JPS5919476A - 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】 本発明は固体撮像素子を用いた撮像装置に関する。

近年、ビデオカメラとＶＴＲを小型化した、所謂ポータ
プルビデオの開発が盛んであるが、将来的にはさらに一
歩進んだ形態であるビデオカメラとＶＴＲを一体化した
８關ビデオが有力である。

このような電子機器の小型化は特に半導体技術に大きく
依存している。前述のビデオカメラの光電変換部もこの
様な半導体技術の進歩により撮像管から固体撮像素子に
置き変わろうとしている。現在この固体撮像素子は撮像
管に比べて多くの特徴を有している。

即ち、固体デバイスであるがゆえに小型、低消費電力、
量産性、焼付けがない等の特徴をもつ０ この様に多くの特徴を持つ固体撮像素子の技術確立と、
超小型の磁気記録装置の開発により、従来の銀鉛フィル
ムを記録媒体とする銀塩写真技術は現像処理を必要とし
ない磁気写真或は電子式写真技術にその足元をおびやか
されつつぁる。

現在のＶＴＲの主な利用法であるＶＴＲに動画像を記録
し、ＴＶにディスプレイするのを主目的とするものをム
ービービデオと呼び、記録装置に静止画像を記録し、そ
の記録信号をＴＶにディスプレイしたり、あるいはプリ
ンタによりプリントするのを主目的とするものをステル
ビデオと呼べば、ムービービデオ、メチルビデオの両方
とも、その信号形態はＴＶ信号形態に信号変換されるの
で相方に大差はｈい。

１−かしムービービデオは被写体を連続的に撮影するの
が一般的であるが、スチルビデオは一般の写真機と同様
に瞬間的に被写体像を撮影するものであるから、アイリ
ス、シャッタ、ＡＧＣ，ホワイトバランス等の応答性は
かなり異なった動作にする必要があり、加えて固体撮像
素子の駆動方法も少し異なる事になり、現在の光学系−
信号処理系だけでは両方に使用する事はできないと言う
問題点がある。

このためにムっ７ビー用のカメラ部とスチル用のカメラ
部は別体のものとする方が望捷しいが、それがコスト的
に見合うのはこの様なカメラが充分に普及してからの事
であり、現在においては両方を兼用するのが有利である
。

カメラ部をムービー用とスチル用とも兼用した鳴今に、
問題化するのが固体撮像素子の電荷蓄積法とその読出し
方法である。固体撮像素子にはＭＯＳ型やインタライン
クイブＣＣＤ（ＩＬ−ＣＣＩ））、フレームトランスフ
ァタイプＣＯＤ　（Ｆ　Ｔ　−ＣＣＤ　）などがあるが
、ここではデバイスの基本構造はあまり関係ないのでＦ
Ｔ−ＣＣＤを例にとり説明する。

ＦＴ−ＣＣＤは、被写体像の光を電荷に変換する複数の
光電変換セルより成る撮像部と撮像部からの信号電荷を
一時的に蓄積するメモリ部と、メモリ一部からの信号電
荷をＴＶ同期信号にタイミングを一致させて読出す水平
シフトレジスタ部、そして水平シフトレジスタ部からの
信号電荷を増幅し、信号電圧として出力するオンチップ
アンプ部とから成っている。

この様なＦ　Ｔ−ＣＣ］）をムービーカメラとして利用
する時は、撮像部は１フイ一ルド期間。

前述の様に光電変換を行い、この光電変換された信号電
荷は垂直ブランキング期間に数冊２の垂直転送パルスで
メモリ一部に移される。そしてメモリ一部の信号電荷は
次のフィールド期間に１水平走査毎に水平ブランキング
期間に水平シフトレジスタ部に転送され、次段のオンチ
ップアンプからＣＣＤ信号として読出される。その間、
撮像部は光電変換状態にある。つまり、１フイールド毎
に光電変換、垂直転送が繰返し成され、連続的な映像信
号が得られることになる。

次に、今説明したＦＴ−ＣＣＤをスチルカメラとして利
用すると、画像のプレが発生しやすくなる。何故ならば
、ＴＶ信号は１フレームの映像信号より成立っており、
捷たｌフレームは２フイールド（奇数、偶数フィールド
）即ちインターレース動作により１枚の画像を組立てて
いるから、異なる時点での光電変換作用による１フレ一
ム信号は、特に速く動く被写体に対しては画像のプレが
発生し、画質の低下をきたす。

この様な欠点をなくす方法として、次の２つの方法があ
る。

第１の方法は奇数フィールドだけの（あるいは偶数フィ
ールドだけの）信号を利用する事である。即ち、奇数フ
ィールド目の信号を次の偶数フィールドにも使う方法で
ある。しかし、かかる方法を用いると垂直解像度が劣化
し、スチル画像としては適当でない。

第２の方法は撮像部の垂直方向素子数を２倍にし、そし
て撮像部とメモリ一部との間に第２の水平シフトレジス
タ部を設け、撮像素子の面上で同時に奇数フィールドと
偶数フィールドを得て、順次読み出すことを可能とし、
ムービービデオとスチルビデオの両方に対応出来る様な
固体撮像素子を利用する事である。この様な固体撮像デ
バイスとして、本出願人は特願昭５６−１４６５８７号
で提案した。

との撮像デバイスを第１図に示し、簡単に動作説明する
。

第１図において、１は複数の光電変換セルをマ）　ＩＪ
クス状に配列した撮像部、２は撮像部で得られた信号′
電荷を転送蓄積するメモリ一部、３は撮１家部で得られ
た信号電荷を読出す第１水平シフトレジスタ、４はメモ
リ一部に蓄えられた信号電荷を読出す第２水平シフトレ
ジスタ、５．６は第１．第２水平シフトレジスタの読出
信号を増幅するオンチップアンプである。この撮像デバ
イスは全体としてフレームトランスファ型ＣＣＤを形成
している。そして撮像部１の垂直方向のセル数は４９０
．メモリ一部２の垂直方向のセル数を２４５としている
。

ムービービデオの時は撮像部１の垂直方向の隣接する２
画素分の信号電荷を第１シフトレジスタ３で順次加算し
てメモリ部２に転送し、第２シフトレジスタ４からオン
チップアンプ６を介して信号ＩＣとして読出す。

メチルビデオの時は２つのモードが考えられる。

第１モードはムービービデオと同様に撮像部■の垂直方
向に隣接する２画素分の信号電荷を加算してメモリ部２
に蓄え、第２シフトレジスタ４からオンチップアンプ６
を介して信号ＩＣとして読出す。（このモードをフィー
ルドモードと呼ぶ） のセルの信号電荷廃第１水平シフトレジスタ３を 一ドをフレームモードと呼ぶ）０ このようにフレームモードをとればメチルビデオの場合
にも垂直解像度が損われず完全にインターレースされた
信号を得ることができる。

ところで、フィールドモードとフレームモードとを比較
１７てみると、２つのセルの信号電荷を加算しているフ
ィールドモードに比し、各々のセルの信号電荷をその捷
ま読出しているフレームモードは信号電荷がほぼ１／２
となる。つまり１絞り一段分だけカメラの感度が下がる
ことになる。

さらにオンチップアンプ部はＭＯ８素子で構成されてお
り、このＭＯＳは低域ノイズ特性が悪く、捷た人間の目
が低周波領域のノイズを感知しやすいことを考えると、
絞り一段分のＳ／Ｎ劣化は無視出来ない問題となる。

また固体撮像素子の水平素子数は現状の３９０あるいは
５７０素子でも不足気味であり、将来的にこの水平素子
数を増す事態、もう一つは現在の２インチ光学系が次の
ステップでは１イン２ チ光学系、８■光学系と順次小さくなることが予想され
、そうなるとカメラの感度は非常に重要な問題になる。

本発明は上述の如き問題点に鑑み、被写体の照度レベル
に応じて撮像素子から読出方法を切り換える撮像装置の
提供を目的としている。

以下、本発明の実施例を図面に従い詳細に説明する。

第２図に於て、１１は第１図に示す構造のＦＴ−ＣＣＤ
で撮像部は水平約５７０素子、垂直約４９０素子から成
る。１２はＣＣＤ１１のドライバー、１３はＣＣＤ１１
を駆動するだめのパ翫 ルスを発生する同期信号発生＠４．１４はＣ（Ｊ）八 １１に入射される光量を制御する為のアイリス。

及びシャッタの制御回路、１５はムービーモードとスチ
ルモードを切換える第１モード切換回路、１６はＣＣＤ
ＩＩの出力信号からアイリスの絞り値及びシャッタの動
作速度を決定するＡＥ制御部、１７はＡＥ制御部１６が
アイリスを開放としても信号レベルが低い時、ゲインを
可変的に制御して信号レベルを一定に保つオートゲイン
制御部（以下ＡＧＣと称す）である。１８はＡＧＣ１７
の出力信号を記録信号に変換する為のプロセス回路、エ
ンコーダ回路、変調回路より構成される信号処理回路、
１９は記録ヘッド、２０はモータ等からなる記録機構、
２１は同期信号発生器１３からの制御パルスにより記録
機構２０のモータの速度、位相を制御する回転制御部、
２２はナントゲート、２３はアンドゲート、２４はスイ
ッチ回路、２５はスチルモードの際フレームモードとフ
ィールドの選択を手動で行うか自動的に行うかを選択す
る第２モード切換回路、２６は回路２５で手動モードが
選択された時、フレームモードかフィールドモードかを
選択する第３モード切換回路、３０はスイッチ回路であ
る。

令弟１モード切換回路１！′５でムービーモードを選択
すると、切換回路１５の出力はローレベル（以下′ＸＬ
　／／　）となり、この信号により同期信号発生器１３
はムービーモードの制御パルスを発生する。即ち、不図
示のトリガスイッチが押されると、電源が各回路に通電
され記録を開始する。

ムービーモードは連続記録であるのでアイリス及びＡＧ
Ｃｌ　７を制御するＡＥ制御部１６は適当な時定数をも
ってフィードバック制御を行う。

また、ＣＣＤＩＩの読出し方法は前述したフィールドモ
ードに設定され、第１図の第２水平シフトレジスタ４よ
ジオンチップアンプ６を介して読み出される。

次に第１モード切換回路１５でスチルモードが選択され
ると、モード切換回路１５の出力はハイレベル（以下ゝ
ゝＨ″）となり、同期信号発生器１３にスチルモードの
制御パルスを出力するよう指示する。ＡＥ制御部１６は
シャッタスピードとアイリスの絞り値を決定し、アイリ
スシャッタ制御回路１４に伝達する。そしてスチルモー
ドには前述したフィールドモード記録とフレームモード
記録の両方が考えられる。このフィールドモード記録と
フレームモード記録を自動選択モードとしだ時スイッチ
回路２４は接点（ａ）に接続される。自動選択モードの
時はＣＣＤ１１の出力によりＡＥ制御部１６が被写体が
低照度であることを検知すると出力ライン２７がゝゝＨ
″となる。するとナンドタート２２の出力は“Ｌ“、ア
ンドゲート２３の出力はゝゝＬ“となり同期信号発生器
１３はスチルモードでフィールドモードに設定される。

また被写体が低照度でない時は出力ライン２７が“Ｌ“
となり、ナントゲート２２の出力は“Ｈ″、アンドゲー
ト２３の出力はＶ″Ｈ“となり同期信号発生器１３はス
チルモードでフレームモードに設定される。

このように被写体が低照度でない時には、高解像度の画
像が得られると共に、被写体が低照度の時には、自動的
に隣接する光電変換セルの信号電荷を加算して読み出す
のでＳ／Ｎの高い信号が得られる。

そして第２モード切換回路で手動選択モードとした時は
、スイッチ回路２４が（ｂ）側に接続され、第３モード
切換回路２６の設定に従う。第３モード切換回路２６は
スチルモード時にフィールドモード、フレームモードを
任意に選択しうる。

スチルモード時にフィールドモードを選択した時には被
写体が低照度であってもＳ／Ｎの良好な画像が得られる
。また被写体が高照度であってもソフトフォーカスいわ
ゆるぼかし効果のある画像が得られる。

また、フレームモードを選択した時には高解像度のシャ
ープな画像が得られるものである。

ところで前述した様にフィールドモードにおいては第１
図に示す第２水平シフトレジスタの出力が用いられ、フ
レームモードにおいては第１、第２水平シフトレジスタ
が用いられるので、各モードの切換はスイッチ回路３０
で行なわれる０ 第３図はスイッチ回路３０の一実施例である。

ムービーモード或はスチルモードのフィールドモード時
には、スイッチ回路３０の接点は（ｂ）側に接続され、
第１図の信号ＩＣがＡＧＣ回路１７に伝達される。

又、フレームモードの時には、最初のフィールドではス
イッチ回路３０の接点は（ａ）側に接続され、次のフィ
ールドでは（ｂ）側に接続されて信号ＩＡ、ＩＢを順次
読み出し、信号ＩＡ、ＩＢはＡＧＣ回路１７へ伝達され
る。この切換は同期信号発生器１３の出力信号（信号線
３１）によって行われる。

このように、フレームモードの時フィールドにスイッチ
回路で切り換えているので、撮像素子内のオンチップア
ンプで発生するノイズが加算されることがなく、Ｓ／Ｎ
が低くなるのを防止できる。

第４図に低照度か否かの判別回路の一例を示す。図にお
いて３５は撮像素子からの映像信号を積分する積分回路
、３６はコンパレータである。

映像信号を積分回路３５で積分し、コンパレータ３６で
所定値と比較することにより低照度か否かが判断される
。又、積分回路３５の積分期間を制御することにより、
平均測光１部分測光等が自由に行える。

第５図はＡＥ制御を撮像素子の出力を用いないで行う場
合の制御回路の一例である。図において第２図と同様の
機能を有するものには符号に「ｌ」をつけて示した。２
９はシリコンフォトダイオード等の測光素子である。測
光素子２９の出力はＡＥ制御部１６′へ出力され、ＡＥ
制御部１６′は第２図の回路と同様にＡＧＣ回路１７′
。

アイリス・シャッタ制御回路１４′を制御する。

と同時にスチルモードで自動選択モードが選択されてい
る場合、測光素子２９の出力が低レベル、即ち被写体像
の照度が低い時には出力ライン２７′の信号レベルを“
Ｈ“として、フィールドモードを自動選択する。又、測
光素子２９の出力が高レベル、即ち被写体像の照度が高
い時には出力ライン２７′の信号レベルを２Ｌ“とじて
フレームモードを自動選択する。

第５図の例においては通常のカメラと同様に、測光素子
の配置により、平均測光９部分測光を任意に選択できる
。

以上はＦＴ−ＣＯＤを用いて説明したが、以下にＩＩＩ
、−ＣＣＤ及びＭＯＳ型について簡単に説明する。

第６図はインターライン転送方式のＣ０Ｄ（ＩＬ−ＣＣ
Ｄ）の概略図である。図示の様にＩＬ−ＣＣＤは光電変
換部である受光エレメント５１と、受光エレメント５１
に蓄積された情報電荷を、垂直レジスタ５３への転送を
制御するトランスファ・ゲートＴＧと、ＴＧによって受
光エレメント５１からの情報電荷を一時的に蓄わえる前
記垂直レジスタ５３と、垂直レジスタ５３からの情報電
荷を１水平走査期間（１，Ｈ）毎にＣＣＤ出力信号とし
て読出すための水平レジスタ５４及びオンチップアンプ
５５等から構成されている。

スチルモードについて考えてみると、撮影終奇 １後、即ちシャッタが閉じた後、奇数フィールドに対応
する受光エレメント（ｒＬｌ、ｒＬ２．・・・で示す）
の情報電荷が垂直レジスタ５３に転送され、そして水平
レジスタ５４よりＩＬ毎に読出され、奇数フィールドの
ＣＣＤ出力信号としてオンチップアンプ５５から出力さ
れる。このようにして奇数フィールドの信号がすべて読
出されてしまうと、次の偶数フィールド期間に偶数フィ
ールド（７Ｆ１１，７７Ｌ２・・・で示す）のＣＣＤ出
力信号が読出される。この様々動作をフレームモードと
し、フレームモードでの光電変換された情報電荷をＣ１
とする。

次にスチルモードでのフィールドモードでは隣接する一
対の奇数フィールドと偶数フィールドの情報電荷が垂直
レジスタ５３内で加算されて水平レジスタ５４に出力さ
れ、オンチップアンプ５５から出力される。この時の情
報電荷量第６図はＭＯＳ型の固体撮像素子の概略図であ
る。

図示の様にｙｒｏｓｍは受光エレメント６１と垂直走査
回路６３及び水平走査回路６２等から構成される。ＭＯ
Ｓ型の動作は良く知られているので説明は省略するが、
基本的にはＸ−Ｙ走査方式であるので先に述べた２フイ
ールドに分けるフレームモード、及び隣接する２素子の
信号電荷を加算して得るフィールドモードを容易に構成
できる。

その時読出される信号レベルは両モード間で当然異なる
。

このようにＭＯＳ型においても、或いはＩＬ−ＣＯＤに
おいても、フレームモードとフィールドモードで電荷量
が相異する。従って各素子においても例えば第２図また
は第５図の回路を用いることＫより、被写体照度に応じ
てフレームモードとフィールドモードを切り換えること
が可能となる。

以上の如く、本発明の撮像装置は、撮像素子を構成する
複数の光電変換セルのうち隣接する少くとも２つの光電
変換セルの信号電荷を加算して読み出す第１モードと、
各々の光電変換セル毎に信号電荷を読み出す第２モード
とを切り換えることができる。

従って高解像度のシャープな画像を得ることも加算によ
りＳ／Ｎの高い信号を得ることもでき、用途によって使
い分けが可能となる。また被写体照度が低い時第１モー
ドに切り換えることにより、低照度、撮影時にもＳ／Ｎ
の高い信号を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はフレームトランスファ型ＣＣＤの概略図、第２
図は本実施例の制御回路図、第３図は第２図のスイッチ
回路３０の内部構成を示す回路図、第４図は照度検出回
路図、第５図は他の実施例の制御回路図、第６図はイン
タライン型ＣＯＤの概略図、第７図はＭＯ８型固体撮像
素子の概略図である。 図におい−て、１は撮像部、２はメモリ一部、３は第１
水平シフトレジスタ、４は第２水平シフトレジスタ、１
１はＣＣＤ、１３は同期信号発生器、１５は第１モード
切換回路、１６はＡＥ制御部、１７はＡＧＣ，３０はス
イッチ回路を夫々示す。 出願人　　キャノン株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の光電変換セルをマトリクス状に配列した固
   体撮像素子を用いて被写体を撮像する撮像装置において
   、少くとも２つの前記光電変換セルの信号電荷を加算し
   て読み出す第１モードと各々の前記光電変換セル毎に信
   号電荷を読み出す第２モードとを切り換える切換手段を
   有することを特徴とする撮像装置。
2. （２）前記切換手段は被写体の照度に応じて前記第１．
   第２のモードを切り換えることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の撮像装置。
3. （３）前記切換手段は前記撮像素子の出力レベルにより
   前記第１．第２のモードを切り換えることを特徴とする
   特許請求の範囲第２項記載の撮像装置。