JPH088666B2

JPH088666B2 - 撮像素子の駆動装置

Info

Publication number: JPH088666B2
Application number: JP63317904A
Authority: JP
Inventors: 信博谷
Original assignee: 旭光学工業株式会社
Priority date: 1988-12-16
Filing date: 1988-12-16
Publication date: 1996-01-29
Anticipated expiration: 2011-01-29
Also published as: JPH02162976A

Description

【発明の詳細な説明】「技術分野」本発明は、例えば、CCD等の撮像素子の電荷の蓄積時
間を被写体の明るさに応じて変化させることで最適な撮
像を行うとともに、上記撮像素子特有のスミア現象をも
最小限に抑えた撮像素子の駆動装置に関する。

「従来技術およびその問題点」近年、従来の銀塩フィルムに代えて、CCD撮像素子を
用いる電子スチルカメラが種々開発されている。この種
の電子スチルカメラは、従来のカメラと同様のメカニカ
ルシャッタを用いてシャッタ速度を、つまり、CCD撮像
素子の受光部が被写体光を受ける露光時間をメカニカル
に調整していた。

上記CCD撮像素子は、受光部で蓄積された電荷を垂直
転送用CCDに転送する時間の間隔、つまり電荷蓄積時間
を変えれば、従来のメカニカルシャッタと同様のシャッ
タ速度制御機能が得られる。そこで最近では、この電荷
蓄積時間の調整を積極的に利用した純電子シャッタを採
用して、カメラの軽量化、コストダウンを図ろうとして
いる。

ところが、このような純電子シャッタは、メカニカル
シャッタがないので、CCD撮像素子には常時被写体光が
入射している。そのため、被写体輝度が高い場合には、
ブルーミングまたはスメア現象を引き起こしていた。

ブルーミングは、ある受光素子に強い光が入射した場合
に、電荷が周囲の受光素子、あるいは垂直転送用CCDに
溢れ出してしまい、明るい部分が周囲に広がる現象であ
る。また、スメアは、垂直転送用CCDに転送された信号
電荷を転送する際に、強い光が入射した受光素子から不
要電荷が垂直転送用CCDに溢れ出してしまい、縦に明る
い筋が出る現象である。

特に、現在主流であるインターライン転送方式のCCD
撮像素子においては、シャッタ動作が終了して垂直転送
用CCDに転送された信号電荷を読出す時間が比較的長い
ので、読出しの際に、受光部に蓄積された不要電荷が垂
直転送用CCDに溢れ出して信号電荷に加わってしまい、
スメア現象を生じ易かった。

一般に、ブルーミング現象は従来の銀塩フィルムでも
表われる現象で、ある程度のブルーミングは不自然な画
像とはならない。これに対して垂直方向のスメア現象は
不自然な画像となり、折角の撮影を台無しにしてしまっ
ていた。

「発明の目的」本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされた
ものであり、インターライン転送方式のCCD撮像素子特
有のスメア現象を最小限に抑えた電子シャッタを実現で
きる撮像素子の駆動装置の提供を目的とするものであ
る。

「発明の概要」上記目的を達成するための本発明は、被写体像を信号
電荷に変換して蓄積する受光部および受光部が蓄積した
信号電荷が転送され、読出される垂直転送部を備えた撮
像素子の駆動装置であって、上記受光部に入射する被写
体光量を被写体輝度に応じて調整する絞り調整手段と、
上記受光部が蓄積した信号電荷を上記垂直転送部に転送
させる蓄積制御信号と、上記垂直転送部の信号電荷を読
出す読出し信号を定期的に出力し、外から掃き出し要求
信号を受けて上記垂直転送部の電荷を短時間で掃き出す
高速掃き出し信号を出力するパルス信号出力手段と、露
光時間開始時に上記絞り調整手段を作動させるとともに
上記受光部の電荷を垂直転送部に転送する強制蓄積制御
信号を出力して露光を開始させ、露光時間中に上記掃き
出し要求信号を出力し、露光時間経過時に上記パルス信
号出力手段の定期蓄積制御信号により上記受光部の信号
電荷を上記垂直転送部に転送させて露光を終了すると共
に上記絞り調整手段を閉じさせて、この絞り調整手段が
ほぼ完全に閉じた後に、上記パルス信号出力手段の読出
し信号により上記信号電荷を読み出す制御手段と、を備
えたことを特徴とするものである。

上記構成からなる本撮像素子の駆動装置によれば、シ
ャッタ速度に対応する時間中に上記撮像手段に蓄積され
た信号電荷は、上記絞り調整手段によって絞りが完全に
閉じられた後読み出されるので、たとえ、高輝度の被写
体を撮影しているときでも、スメア現象を起こすことな
く上記信号電荷の記録を行なうことができる。つまり、
被写体の明るさにかかわらず、品質の良好な画像を得る
ことができる。

「発明の実施例」以下に、本発明にかかる撮像素子の駆動装置の実施例
を図面に基づいて詳細に説明する。

第１図は、撮像素子の駆動装置の概略構成を示すブロ
ック図である。

図に示すように、撮像手段としてのCCD撮像素子11に
は、このCCD撮像素子11を駆動するドライバ12が接続さ
れている。このドライバ12には、切換えスイッチ回路20
A、20Bを介してパルス信号出力手段としてのCCD駆動用
クロックジェネレータ13、および制御手段としてのマイ
クロプロセッシングユニット（MPU）14が接続されてい
る。なお、MPU14および切換えスイッチ回路20A、20Bに
よって制御手段が構成されている。

CCD撮像素子11は、インタライン転送方式であって、
受光部を構成する各フォトダイオードには、撮影レンズ
15から入射して絞り16を通った被写体像が結像され、そ
の被写体像が信号電荷の形態で捕らえられる。フォトダ
イオードで蓄積された信号電荷は、一斉に、垂直転送部
としての垂直転送用CCDに転送される。垂直転送用CCDに
転送された電荷は、読出し時には、水平転送用CCDに順
時転送され、１フィールド毎に水平転送用CCDから読出
され、掃き出し時には、水平転送用CCDとは反対側に設
けられた掃き出しドレインに掃き出される。

絞り16は、MPU14によって駆動制御される絞り調整回
路23とで絞り調整手段を構成している。この絞り16は、
常時は全閉してCCD撮像素子11を遮光していて、撮影時
に所定絞り値まで開き、露出終了後に再び全閉する。

CCD撮像素子11の水平転送用CCDには、録再部18が接続
されている。この録再部18は、CCD撮像素子11から出力
される信号電荷に関する画像情報をビデオ信号として磁
気ディスク17に記録し、あるいは磁気ディスク17に記録
されているビデオ信号を読み出して再生する。磁気ディ
スク17および録再部18の動作は、MPU14によって制御さ
れる。

また、MPU14には、被写体の明るさを測定する測光素
子21からの測光信号を対数圧縮し、A/D変換してデジタ
ル測光データとして出力する測光部22が接続されてい
る。MPU14は、その測光データに基づいて最適な絞り値
およびシャッタ速度（電荷蓄積時間）を演算する。

さらにMPU14には、撮像を開始させるレリーズボタン2
4が接続されている。このリレーズボタン24からオン信
号が出力されると、MPU14は、上記測光演算、絞り駆動
回路23を介して絞り16の絞り込み制御、上記CCD撮像素
子11の駆動等の撮像に関する演算、制御を行なう。

クロックジェネレータ13からは、CCD撮像素子11の受
光部（フォトダイオード）に蓄積された電荷を、一定周
期（通常およそ1/60秒周期）で垂直転送用CCDに一斉に
転送させる定期蓄積制御信号としての定期蓄積制御パル
スおよび比較的低速の転送パルスがそれぞれ、CTGを介
して切換えスイッチ回路20Aに、およびCV₁〜CV₄を介し
て切換えスイッチ回路20Bに出力される。

さらにクロックジェネレータ13からは、上記垂直転送
用CCDに転送された信号電荷を読出す読出し信号として
の水平および垂直転送信号が出力される。なお、上記読
出し信号の内、垂直転送信号はCV₁〜CV₄を介して出力さ
れるが、水平転送信号に関する構成は、説明を簡単にす
るために、本実施例の説明では省略した。

CV₁〜CV₄の転送パルスは、CTGの蓄積制御パルスのレ
ベルに応じて、蓄積制御信号または垂直転送信号（読出
し信号または高速掃き出し信号）のいずれかになる。

MPU14は、この駆動装置全体の動作を総括的に制御し
ており、ここからは、切換えスイッチ回路20A、20Bにそ
れぞれ切り替え動作をさせる切換え信号としての切換え
パルスがPSを介して出力される。このPSに出力される切
換え信号が“H"であるか“L"であるかで、切換えスイッ
チ回路20A、20Bの接続位置、つまりドライバ12にMPU14
を接続するか、クロックジェネレータ13を接続するかが
決定される。

また、MPU14からは、CCD撮像素子11の受光部の各フォ
トダイオードに蓄積された信号電荷を垂直転送用CCDに
一斉に転送させる、強制蓄積制御信号としての強制蓄積
制御パルスおよび転送パルスが出力される。強制蓄積制
御パルスは、PTGを介して切換えスイッチ回路20Aに出力
され、転送パルスは、PV₁〜PV₄を介して切換えスイッチ
回路20Bに出力される。

さらにMPU14からは、クロックジェネレータ13に対し
て、掃き出し要求信号としての掃き出し要求パルスがPH
Vを介して出力される。この掃き出し要求パルスが出力
されると、クロックジェネレータ13からは、上述の通り
不要電荷を高速で掃き出させる高速掃き出し信号として
の高速転送パルスが、CV₁〜CV₄を介して切換えスイッチ
回路20Bに出力される。

切換えスイッチ回路20Aからドライバ12に対しては、
上記MPU14またはクロックジェネレータ13から出力され
るCTGまたはPTGの蓄積制御パルスが、TGを介して出力さ
れる。

スイッチ回路20Bからドライバ12に対しては、CV₁〜CV
₄またはPV₁〜PV₄の転送パルスが、V₁〜V₄を介して出力
される。

そしてドライバ12からCCD撮像素子11に対しては、蓄
積制御信号としての、また読出し信号あるいは高速掃き
出し信号としての転送パルスが、ΦV₁〜ΦV₄を介して出
力される。

上記したように、クロックジェネレータ13またはMPU1
4から出力される何れの蓄積制御パルスを用いるか、ま
た、MPU14あるいはクロックジェネレータ13から出力さ
れる何れの転送パルスを用いるかは、MPU14からPSを介
して出力される切換えパルスによって決定される。

ドライバ12から出力されるΦV₁〜ΦV₄の転送パルス
は、TGの蓄積制御パルスレベルに応じて、フォトダイオ
ードの電荷を垂直転送用CCDに転送させる蓄積制御信
号、または垂直転送用CCD上の電荷を垂直転送させる読
出し信号、あるいは高速掃き出し信号となる。つまり、
転送パルスが蓄積制御パルスとともに出力されたときに
は蓄積制御信号となり、そうでないときには読出し信号
または掃き出し信号となる。

なお、垂直転送用CCDに転送された蓄積電荷の掃き出
しは、水平転送用CCDとは逆方向に設けられた掃き出し
ゲートに対してなされる。

第２図は、反転型のドライバ12の具体的な回路の一例
を示したものである。

図に示されているように、CCD撮像素子11を駆動する
ΦV₁〜ΦV₄には、TGの蓄積制御パルスとCV₁〜CV₄の転送
パルスの組み合わせによって複数組のパルス信号が出力
されるようになっている。

切換えスイッチ素子30は、TGの蓄積制御パルスレベル
が“L"のときは、図示のようにV_Hとの接続状態にあり、
同パルスレベルが“H"のときは、V_Hとの接続に切換わ
る。

切換えスイッチ素子31は、V₁の転送パルスレベルが
“L"のときには図示のようにスイッチ30との接続状態に
あり、同レベルが“H"のときにはV_Lとの接続に切換わ
る。

切換えスイッチ素子32は、V₂の転送パルスレベルが
“L"のときは図示のようにV_M′との接続状態にあり、同
レベルが“H"のときにはV_Lとの接続に切換わる。

なお、上記V_H、V_M（V_M′）、V_Lのレベルは、V_H＞V
_M（V_M′）＞V_Lの関係にある。

V₃およびV₄に関する回路は、それぞれ上記V₁およびV₂
の回路と同一に構成されている。

上記ドライバ12の具体的なタイミングチャートを第３
図に示してある。TGの蓄積制御パルスの入力がないとき
には、切換えスイッチ素子30はV_Mに切換えられるので、
ΦV₁からは、V₁の転送パルスが反転されて出力される。

ΦV₂、ΦV₃、ΦV₄からはそれぞれ、V₂、V₃、V₄の転送
パルスが、上記V₁と同様に反転されて出力される。

なお、上記場合において、V₁〜V₄の“H"レベルはΦV₁
〜ΦV₄のV_M、V_M′レベルに、同“L"レベルはV_Lレベルに
対応する。

また、TGの蓄積制御パルスの入力があると、切換えス
イッチ素子30が図示のようにV_Hに切換わるので、V₁、V₃
のレベルが“L"のときには、ΦV₁、ΦV₃のレベルがV_Hに
なる。

上記説明の通り、ΦV₁およびΦV₃は三値信号となり、
ΦV₁、ΦV₃が最も高いレベルであるV_Hのときには蓄積制
御信号となり、フォトダイオードに蓄積された電荷を垂
直転送用CCDに転送させる。一方、ΦV₁〜ΦV₄のレベル
がV_M、V_M′およびV_Lを取るときには垂直転送パルスとな
り、垂直転送用CCDに転送された電荷を、その垂直転送
用CCD上を順に転送させる。

次に、このように構成された本発明の撮像素子の駆動
装置の具体的な動作を、第４図に示したフローチャート
に基づいて説明する。なお、このフローチャートの説明
に際しては、第１図の概略構成図および第５図のタイミ
ングチャートを参照しつつ説明する。

まず、レリーズボタン24がオンされると、MPU14は、P
Sの切換えパルスを“H"にセットし、PHVの掃き出し要求
パルスを“L"にセットする（ステップ51、52）。このセ
ットにより、ドライバ12にはクロックジェネレータ13が
接続され、クロックジェネレータ13からは、第５図に示
してあるように、1/60秒の周期で定期蓄積制御パルスが
CTGに、転送パルスがCV₁〜CV₄に出力される。つまり、1
/60秒の周期でCCD撮像素子11から被写体の画像電荷が読
み出され、録再部18に出力されることになる。

そして、MPU14は、測光部22から出力された被写体の
明るさに関する測光データに基づいて測光演算し（ステ
ップ53）、最適な絞り値AVおよびシャッタ速度TVを求め
る。そしてその最適な絞り値AVに基づいて絞り駆動回路
23を制御して最適な絞り値に絞り16を駆動し、その絞り
値に保持する（ステップ54、55）。

絞り16の設定が終了すると、第５図に示すVDのパルス
が“H"になるのを待って、MPU14は切換えパルスPSを
“L"にセットする（ステップ56、57）。これによって、
スイッチ回路20A、20Bが切換え動作し、ドライバ12には
MPU14が接続され、MPU14から強制蓄積制御パルスおよび
転送パルスを出力し得る状態となる。つまり、ドライバ
12から強制蓄積制御信号を出力し得る状態となる。

MPU14は、ステップ53で演算した最適なシャッタ速度T
Vが得られる時に、第５図に示すように、PTGには強制蓄
積制御パルスを、PV₁〜PV₄には転送パルスを出力する
（ステップ58）。これにより、CCD撮像素子11の受光部
に蓄積されている不要電荷が垂直転送用CCDに一斉に転
送される。上記強制蓄積制御パルスの出力時は、1/60秒
よりも短い時には、クロックジェネレータ13から次の定
期蓄積制御パルスが出力される時から、長い時には、数
個先の定期蓄積制御パルスが出力される時からシャッタ
速度TVを逆算することにより求めることができる。

そして、MPU14は、第５図に示すVDのパルスが“H"に
立ち上がるのを待って、PSの切換えパルスおよびPHVの
掃き出し要求パルスをそれぞれ“H"にセットする（ステ
ップ59、60）。これにより、ドライバ12にクロックジェ
ネレータ13が接続される。したがって、クロックジェネ
レータ13からCV₁〜CV₄に出力された高速転送パルスが、
ドライバ12から高速掃き出し信号としてΦV₁〜ΦV₂を介
してCCD撮像素子11に対して出力され、CCD撮像素子11の
垂直転送用CCDに転送されている不要電荷が高速で掃き
出される。この高速転送パルスは所定時間出力され、ク
ロックジェネレータ13から次の定期蓄積制御パルスが出
力される前に、終了する。

クロックジェネレータ13から次の定期蓄積制御パルス
がCTGに出力されると、最適シャッタ速度TV時間に蓄積
された信号電荷が垂直転送ゲートに転送される。MPU14
は、この定期蓄積制御パルスの出力後、読出し信号が出
力される前に、PSの切換えパルスを“L"にし、ドライバ
12とクロックジェネレータ13との接続を絶つ（ステップ
61、62）。これにより、信号電荷は、垂直転送用CCDに
転送された状態に保持される。

MPU14は、この状態のまま、絞り16が完全に閉じら
れ、クロックジェネレータ13から次の定期蓄積制御パル
スがCTGに出力されるのを待つ（ステップ63、64）。な
お、クロックジェネレータ13から上記定期蓄積制御パル
スが出力されても、クロックジェネレータ13とドライバ
12との接続は絶たれているので、受光部に蓄積された不
要電荷が垂直転送用CCDに転送されることはない。

MPU14は、定期蓄積パルスがCTGに出力された後にPSの
切換えパルスを“H"に、PHVの掃き出し要求パルスを
“L"にセットする（ステップ65）。このセットにより、
クロックジェネレータ13がドライバ12に接続される。

その後MPU14は、録再部18のRECゲートを開け、クロッ
クジェネレータ13から出力される読出しパルスによって
読出される上記信号電荷の記録（録画）を開始する（ス
テップ66）。つまり、クロックジェネレータ13から出力
される垂直および水平転送信号によって垂直転送用CCD
から順に出力される信号電荷を、録再部18を介してビデ
オ信号として磁気ディスク17に記録する。

録画が終了したら、MPU14は、END処理に進む（ステッ
プ67）。このEND処理でMPU14は、定期的にレリーズスイ
ッチ24がオンされているかどうかをチェックするスイッ
チチェック処理に移る。

このように本実施例では、信号電荷の記録を、絞り16
が完全に閉じられていることを条件に行なうので、スメ
ア現象の発生を押えることができる。

また、第６図には、基板にフォトダイオードで蓄積さ
れた電荷を捨てることができる。オーバーフロードレイ
ン（OFD）付きのインターライン転送方式のCCD撮像素子
25を利用した別の実施例の概略回路図が示され、第７図
には、同実施例のタイミングチャートが示されている。

この実施例では、MPU14からOFDドライバ26に対して、
POFDを介して掃き出し要求信号（パルス）が出力される
と、OFDドライバ26からは、CCD撮像素子25のOFDゲート
に対して、掃き出し信号（ハイレベルのパルス）が出力
される。CCD撮像素子25では、この掃き出し信号が印加
されると、受光部および垂直転送用CCDに蓄積されてい
る電荷が全て基板方向に掃き出される。つまり、露光開
始時にMPU14からPOFDに出力される掃き出し要求信号に
より、TV_n+1の期間に蓄積された不要電荷がすべて掃き
出されるのである。

このように本別の実施例においては、CCD撮像素子25
が露光している間に垂直転送（不要電荷の掃き出し）を
全く行なわないので、スミア現象を完全に防止すること
ができる。

以上本実施例では、定期的に蓄積制御信号が出力され
るムービー用のCCD撮像素子および駆動ユニットを利用
した実施例を示したが、本発明は、上記蓄積制御信号、
転送信号等のすべての信号の出力をMPUで管理する構成
にしてもよい。

また、以上の実施例では、CCD撮像素子の種類として
メモリ領域を有しないインタライン転送方式のものを例
示したが、これに限らず、例えば、メモリ領域を有する
フレームインターライン転送方式のものであっても本発
明は適用可能である。

さらに、本実施例では、絞り16を常に閉じているもの
としたが、逆に常に開いているものでもよい。この場合
絞りは、露光終了後読出しが終了するまで、一旦ほぼ完
全に閉じさせる。

「発明の効果」以上の説明により明らかなように、本発明では、被写
体の状態に応じて露光時間（シャッタ速度）を制御でき
るとともに、露光時間中に蓄積された信号電荷を読み出
す場合には、絞りをほぼ完全に閉じた後に上記信号電荷
を読み出すようにしたので、高輝度の被写体を撮影して
いるときにおいても、スメア現象を起こすことなく上記
信号電荷の記録を行なうことができる。つまり、被写体
の明るさにかかわらず、品質の良好な画像を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる撮像素子の駆動装置の実施例
の概略構成を示すブロック図、第２図は、同実施例の反転型のドライバの具体的な回路
の一例を示す図、第３図は、第２図に示した反転型のドライバのタイミン
グチャート、第４図は、第１図に示した撮像素子の駆動装置の動作フ
ローチャート、第５図は、第１図に示した撮像素子の駆動装置の各部の
タイミングチャート、第６図は、別の実施例の概略構成を示すブロック図、第７図は、第６図に示した実施例のタイミングチャート
である。 11……CCD撮像素子（撮像手段）、12……ドライバ（制
御手段）、13……CCD駆動用クロックジェネレータ（制
御手段）、14……MPU（制御手段）、16……絞り（絞り
調整手段）、20A、20B……切換えスイッチ回路（制御手
段）、23……絞り駆動回路（絞り調整手段）、25……CC
D撮像素子（撮像手段）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体像を信号電荷に変換して蓄積する受
光部および受光部が蓄積した信号電荷が転送され、読出
される垂直転送部を備えた撮像素子の駆動装置であっ
て、上記受光部に入射する被写体光量を被写体輝度に応じて
調整する絞り調整手段と、上記受光部が蓄積した信号電荷を上記垂直転送部に転送
させる蓄積制御信号と、上記垂直転送部の信号電荷を読
出す読出し信号を定期的に出力し、外から掃き出し要求
信号を受けて上記垂直転送部の電荷を短時間で掃き出す
高速掃き出し信号を出力するパルス信号出力手段と、露光時間開始時に上記絞り調整手段を作動させるととも
に上記受光部の電荷を垂直転送部に転送する強制蓄積制
御信号を出力して露光を開始させ、露光時間中に上記掃
き出し要求信号を出力し、露光時間経過時に上記パルス
信号出力手段の定期蓄積制御信号により上記受光部の信
号電荷を上記垂直転送部に転送させて露光を終了すると
共に上記絞り調整手段を閉じさせて、この絞り調整手段
がほぼ完全に閉じた後に、上記パルス信号出力手段の読
出し信号により上記信号電荷を読み出す制御手段と、を備えていることを特徴とする撮像素子の駆動装置。