信号の読出しを
開始する。磁気ディスクに記録するシステムの場合、Ｐ
Ｇ信号（ＸＰＧ）より前（図４のｑ点より前）にＸＲＴ
ＧをＨにする。ＸＰＧが来たときＸＲＴＧがＨであれ
ば、ＸＰＧの立下がりから記録ゲートパルスＲＧが出力
される。ＲＧは次のＸＰＧの立下がりまでＨを維持し、
この間（ＲＧがＨの期間、図４のｑ点〜ｕ点）に信号を
磁気ディスクに記録する。磁気ディスクに記録しない場
合はこの限りではなく、垂直ブランキングパルスが来る
前（図４のｒ点より前）にＨにすればよい。外部への信
号電荷読出しは、図４のｔ点より開始される。ＸＲＴＧ
がＬになってから読出し用のＸＳＧが１回も出なかった
場合に図４のｓ点でＸＳＧが出力され露光の終了を強制
的に行う。信号読出しは、１フィールド（又は１フレー
ム）分の電荷を読出した後、終了する。

【００４９】図５にＸＳＧ１，２を拡大した波形を示
す。通常のビデオ動作の場合、ＸＳＧ１はｂの位置に、
ＸＳＧ２はｃの位置に出力される。すなわち、両パルス
の間には時間差がある。ＸＳＧ１は奇数ライン、ＸＳＧ
２は偶数ライン（あるいはその逆）のフォトセンサの電
荷を垂直転送路（ＶＣＣＤ）に読出し、ＶＣＣＤ内でこ
れらを加算し、その後転送している。通常のビデオ動作
の場合は問題がないが、ストロボ露光や露光時間が短く
なった場合、問題となってくる。ストロボ露光の場合は
発光時間が短く、ＸＳＧのパルス幅でさえ問題になるの
で、ＸＳＧ１，２間に時間差があった場合、上下（奇数
偶数）のフォトセンサ間で信号レベルに大きな差が生
じ、正確な信号出力が得られない。また、露光時間が短
くなった場合であるが、露光開始は掃き捨て用のＸＳＵ
Ｂにより全フォトセンサ同時に露光がスタートするの
で、露光時間が短くなると、相対的にＸＳＧ１，２間の
差による誤差が大きくなり、ストロボ露光の場合と同様
な結果となる。これらの問題を解決するために、上記の
ような場合、ＸＳＧ１，２を同じタイミングで出力する
ようにする。図５ではｃのところに同時に出力するよう
にしている。図３、図４ではＸＳＧ１，２とも同じタイ
ミング出力されている。これはＸＳＧ１とＸＳＧ２とが
同相か異相かを切換えるモード信号により同相が選択さ
れているからである。また、ＶＳＭのＨを選択すること
により、すでに同相が選択されている。ＶＳＭがＨのと
き以外でもストロボ露光を行うことが可能であるが（ス
トロボモードにしたとき）、このときもこのモードを選
択することにより自動的に同相になるようになってい
る。又はもっとシンプルに、ＸＭＴＧ、ＸＳＴＧによる
ＸＳＧは同相しか出ないようにすることも可能である。
図５のａの位置のパルスはストロボ露光制御を行ったと
きのＸＳＧ１，２を示している。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、任
意のタイミングでフォトセンサの電荷の排出、読出しを
制御することにより露光時間を可変でき、垂直転送路で
電荷を加算することにより、外部にメモリ回路などを付
加することなく、しかも簡単な方法で、通常露光、スト
ロボ露光の多重露光を実現することができる。

【００５１】また、ストロボ露光に際し、ストロボ光の
一部を選択して利用することにより、露光制御誤差を最
小限にすることができると共に、画質劣化も最小限にす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すシステムのブロック
図

【図２】固体撮像素子の構造図

【図３】動作タイミングの一例を示すタイミングチャ
ート

【図４】図３の続きを示すタイミングチャート

【図５】ＸＳＧ１，２を拡大した波形を示すタイミン
グチャート

【図６】他の例を示すタイミングチャート

【図７】他の例を示すタイミングチャート

【図８】他の例を示すタイミングチャート

【図９】他の例を示すタイミングチャート

【符号の説明】

１光学系２絞り３固体撮像素子（ＣＣＤ）４撮像素子駆動回路（ＴＧ）５同期信号発生回路（ＳＳＧ）６信号処理回路７記録媒体（磁気ディスク）８ストロボ装置９ストロボ光積分回路 10 システムコントロール回路 31 フォトセンサ 32 垂直転送路 33 水平転送路 34 出力アンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画素毎に設けられて光電変換を行うフォト
センサ、該フォトセンサのそれぞれに対応して設けられ
て該フォトセンサに蓄積された電荷を転送するゲート、
画素列毎に設けられて該ゲートを通って転送されてきた
電荷を垂直方向に転送する垂直転送路、該垂直転送路か
ら転送されてきた電荷を水平方向に転送する水平転送
路、及び、該水平転送路から転送されてきた電荷を電圧
に変換して外部に出力する出力アンプより構成される固
体撮像素子を備えると共に、ストロボ光を発光するスト
ロボ装置と、該ストロボ装置の発光量を検出するストロ
ボ光積分回路とを備える静止画撮像装置において、最初の露光の前に垂直転送路の不要電荷を掃き出す手段
と、任意のタイミングでフォトセンサの電荷を掃き捨てて露
光を開始する手段と、任意のタイミングでフォトセンサの電荷をゲートを介し
垂直転送路に読出して露光を終了する手段と、任意のタイミングでストロボ装置を発光させる手段と、ストロボ光積分回路からの信号に基づいてフォトセンサ
の電荷をゲートを介し垂直転送路に読出して露光を終了
する手段と、１〜複数回の露光終了後に垂直転送路内で加算された信
号電荷を外部に読出す手段と、を設けたことを特徴とする静止画撮像装置。
【請求項２】ストロボ装置の発光中にフォトセンサの電
荷を掃き捨てて露光を開始することにより、ストロボ光
の一部を利用することを特徴とする請求項１記載の静止
画撮像装置。