JPH0671323B2 - 露光制御機能を有する固体撮像素子駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は固体撮像素子駆動装置に関し、更に詳しくは、
ストロボ発光時に正確な露光の調整を行うことができる
ような露光制御機能を有する固体撮像素子駆動装置に関
する。

（発明の背景） CCD等の固体撮像素子が電子スチルビデオカメラの受光
素子として用いられている。この種の電子スチルビデオ
カメラは、画像情報を電気信号に変換し、更に、磁気デ
ィスク等の情報記録媒体に記憶させている。従って、銀
塩フィルムカメラと異なり、現像が不要であり、しか
も、画像情報を遠隔地に転送することができる等のメリ
ットがある。

この種の電子スチルビデオカメラを用いて、ストロボを
発光させて被写体を撮像する場合、露光量を高精度にコ
ントロールする必要がある。その理由はCCDの場合、少
しでも露光量が最適量より増えると画像の明部が白くと
び、逆に少しでも露光量が最適量より減ると画像の暗部
が黒くつぶれてしまう。従来の銀塩フィルムの場合、多
少露出が最適値よりずれても現像時又は焼き付け時に補
正することができる。従って、従来のスチルカメラの場
合、 ガイドナンバ＝距離×絞り の式に基づいて、先ずオートフォーカス（自動焦点調
整）により被写体までの距離を求め、その後上式から絞
りを求めることで、露光制御を比較的簡単に行うことが
できた（フラッシュマチック制御という）。しかも、距
離の段数も∞（無限遠）〜1mまでを８段程度に設定すれ
ばよかった。

受光素子としてCCDを用いた電子スチルビデオカメラの
場合は、前述したようにフラッシュマチック制御ではCC
Dのラチチュードが狭いため最適露光制御は不可能であ
る。そこで、電子スチルビデオカメラの場合には露光を
高精度にコントロールする必要がある。例えば、調光ス
トロボを用いてストロボの発光量をコントロールするこ
とが行われる。

第８図は、従来の電子スチルビデオカメラの露光制御シ
ステムの構成例を示す図である。トリガ（発光スタート
信号）が発光制御部１に入ると、該発光制御部１はスト
ロボ２を発光させる。ストロボ２の発光により、被写体
３は照射され、該被写体２の反射光は受光レンズ４を介
して受光素子５に入射する。積分回路６はストロボ発光
と同時に受光素子５の光電変換出力を積分する。積分回
路６の出力が、CCDの感度と選択された絞りから決定さ
れる調光レベルに達すると、コンパレータ７は発光制御
部１にストップ信号を印加する。これにより、該発光制
御部１はストロボ２の発光動作を停止させる。

第９図は、このときのストロボ発光量の変換特性を示す
図である。図において、縦軸はストロボ発光量、横軸は
時間ｔである。時刻t₁においてトリガが印加され、図に
示すようにストロボ発光量が急激に増加する。そして、
時刻t_Sにおいて積分回路６の積分値が調光レベルに達す
ると、ストロボ２の発光は停止する。この間の斜線領域
が実際の発光量となる。図の破線はフル発光時のストロ
ボの発光曲線である。フル発光時の発光量がゼロになる
時刻をt₂とすると、t₂がt_Sよりも遅ければよく、カメラ
によって一定時間（例えば1/60秒）に設定されている。
そして、t₁〜t₂が積分回路６の最大積分時間となる。

又、光センサ部，転送部，光センサ部の蓄積電荷を転送
部に移動させるためのゲート部を有する固体撮像素子に
おいて、ゲート部を導通状態とする時期を可変にして、
適正露光量となった時点でゲート部にゲートパルスを与
えて導通状態として光センサ部の蓄積電荷を読出すこと
により露光調整を行う方法もある。

（発明が解決しようとする問題点） ストロボとしては、例えばキセノン管が用いられてお
り、第９図に示すように、ストロボ２の発光を途中で停
止させるような制御を行わせようとすると、発光制御部
１の回路構成が極めて複雑なものとなり、発光停止信号
の出力から実際に発光停止するまでの時間のずれが生じ
る。そのため、ストロボの発光途中でストロボ発光を精
度よくオフすることは困難であり、特に発光の立ち上が
り部で、ストロボ発光を精度よくオフすることは極めて
困難であった。その結果、自動調光ストロボを使用した
場合でも、特に近距離で絞りを解放にしたストロボ撮影
においては、できあがった画像が白く飛んでしまってい
ることがよくあった。又、複雑な回路構成のため、シス
テムが大きくなり、装置がコスト高になるという問題点
もあった。

又、光センサ部，ゲート部，転送部を有する固体撮像素
子においてゲート部に与えるパルスのタイミングを変え
ることで露光調整を行う方法では、適正露光量となった
時点でゲート部を導通状態にするためのパルスを与えて
いる。しかしながら、実際の露光はこのパルスの立ち下
がり（パルスは正極性）まで続いてしまう（このパルス
の期間で光センサ部の蓄積電荷を移動させるため、パル
ス幅をあまり狭くできない）ため、特にストロボ発光の
立ち上がりの急峻な部分では正確な露光調整ができず露
出がオーバーになるという問題点もあった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであって、
その目的は、ストロボ発光時に正確な露光の調整をする
ことができるような露光制御機能を有する固体撮像素子
駆動装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 前記した問題点を解決する本発明は、受光することによ
り電荷を発生する光センサ部と、この光センサ部で発生
した電荷を垂直に転送する垂直転送部と、この垂直転送
部からの電荷を外部に出力する水平転送部と、前記光セ
ンサ部と垂直転送部との間に配置され、導通状態若しく
は非導通状態のいずれかの状態に切換えられるゲート部
とを備えた固体撮像素子を駆動してストロボ撮影を行わ
せる固体撮像素子駆動装置であって、光センサ部に蓄え
られた電荷を垂直転送部に転送してから露光を開始させ
る露光開始手段と、予め定められたシャッタ速度に基づ
き所定時間経過後にストロボ発光を指示するストロボ発
光指示手段と、前記ストロボ発光指示手段のストロボの
指示と略同時に上記ゲート部を導通状態にさせ、適正露
光となった時点でゲート部を非導通状態にさせる露光終
了手段とを具備し、光センサ部に蓄積された電荷の転送
が終了する時期を調整することにより露光調整を行うこ
とことを特徴とするものである。

（作用） 固体撮像素子の光センサ部の露光を開始してから所定時
間経過後にストロボを発光させ、ストロボ発光開始と略
同時にゲート部を導通状態として光センサ部に蓄積され
た電荷を転送部に移動させる。露光量が所定値に達した
時点でゲート部を非導通状態とする。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。

第１図は本発明の実施例の構成の一例を示すブロック図
である。図において、２はストロボ、10は固体撮像素
子、11は受光すると電荷を蓄える固体撮像素子の光セン
サ部、12は光センサ部で生じた電荷を後述する垂直転送
部に移動させるために外部から与えられるパルスで導通
／非導通と切換わるゲート部、13はゲート部12を通過し
た光センサ部11の蓄積電荷を垂直方向に転送する垂直転
送部、14は垂直転送部13から転送された電荷を水平方向
に転送し出力信号として出力する水平転送部、15は光セ
ンサ部11が露光を開始する際にそれまでに蓄積された不
要な電荷を掃き出すための掃き出しドレインである。16
は固体撮像素子10の垂直，水平転送部及びゲート部のそ
れぞれに駆動用の信号を与える撮像素子駆動回路、17は
露光量を測定しこの測光値をシステムコントロール回路
及び撮像素子駆動回路に与える測光回路、18は各部を制
御するためのシステムコントロール回路、19は固体撮像
素子10の出力信号を信号処理して記録部へ与える信号処
理回路、20は信号処理回路19から与えられる信号をディ
スク等の媒体に記録する記録部である。

第２図は本発明の動作を示すフローチャートである。本
発明では、光センサ部，ゲート部及び転送部を備えた固
体撮像素子を駆動する方法において、光センサ部で露光
を開始し（ステップ）、所定時間経過後にストロボを
発光させると同時にゲート部を導通させて光センサ部の
蓄積電荷を転送部に移動させ（ステップ）、露光量が
所定の値になるかを監視し（ステップ）、露光量が所
定の値になった時点で、ゲート部を非導通にして光セン
サ部の蓄積電荷の移動を中止させて露光を終了する（ス
テップ）ことを特徴としている。

第３図は本発明の駆動装置により固体撮像素子を駆動す
る際の駆動信号の詳細を示すタイミングチャートであ
る。このタイミングチャートにおいて、トリガパルス1,
2及びφV1〜φV4は撮像素子駆動回路16で作成される。
このうち、トリガパルス１は通常光による露光時間を設
定するためのパルス、トリガパルス２はストロボ光によ
る露光が適正になった時にシステムコントロール回路18
から与えられる露光コントロール信号を波形整形したパ
ルスである。撮像素子駆動回路16はφV1〜φV4までの転
送パルスを作成し、これら転送パルスを転送部及びゲー
ト部に印加して、光センサ部11からゲート12を介して垂
直転送部13への転送と、垂直転送部13から掃き出しドレ
イン15又は水平転送部14への転送を行う。実際には、光
センサ部11からゲート12を介して垂直転送部13への電荷
転送はφV1とφV3のみによって行い、垂直転送部13から
掃き出しドレイン15又は水平転送部14への転送はφV1〜
φV4により行う。転送パルスφV1とφV3のＨレベルまで
振幅のある第1SGパルスと第2SGパルスがゲート部12を導
通状態にするためのゲートパルスである。

このタイミングチャートを用いて、固体撮像素子駆動装
置の動作を説明する。転送パルスφV1とφV3の第1SGパ
ルスによりゲート部12は導通状態となり、それまで光セ
ンサ部11に蓄積された電荷は垂直転送部13に移される。
この電荷はφV1〜φV4の高速転送パルスにより第2SGパ
ルスが印加されるまでに掃き出しドレイン15に掃き出さ
れる。ゲート部12が非導通状態になった時、即ち、第1S
Gパルスの立ち下がりから光センサ部は受光により電荷
を発生し、蓄積し続けている。φV1とφV3の第2SGパル
スが印加されると、ゲート部12は導通状態になり、光セ
ンサ部11に蓄積された電荷は垂直転送部13に移される。
即ち、第1SGパルスの立ち下がりから第2SGパルスの立ち
下がりまでが露光時間であり、SG2の立ち下がりの時刻
を制御することにより露光量の精密な制御が可能にな
る。そして、φV1〜φV4のパルスにより垂直転送部のパ
ルスは水平転送部に移され、外部に出力される。

第４図は第2SGパルス及びストロボ光量の関係を示した
タイミングチャートである。図において、（イ）はスト
ロボ発光強度の時間変化を示し、（ロ）〜（ホ）はゲー
トパルスSG2の一例を示している。尚、ストロボ発光時
間Ｔは数十μ秒〜数百μ秒である。ストロボが（イ）に
示すように発光した際に、（ロ），（ハ）は発光開始t₁
と同時に第2SGパルスを発生させてゲートを導通状態に
する。露光量がt₃で適正になった場合は（ロ）に示すよ
うにt₃で第2SGパルスを立ち下がるようにして、光セン
サ部11から垂直転送部13への電荷の移動が終るようにし
て露光を終了させる。又、露光量がt₅で適正になった場
合は（ハ）に示すようにt₅で第2SGパルスが立ち下がる
ようにして、露光を終了させる。このように、第2SGパ
ルスのパルス幅を変えて適正露光となった時点で第2SG
パルスが立ち下がるよう制御することで、ストロボ露光
時の適正露光を正確に得ることができる。

上記、（ロ），（ハ）に示すようにストロボ発光開始と
同時に第2SGパルスを立ち上がらせた場合にこの直後に
適正露光に達すると、第2SGパルスは十分にパルス幅が
得られない可能性がある。そのような時は（ニ）に示す
ように、ストロボ発光開始時t₁より以前のt₀で第2SGパ
ルスを立ち上がらせるようにすると良い。これにより、
t₁直後のt₂で適正露光となっても第2SGパルスは十分に
パルス幅が得られる。

又、第４図（ホ）に示すように、ストロボ発光後一定時
間経過してから（例えば発光ピーク後，適正露光の80％
時点等）第2SGパルスを立ち上がらせることもでき、立
ち下がりを適正露光時とすれば、同様の効果が得られ
る。

第５図は発光時間の短いストロボと第2SGパルスとを示
したタイミングチャートである。（ロ），（ハ）に示す
ようにストロボ発光以前に第2SGパルスを立ち上がらせ
ているため、正確に露光調節をすることができる。

第６図は撮像素子駆動回路のSGパルスを発生する部分の
ブロック図である。

図において、21は略露光時間に相当するトリガパルス１
の立ち上がりを検出する立ち上がり検出回路、22は立ち
上がり検出回路21で検出された立ち上がりの後に第1SG
パルスを発生する第1SGパルス発生回路、23はをトリガ
パルス１の立ち下がりを検出する立ち下がり検出回路、
24は上記立ち下がり検出回路で検出されたトリガパルス
１の立ち下がり直後に第2SGパルスを立ち上げる第2SGパ
ルス立ち上げ回路、25は露光量が適正になった時にシス
テムコントロール回路18から与えられる露光コントロー
ル信号を波形整形したトリガパルス２の立ち上がりを検
出する立ち上がり検出回路、26は上記立ち上がり検出回
路25で検出された立ち上がりにより第2SGパルスを立ち
下げる第2SGパルス立ち下げ回路、27は上記第1SGパルス
発生回路22,第2SGパルス立ち上げ回路24,第2SGパルス立
ち下げ回路26からの指示に基づき、第1SGパルス及び第2
SGパルスを発生するφSGデコーダ、28は上記立ち下がり
検出回路23で検出されたトリガパルス１の立ち下がりと
同時にストロボ発光のためのストロボコントロール信号
を発生するストロボコントロールパルス発生回路であ
る。

このような回路により、第1SGパルス，パルス幅が適正
露光量に基づき可変の第2SGパルスを発生することがで
きる。従って、適正露光量に達すると同時に露光が終了
するため、本発明によるストロボ発光時の露光調整は、
従来の露光調整に比べて極めて正確であるという特徴を
有している。

尚、上記した説明では第４図（ロ），（ハ）に示したよ
うに第2SGパルスの立ち上がりとストロボ発光開始が同
時となるが、ストロボコントロールパルス発生回路28若
しくは第2SGパルスの立ち上げ回路24のどちらか一方に
遅延時間を持たせることにより、第４図（ニ）若しくは
（ホ）のようにストロボ発光開始と第2SGパルスの立ち
上がりをずらすことができる。

第７図はFIT−CCDを駆動する場合のタイミングチャート
である。第３図のタイミングチャートではインターライ
ンCCDを駆動する場合のタイミングチャートについて説
明してあるので、同一の部分については詳しい説明は省
略する。

FIT−CDDは垂直転送部と水平転送部との間に蓄積部を有
しており、光センサ部で生じた電荷を蓄積部に高速転送
した後、この蓄積部から水平転送部を介して出力するよ
う構成されている。このFIT−CCDでは電荷が垂直転送路
を高速に移動するため、転送中に生じるスミアをインタ
ーラインCCDに比べて大幅に低減できるという特徴を有
している。

この実施例においても、トリガパルス１の立ち下がりか
らトリガパルス２までの期間の第2SGパルスより、前述
の実施例と同じように正確な露光調節をすることができ
る。尚、この図でφA,φB,φS1,φS2,φS3,φS4は蓄積
部を駆動するためのパルスである。又、はじめの高速転
送パルスは第３図のものと同様に掃き出しドレインへ電
荷を掃き出すためのパルスであり、後の高速転送パルス
は露光により生じた電荷を蓄積部へ高速転送するための
ものである。

この種のFIT−CCDをストロボ撮影に使用した時の問題点
として、以下の点が考えられる。通常は露光終了時の第
2SGパルスが立ち下がってから、即ち電荷が光センサ部
から垂直転送部に転送され終ってからすぐに蓄積部へ高
速転送が行われるが、この時、まだストロボの発光強度
が大きいと、スミアの発生が大きくなる可能性がある。

このための対策として、露光が終了してから、ストロボ
の発光強度が小さくなりスミアの発生に影響しなくなる
まで待った後、蓄積部へ高速転送すれば良い。このタイ
ミングは、ストロボ発光強度をシステムコントローラが
監視し、蓄積部への高速転送をするまでの待ち時間ｔを
撮像素子駆動回路16へ指示することにより達成される。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、光センサ
部の蓄積電荷を転送部に移動させるためのゲート部の導
通期間を適正露光量に基づいて可変期間とすることによ
り、ストロボ発光時に正確な露光の調整が可能な露光制
御機能を有する固体撮像素子駆動装置を実現することが
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ブロック図、第２図は
本発明の動作を示すフローチャート、第３図は本発明を
実施した場合のタイミングチャート、第４図は第３図の
一部を拡大したタイミングチャート、第５図は第４図の
一部を拡大したタイミングチャート、第６図は本発明装
置の要部のブロック図、第７図は本発明の他の実施例の
動作時のタイミングチャート、第８図は従来装置の構成
例を示す構成図、第９図は従来例によるストロボ発光特
性を示す特性図である。 10……固体撮像素子、11……光センサ部 12……ゲート部、13……垂直転送部 14……水平転送部、15……掃き出しドレイン 16……撮像素子駆動回路 17……測光回路 18……システムコントロール回路 19……信号処理回路、20……記録部 21……立ち上がり検出回路 22……第1SGパルス発生回路 23……立ち下がり検出回路 24……第2SGパルス立ち上げ回路 25……立ち上がり検出回路 26……第2SGパルス立ち下げ回路 27……φSGデコーダ 28……ストロボコントロールパルス発生回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】受光することにより電荷を発生する光セン
   サ部と、この光センサ部で発生した電荷を垂直に転送す
   る垂直転送部と、この垂直転送部からの電荷を外部に出
   力する水平転送部と、前記光センサ部と垂直転送部との
   間に配置され、導通状態若しくは非導通状態のいずれか
   の状態に切換えられるゲート部とを備えた固体撮像素子
   を駆動してストロボ撮影を行わせる固体撮像素子駆動装
   置であって、光センサ部に蓄えられた電荷を垂直転送部
   に転送してから露光を開始させる露光開始手段と、予め
   定められたシャッタ速度に基づき所定時間経過後にスト
   ロボ発光を指示するストロボ発光指示手段と、前記スト
   ロボ発光指示手段のストロボ発光の指示と略同時に上記
   ゲート部を導通状態にさせ、適正露光になった時点でゲ
   ート部を非導通状態にさせる露光終了手段とを具備し、
   光センサ部に蓄積された電荷の転送が終了する時期を調
   整することにより露光調整を行うことを特徴とする露光
   制御機能を有する固体撮像素子駆動装置。