JPS58117778A - 固体撮像装置 - 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】 本発明は電荷結合索子ＣＣＣＤ　：　Ｃｈａｒｇｅ　Ｃ
ｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ　　）等にて形成した固体
イメージセンサを用いた固体撮諌装置に関し、特（ｌこ
、スチル画像の撮像を行なうのに爪適な固体１敢暉波直
に一関する。

従来よ、９ＣＣＤ等の電荷転送素子Ｖこて形成した固体
イメージセンサを用いた固体撮障、瑛１１ソは、撮像光
をイメージセンサの各受丸部に常時照射しておき、１フ
イ一ルド期間あるいは１フレ一ムＬｖ１間毎に撮像出力
信号を読出すことにより、１東＋ｉ’ＩＣ的な撮像動作
を行なうＰＩＴ副ビデオカメラとして１史川するだめの
各種構成のものが提案されている。ところで、固体イメ
ージセンサでは、受尾都（′こてイ（ｊられる信号電荷
を転送する構造上、その１；す、ツム浦にイ・要な電荷
が漏洩したり熱的に励起されることによシ所謂スメア現
象やブルーミング現職を／１じ易いので、従来より、転
送部に沿ってＡ−・・フロートレインを形成したり、フ
レームトランスファ費の構造にする等の各柚の幻献を固
体イメージセンサに施していた。従って、従来の固体イ
メージセンサにおいては、上述の如きスメヤ対未やフル
ーミング対策のために極めて複雑な構造とならざる産褥
す、高度な半導体製造技術を必要とし製造が容易でなく
、極めて高価な・ものであった。

従来、スチル画像を撮像する場合でも上述の如き極めて
高価な固体イメージセンサを用いた固体撮像装置が使用
されていた。

また、一般に、テレビジョン信号を得るためのビデオカ
メラにおけるイメージセンサの露光期間は、通常約１フ
イールド期間に固定されているのであるが、スチル撮像
用の撮像装置では露光期間を可変制御できるシャッタ機
能を備えることが望まれる。例えば動きのある被写体に
ついて鮮明なスチル撮像を行なうには、被写体の動きに
より画像がぼけるのを防止するために露光期間を短くす
る必要がある。そして、露光期間金可変するということ
は、イメージセンサの露光量が可変されることであるか
ら、該イメージセンサから適切な信号レベルの撮像出力
信号を得るために、撮像光の光学通路の絞りや、あるい
は上記撮像出力信号の信号レベルを制御するレベル制御
回路等を可変しなければならなくなる。

ところで、本発明は、′ｉｗ向蓄積期間を制御する機能
を有する固体イメージセンサと、該固体イメージセンサ
に照射される撮像光の光学通路を開閉する光学的なシャ
ッタとを備え、上記シャッタを通常開成しておき、上記
固体イメージセンサの電荷蓄積期間中に上記シャッタを
閉成することによって実効露光期間を制御するとともに
、上記シャッタを閉成した状１嘘で上記固体イメージセ
ンサから信号電荷の読出しを行なうようにした固体撮像
装置において、上記固体／メージセンサの１向蓄積期間
を予め設定し、上記実効露光期間以前の電荷蓄積期間中
に得られる信号電荷を制御信号として絞シやシャッタス
ピード等の自動制御を行なうようにしたことを特徴とす
る固体撮像装置とすることにより、スチル撮像を行なっ
て、イメージセンサから適切な信号レベルで且つ品質の
良好な（層像出力信号を得られるようにしたメチル画鷹
の轍像用に最適な固体撮像装置を提供するものである。

以下、本発明について、一実施例を示す図面に従い詳細
に説明する。

第１図に示す実施例は、固体イメージセンサ９にてスチ
ル画１象を撮像じ　その画１象情報を回転磁気ディスク
１２に記録するようにした電子スチルカメラに本発明を
適用したものである。この実施例において、カメラ筐体
１内には、通常の光学フィルム式カメラと同様に、レン
ズ系２、アイリス機構３、シャッター機構４、ミラー６
、ビューファインダ８、シャッタ操作部材５等が配設さ
れている。そして、光学フィルムの代りに、被写体像の
画像情報を電気信号に変換して記録する固体イメージセ
ンサ９と磁気記録部２０とを備えている。

上記磁気記録部２０は磁気記録媒体として回転磁気ディ
スク２を用いたもので、この回転磁気ディスク２を収納
したジャケット１４がカメラ筺体１に着脱自在に装着さ
れ、上記カメラ筺体１内に設けた駆動モータ１３にで上
記回転磁気ジャケット１２を定速回転せしめ、磁気ヘッ
ド１１にて画像情報を磁気記録するようになっている。

上記磁気ヘッド１１には、固体イメージセンサ９にて電
気信号に変換された画像情報が信号記録回路１０を介し
て供給されるようになっている。

ここで、上記シャッタ機構４の駆動回路４０、固体イメ
ージセンサ９の駆動回路５０、駆動モータ１３の駆動回
路６０は、上記７ヤソタ操作部材５の操作により動作状
態となる制御回路７０にて互いに連動して作動するよう
に制御されており、後述のする如く撮像操作時に、シャ
ッタ操作部材５を操作すると、固体イメージセンサ９に
よる撮像動作に同期して記録部２０にて記録動作を行な
い得るように回転磁気ディスク１２の回転位相および回
転速度が安定してから実効的なシャッタ動作を行なうよ
うになっている。なお、上記記録部２０の回転磁気ディ
スク１１には、１記録トラツク毎に１枚のスチル画像の
画像情報が同心円状に記録される。そして、上記磁気デ
ィスク１１に磁気記録した画像情報を図示しない再生装
置にて再生することにより、通常のテレビジョン受隊機
の画面にてスチル画像をモニターするようになっている
。

この実施例におけるシャッタ機構４は、通常開放状態と
なっている。そして、上記シャッタ機構４の駆動回路４
０は、上記シャッタ操作部材５が操作されることによ多
制御回路７０から例えばｔｓなるタイミングでシャッタ
操作信号Ｓｓが供給されると、該シャッタ操作信号Ｓ８
に応答して垂直同期信号ｖＢｙｎ０のタイミングｔ０を
基準とする所定の露光時間Ｔｓ経過後に、上記シャッタ
機構４を閉成状態にする。さらに、上記シャッタ機構４
を設けた光学通路を通じて撮像光が照射される固体イメ
ージセンサ９は、垂直同期信号ｖｓｙｎｃに同期した撮
像動作を行なうもので、上記撮像光の照射によって得ら
れる信号電荷を映像信号として読出す直前に、信号転送
部に残存している不用電荷を掃出して捨てるとともに、
上記？ヤッタ機構４が閉成された状態すなわち遮光状態
で映像信号の読出しが行なわれる。上記シャッタ機構４
および固体イメージセンサ９の動作を第２図のタイムチ
ャートに示しである。

ここで、この実施例における固体イメージセンサ９とし
ては、例えば第３図に示す如き構造のインターライント
ランスファ型ＣＣＤイメージセンサが用いられる。第３
図において、９１は第１フイールドの各絵素に対応して
マドＩＪクス状に配設された各受光部であり、また、９
２は第２フイールド各絵素に対応してマ）　ＩＪクス状
に配設された各受光部であシ、９３は上記各受光部９１
．９２の垂直列に浴って設けられた各垂直転送レジスタ
部であシ、９４は上記垂直転送レジスタ部９３の一端側
に設けられた水平転送レジスタ部であシ、９５は上記垂
直転送レジスタ部９３の他端側に設けられた電荷隊収部
であ久さらに、９５，９７は上記各受光部９１．９２と
垂直転送レジスタ部９３との間に設けられた各トランス
ファゲート部である。なお、上記垂直転送レジスタ部９
３は、一端側の水平転送レジスタ部９４の向きに信号転
送を行なう機能と、他端側の電荷吸収部９５の向きに信
号転送を行なう機能とを備えた両方向転送可能な構造と
なっている。

上述の如き構造の固体イメージセンサ９は、垂直同期信
号ｖｓｙｎｃに同期したゲート開成期間Ｔｗに各トラン
スファゲート９６．９９が開かれ、電荷蓄積期間Ｔｃ中
に各受光部９１．９２に蓄積された撮像光の光量に応じ
た信号電荷が各トランスフアゲ−）９６．９７を通じて
垂直転送レジスタ部９３に移される。上記垂直転送レジ
スタ部９３に移された信号電荷は、信号読出し期間ＴＲ
中に、水平同期信号Ｈ８ｙｎｏに同期した垂直転送りロ
ックφＶによって水平転送レジスタ部９４に１水平走査
期間１Ｈ毎に一水平ライン分ずつ垂直転送され、上記水
平転送レジスタ部９４を介して順次に読出される。さら
に、上記信号読出し期間ＴＲとゲート開成期間Ｔｗとの
間に電荷掃出期間Ｔｔ、を設けてあり、該電荷掃出期間
Ｔｔ、中に上記垂直転送レジスタ部９３を高速転送りロ
ックψｖ８にて駆動することによシ該垂直転送しジスタ
部９３に残存されている不用電荷が電荷吸収部９５に捨
てられる。

さらに、上記固体イメージセンサ９からの信号読出動作
は、上記シャッタ機構４の動作に関連して行なわれるよ
うになっている。

すなわち、第２図のタイムチャートに示しであるように
、ｔｓなるタイミングにてシャッタ操作信号Ｓｓ　（第
２図Ｃ参照）が出力され、その後の最初の垂直同期信号
ｖｓｙｎｃ　（−第２図Ｃ参照）のタイミングｔｏを基
準とした露光期間Ｔｓ経過後にシャッタ機構４が閉成状
態（第２図Ｃ参照）になったとすると、上記タイミング
ｔ。を境として、固体イメージセンサ９の読出し動作が
次のように切換えられる。

先ず、上記タイミング上０以前の期間ＴＡには、各ゲー
ト開成期間ＴＬ中に全てのトランスフアゲ−）９６．９
７が開かれ、電荷蓄積期間Ｔｃ中に各受光部９１．９２
に得られた第１フイールドと第２フ゛イールドとの信号
電荷が第４図Ａに示すように垂直転送レジスタ部９３に
同時に移さ扛る。

そして、各フィールドの信号電荷が加算合成された状態
で信号読出期間ＴＲ中に第４図Ｂに示すように水平転送
レジスタ部９４を通じて続出される。

上記信号電荷の読出しを完了すると電荷掃出期間ＴＬと
なって、第４図Ｃに示すように垂直転送しジスタ部９３
に残存されている不用電荷を電荷ａ収部９５に転送して
捨てる。そして、上記電荷掃出期間ＴＬ中に垂直レクス
タ部９３の不用電荷を掃出した直後にゲート開・成期間
Ｔｗとなって再び各トランスフアゲ−）９６．９７が開
かれ、各受光部９１．９２から信号電荷が垂直転送レジ
スタ部９３に移される。上記ゲート−成期間ＴＬ１信号
読出期間ＴＲ，電荷掃出期間ＴＬの各動作が垂直同期信
号ｖｓｙｎｃに同期して操作し行なわれている。

次に、上記タイミング上０以後の期間ＴＢでは、シャッ
タ機構４が閉じられるまでの露光期間Ｔ８が複数フィー
ルドに亘っている場合（この例では２フイールドとなっ
ている）には該露光期間Ｔｓ中に各トランスファゲート
９６，９７の開成が禁止され、各受光部９１．９２が上
記露光期間Ｔｓを含む各フィールド期間に亘って電荷蓄
積状態となる。そして、上記タイミングｔ０から所定の
露光期間Ｔｓ経過後にシャッタ機構４が閉じられ、該シ
ャッタ機構４が閉成状態となっている期間ＴｃＬ中に、
上記露光期間Ｔｓ中に各受光部９１゜９２に積蓄された
信号電性がフィールド別に読出される。すなわち、上記
シャッタ閉成期間Ｔ。Ｌ中の最初の垂直走査期間ＶＡ中
には、第４図りに示すようにゲート開成期間ＴｗＡＫ第
１フィールド分の各受光部９１のトランスファゲート９
６が開かれて、第１フイールドの信号電荷が垂直転送レ
ジスタ部９３に移されて、信号読出し期間ＴＲＡ中に読
出される。次の垂直走査期間ＶＢ中には、第４図Ｅに示
すように、第２フィールド分の各受光部９２のトランス
ファゲート９７がゲート開成期間Ｔｗｉ＋中に開かれて
垂直転送レジスタ部９３に移されて、信号読出し期間Ｔ
ＲＢ中に読出される。なお、上記各ゲート開成期間ＴＷ
Ａ　ＨＴＷＢの直前には、それぞれ電荷掃出期間ＴＬＡ
　ＨＴＬＢが設けられており、不用電荷が電荷吸収部９
５に捨てられている。

このようにして、露光期間Ｔｓ中に各受光部９１．９２
に蓄積された信号電荷は、第１フイールドと第２フイー
ルドの各画像情報を時間的なずれを伴なうことなく示す
ものであるから、被写体が動いているような場合であっ
てもフリッカ現象１等を伴なうことのないフレームスチ
ル画像の映倫信号となる。しかも、上記を信号電荷は、
シャッタ機構４を閉成した状態で読出、されるものであ
るからスミャ現象を伴うことがない。さらに、上記信号
電荷を垂直転送レジスタ部９３に移す直前に核垂直転送
レジスタ部９３に残存している不用電荷を掃出している
ので、上記不用電荷によるプルーミング現象を伴うこと
がない。

さらに、上述の如き実施例においては、常開のシャッタ
機構４を里紗ているので、シャッタ操作部材５を操作し
てスチル撮像を行なう前に固体イメージセンサ９から読
出される信号電荷を利用して、シャッタスピードや絞り
の自動設定あるいは映像信号の自動レベル調整等を行、
なうことができる。

第５図は所謂絞り優先の自動制御システムの一実施例を
示している。

第５図において、固体イメージセンサ９は、同期信号発
生器５１からの垂直同期信号Ｖｓｙｎｃおよび水平同期
信号ＩＨａｙｎｃに基づいて駆動回路５０にて形成され
る各転送りロックパルスψ□、ψＶにて駆動され、上述
の撮像動作を行なうようになっている。上記固体イメー
ジセンサ９から読出される映像信号は、上述の記録系回
路１０に供給されるとともに、平均値検波回路４１に供
給されている。

この平均値検波回路４１は、上記固体イメージセンサ９
からの映像信号の平均直流レベルＬＡを検波出力として
レベル比較器４３に供給する。ここで、上記検波回路４
１の検波出力は、固体イメージセンサ９にて撮像する被
写体像が明るいときには直流レベルが下がり、逆に暗い
被写体像を撮像しているときには直流レベルが上がるよ
う（でなっている６ また、上記同期信号発生器５１から垂直同期信号ｖａｙ
ｎｃが供給されている鋸歯状波信号元生器４２は、上記
垂直同期信号ｖ８ｙｎｃに基づいて第６図Ｂに示す如き
鋸歯状波信号ＳＷを形成し、この鋸歯状波信号ＳＷを上
記レベル比較器４３に供給する。ここで、上記鋸歯状波
信号ＳＷの傾斜角度θは、絞り機構３の設定状態に応じ
て設定される。もので、該絞り機構３によい撮像光の光
学通路が絞シ込まれる程小さな角度に設定される。

上記レベル比較器４３において、上記鋸歯状波信号ＳＷ
の信号レベルと上記検波出力の信号レベルＬＡ　とをレ
ベル比較することによシ得られる第６図Ｃに示す如き矩
形波信号ＳＱは、上記露光期間Ｔｓに相当するパルス巾
τを有するもので、その立下りエッヂにてモノステープ
ルマルチノ（イブレータ４４をトリガーしている。上記
モノステープルマルチパイプレータ４４からは、垂直走
査期間１Ｖ毎に第６図りに示す如きシャツタノ（ルスＳ
Ｐが得られる。そして、上記シャッタパルスＳＰはＡＮ
Ｄゲート４５を介して出力されるようになっている。

上記ＡＮＤゲート回路４５は、上記シャッタ操作部材５
の操作によりゲート制御されるもので、第１のフリップ
フロップ４６と第２の７リツプフロツプ４７とにて形成
されるゲート信号が供給されている。上記第１のフリッ
プフロップ４６は、シャッタ操作部材５の操作にてレリ
ーズスイッチ７１が閉成される毎にトリガーされ、その
釘定出力信号を第２の７リツプフロツプ４７のＪ入力を
論理「１」にする。上記第２のフリップ７０ツブ４７は
、そのクロック入力として上記垂直同期信号ｖｓｙｎｃ
に同期したＰＧパルスが供給されており、上記Ｊ入力が
論理「１」になって最初のＰＧ〕くルスにてトリガーさ
れる。ここで、上記ｐＧノ（ルスは、上記回転磁気ディ
スク１２の駆動モータ１３のサーボ系にて上記垂直同期
信号Ｖｓｙｎｃと同期がとられており、該垂直同期信号
Ｖａｙｎｃと同一タイミンクで得られる。上記第２の７
リツプフロツプ４７の肯定出力信号は、上記第１のフリ
ップフロップ４６にクリヤ信号として供給されるととも
に、上記ＡＮＤゲート４５にゲート信号として供給され
る。ここで、上記第１のフリップフロップ４６は、第６
図Ｅに示すようにレリーズスイッチ７１が閉されたタイ
ミングｔ８から最初のＰＧパルスのタイミングｔ。ｉで
論理「１」なる苛定出力信号を出力する。また、上記第
２のフリップフロップ４７は、第５図Ｆに示すように上
記１．なるタイミングから次のＰＧパルスのタイミング
ｔ！まで論理「１」なる肯定出力信号を出力する。

従って、上記ＡＮＤゲート４５からは、シャッタ操作部
材５を操作したタイミングｔｓＯ後の最初の垂直同期信
号ｖｇｙｆｉｃのタイミングｔ０から上記露光期間Ｔｓ
経過後に第６図Ｇに示す如きシャッタパルスが出力され
る。上記ＡＮＤゲート４５からのシャッタパルスによっ
て１．シャッタ機構４は閉成状態にされる。このような
シャッタ制御動作によって、固体イメージセンサ９から
は、スチル撮１象時に適切な信号レベルの映像信号を得
ることができる。上記シャッタ機構４が閉成されている
間に、上述の如くフレームスチル画像の映像信号が固体
イメージセンサ９から読出される。なお、上述の実施例
では、絞シに応じて露光期間を可変制御するようにした
所謂絞り優先の自動制御システムにしであるが、上記シ
ャッタ開成期間ＴＡ中に得られる信号電荷すなわち映像
信号の信号レベルを利用して、該映像信号にＡＧＣをか
けたり、あるいはシャッタスピード優先の自動制御を行
なうようにしても良い。

上述の実施例の説明から明らかなように、固体イメージ
センサに照射される撮像光の光学通路を開閉する常開シ
ャッタを上記イメージセンサの電荷蓄積期間中に閉成す
ることによって、スチル撮像時の実効露光期間を制御で
きる。また、上記シャッタを閉成した状態で固体イメー
ジセンサから信号電荷を読出すことによって、スメア現
象による画質劣化を伴なうことのない極めて高画質のス
チル撮像を行なうことができる。さらに、上記常開のシ
ャッタを閉成してスチル撮像を行なう場合に、その実効
露光期間以前に固体イメージセンサにて得られる信号電
荷を制御信号として利用して所謂絞シ優先あるいはシャ
ッタスピード優先の自動制御動作を行なうことができ、
実際の撮像条件に・適した各種設定動作を自動化するこ
とが可能である。従って電荷蓄積期間を制御する機能を
有する固体イメージセンサと、該固体イメージセンサに
照射される撮像光の光学通路を開閉する光学的なシャッ
タとを備え、上記シャッタを通常開成しておき、上記固
体イメージセンサの電荷蓄積期間中に上記シャッタを閉
成することによって実効露光期間を制御するとともに、
上記シャッタを閉成した状態で上記固体イメージセンサ
から信号電荷の読出しを行なうようにした固体撮像装置
において、上記固体イメージセンサの電荷蓄積期間を予
め設定し社記実効露光期間以前の電荷蓄積期間中に得ら
れる信号電荷を制御信号として絞りゃシャッタスピード
等の自動制御を行なうようにしたことを特徴とする固体
撮像装置を要旨とする本発明によれば、画質の良好なス
チル撮像を確実に行なうことができ、所期の目的を十分
に達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す模式的な構成図である
。第２図は上記実施例の動作を説明するためのタイムチ
ャートである。第３図は上記実施例に用いられる固体イ
メージセンサの構造例を示す模式的な平面図である。第
４図Ａないし第４図Ｅは上記固体イメージセンサからの
信号読出し動作を説明するための模式的な平面図であり
、第４図Ａは通常のゲート開成期間における信号電荷の
移動状態を示し、第４図Ｂは信号読出し期間における信
号電荷の移動状態を示し、第４図Ｃは′電荷掃出期間に
おける信号電荷の移動状態を示し、第４図りはフレーム
スチル画像の撮像時における第１フィールド分の信号電
荷の移動状態を示し、第４図Ｅは同じく第２フィールド
分の信号電荷の移動状態を示している。第５図は上記実
施例において、絞シ優先の自動制御システムを構成した
場合の回路構造を示すブロック図である。第６図は上記
自動制御システムの動作を説明するためのタイムチャー
トである。纂孕姻媒棒４鴨何呵し碑に倉舛−→４肯−一 ４・・・シャッタ機構　５・・・シャッタ操作部材　９
・・・固体イメージセンサ　１０・・・記録回路　１１
・・・磁気ヘッド　１２・・・回転磁気ディスク　１３
・・・駆動モータ　４０・・・シャッタ駆動回路　５０
・・・イメージセンサ駆動回路　６０・・・モータ撫ｄ
回路　１０・・・制御回路　９１．９２・・・受光部　
９３・・・垂直転送レジスタ部　９４・・・水平転送レ
ジスタ部　９５・・・電荷吸収部 特許出願人　ソニー株式会社 代理人　弁理士　小　池　　　晃 同　　　　　　　　　１）　　村　　　榮　　−第４　
ｗ　Ａ 第４１Ｂ 第４　ｒａ　Ｃ 第４ａｉＤ 手続補正書（方式）。 昭和５再５月１ｉｎ 特許庁長官　島　６・　１　“　　殿 １、事件の表示 昭和５６年　特許願第２１２０５７号 ２・発明０名称　固体撮像装置 ３、補正をする者 ４、代理人 ６、補正の対象 図面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電荷蓄積期間を制御する機能を有する固体イメージセ／
   すと、該固体イメージセンサに照射される撮像光の光学
   通路を開閉する光学的なシャッタとを備え、上記シャッ
   タを通常開成しておき、上記固体イメージセンサの電荷
   蓄積期間中に上記シャッタを閉成することによって実効
   露光期間を制御するとともに、上記シャッタを閉成した
   状態で上記固体イメージセンサから信号電荷の読出しを
   行なうようにした固体連像装置において、上記固体イメ
   ージセンサの電荷蓄積期間を予め設定し、上記実効露光
   期間以前の電荷蓄積期間中に得られる信号電荷を制御信
   号として絞りやシャッタスピード等の自動制御を行なう
   ようにしたことを特徴とする固体撮１埃装置。