JPS6053383A - 電子カメラにおける撮像方式 - 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】 し発明の技術分野］ この発明は、固体撮像素子を用いて静止画（象を撮像・
記録する電子カメラにおけるＲ像方式（口開する。

［発明の技術的背景とその問題点］ ＣＯＤやＭＯＳ等からなる固体１■像素子を用（また撮
像装置は、動画像のＩｔｓ像用であるビデ７１Ｊ］メラ
として既に実用化されはじめ１いるが、最近ではこの固
体撮像素子を静止画像の撮１儀に利用りる、いわゆる電
子）ｙメラが注目されている。

ビデオカメラの場合、感光面の露光時間は）ｍ富、テレ
ビジョン走査の１フレーム１こ相当する１　、’　３０
秒一定−Ｃあり、感光面の全画素の電荷を読出すのに要
づる時間もまた１／３０秒一定である。これに対し、電
子カメラでは従来からのフィルム使用のカメラと同様、
シャッタが用いられ、その露光時間（シャッタ時間）は
数秒〜１／　１０００秒程度８広範囲に変化する。この
ためビデオカメラではあまり問題とならなかった暗電流
の影響が問題となる。

づなわち、固体撮像素子はフォ１−ダイオードのような
光電変換素子からなる画素を二次元に配列して感光面が
構成されており、各画素は入射光による信号電荷以外に
雑音として熱励起による電荷を発生づる。この熱励起に
よる雑音電荷に基く電流が暗電流と呼ばれるもので、出
力画像信号のＳ／Ｎを低下させる要因となる。

この暗電流は周囲温度により指数関数的に増大し、また
電荷Ｎ積時間に比例して増加する。従って、特に周囲湿
度が高く、しかもシャッタ時間が長い場合には、暗電流
にょるＳ　、／　Ｎ低下が大きな問題となってくる。

［発明の目的］ この発明の目的は、周囲湿度の変化やシャッタ時間によ
らず、ｖＪ雷電流影響による雑音の少ない静止画像信号
出力が１９られるようにした電子カメラにおける撮像方
式を提供でることにある。

［発明の概要］ この発明は、握甫に先立ち撮像条件と同一条件下で暗電
流に起因する雑音信号成分を生成して記憶しておき、撮
像時に１縛られた雑音信号を含む静止画像信号からこの
雑音信号を差引くことにより、暗電流の影響を除去する
ものである。

すなわち、この発明ではシャッタを開く前に設定された
シャッタ時間と同一時間前記感光面に入射光に依存せず
に発生ずる雑音電荷を蓄積させ、その雑音電荷を続出し
て記憶素子に轡込ｌυだ後、シＶツタを設定されたシャ
ッタ時間の間問いで感光面に被写体からの光による信号
電荷を蓄積させ、その信号電荷を静止画像信号とし′Ｃ
読出し、この静止画像信号と前記記憶素子から読出した
雑音信号とを減算して雑音信号の除去された静止画像信
号を１９、これを記録することを特徴としている。

［弁明の効果］ この発明によれば、撮像時に蓄積される暗電流となる雑
音電荷と同じ房の雑音電荷に起因する雑音信号を静止画
ｍｆｉ号から差引くことにより、周囲温度、シャッタ時
間によらず常にＳ／Ｎの良好な静止画像信号を得ること
ができる。

［発明の実施例］ 第１図はこの発明の一実施例に係る電子カメラの構成を
示１ものである。

図において、被写体からの光１は撮像レンズ２、較り３
およびシＸ・ツタ４等を経由して固体１ｔｌｆ！素子５
に導かれる。シャッタ４は機械的なものでもＪ：いし、
いわゆる光学シャッタとして知られる透明度が外部制御
により変化するものでもよい。

固体１．７５　（！＋素子５は例えば第２図に示１よう
な公知の−ｒンターライン転送形ＣＣＤ　ｔｆｆａ像素
子が用いられる。この囮像素子はフォトダイオードのよ
うな光電変換素子からなる画素２１を二次元に配列して
感光面２２を構成し、各画素２１に入射光Ｍに応じた電
荷を蓄積し、その蓄積電荷をフィールドシフトパルスＰ
ｓにより垂直転送部２３に移し、水平転送部２４を経て
出力回路２５から電気信号く画像信号）とじ−Ｃ取出す
ようにしたものである。

なお、各画素２１の発生電荷は、実際はその下のポテン
シャル井戸に蓄積され、また転送部２３゜２４は転送り
ロックパルスｐｖ、Ｐ＋イによりポテンシャル井戸の深
さを順次変えることで電荷の移動を行なう。

固体撮像素子５の出力信号＋Ｊ、増幅器６で増幅された
後、処理される。づなわち、７，８．１０は７′。

アナログスイッヂ、９は水平ｔランキングレｌ＼ルのホ
ールド用コンデンサ、１１は固体１醇像素子５の出ノｊ
信号の直流オフセット除去ど、前記雑音信号の除去のた
めの減算処理を行なう差動増幅器、１２はこの差動増幅
器１１の出力をディジタル化するＡ／Ｄ変換器、１３は
このＡ　、−′Ｄ変換器１２より出力される雑音信号（
暗電流データ）の記憶のためと、雑音信号除去後の静止
画像１５号を記憶するためのメモリ、１４はこのメモリ
１３の出力をアナログ信号に戻すためのＤ　／’　Ａ変
換器である。

またタイミング制御回路１５は、シャッタボタン１Ｇか
らの信号および自動または手動で設定されたシャッタ速
度や絞り値の情報等によって各部の動作を制ｔｐ＋＋−
８１る回路である。

以下、この実施例における’１１ｍ動作を第３図、第７
１図の夕、イムチャートを参照して説明づる。

静止画像を撮像する場合、まず図示しない測光手段によ
り被写体の明るさを測り、それに基き校り１１１おにび
シャッタ速度を例えば手動で決定づる。

次にシトツタボタン１６を押すと、まず固体撮像素子５
の感光面２２上の不要の残留電荷を除くため、第３図（
ａ　）に示す第１のフィールドシフ１−パルスＰｓ１を
固体撮像素子５に供給し各画素２１の残留電荷を垂直転
送部２３に移し、さらに垂直転送部２３、水平転送部２
４に転送りロックパルスＰＩ−１，ＰＶを供給し°Ｃ各
画素２１および転送部２３．２４内の電荷を外部へ袢出
す。この状態ではタイミング制御部回路１５よりの制御
信号Ｓ１は′０°′Ｃあり、スイッチ７は開の状態とな
っているため、固体１１ｔｕ像素子５より出力された残
留電荷信号は１麦段には伝わらない。

次に、第１のフィールドシフ１へパルス１〕Ｓ１が終了
してシャッタ時間と同一時間（Ｔ秒）経過した時点で第
２のフィールドシフトパルスＰｓ２か固体撮像素子５に
供給される。これによりＴ秒間に各画素２１に蓄積され
た雑音電荷が読出され、転送りロックパルスＰＨ，ＰＶ
により固体１吊像素子５より暗電流データすなわち雑音
信号として出力される。第２のフィールドシフトパルス
ＰＳ２の発生後、制御信号Ｓｌは“１°°となりスーｒ
ｙデフが閉となって、各画素の暗電流データはスイッチ
８、差動増幅器１１、Ａ／Ｄ変換器′１２を介しメモリ
１３に記憶される。

なお、固体撮像素子５の出力画像信号を増幅する際、出
力画像信号には第４図に示す如く直流オフセットΔが含
まれるため、水平ブランキングレベルをサンプルパルス
ＰＣによりスイッチ８でリンブリングし、コンデンサ９
にホールドしておき、このブランキングレベルと出力画
像信号との差を差動増幅器１１でとってからＡ／Ｄ変換
器１２を介してメモリ１３に記憶させた方が望ましい。

他の方法として、ブランキングレベルをサンブリンクし
Ａ／Ｄ変換しブランキングレベルをディジタル１ｆｆｌ
　Ｐメモリに記憶させ、そのディジタル値を再びＤ／△
変換し差動増幅器１１の反転入ツノ端に与え“Ｃも良い
。この後者の方法によるブランキングレベル保持のため
Ａ　／　Ｄ変換器、メモリ、Ｄ／Ａ変換器は第２図の１
２．１３．１４を利用することも可能である。

第２のフィールドシフトパルスｐｓ２の終了後、シャッ
タ４が間き、各画素２１に被写体からの光入力による信
＠電荷が蓄積される。そしてＴ８後シャッタ４が閉じ、
直ちに第３のフィールドシフ１−パルスＰｓｇが固体ｍ
検素子５に供給され、信号電荷が垂直転送部２３に移動
され、さらに転送りロックパルスＰ）１．ＰＶによって
静止画像信号として固体撮像素子５より出力される。こ
の静止画像信号出ツノはスイッチ７．８を経て増幅器１
１で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１２によりディジタル
化されてメモリ１３に書込まれる。このとき最初にメモ
リ１３に書込んだ暗電流データが同時に読出され、これ
がＤ　、−’　Ａ変換器１４を介しＣ差動増幅器１１の
反転入力端へ入力される。この制御はタイミング制御回
路１５よりの制御信号Ｓ２をスイッチ１０に供給するこ
とによって行なわれる。

この場合、メモリ１３よりの暗電流データ読出しのタイ
ミングを制御して、固体Ｗｉ像毒素子より出力されてい
る画像信号と同一画素の暗電流データを差動増幅器１１
に供給覆ることが望ましい。

これは、暗電流は厳密には素子製造時のバラツキ（半導
体基板の不純物密度、不純物拡散等）により画素毎にも
異なり、またその温度特性も異なるためである。このよ
うな動作をくり返づことにより、メモリ１３の内容は暗
電流データから、画像信号による雑音信号成分を差引い
たデータに書き替えられる。

なお、上述の説明では、電３図（ａ）のタイムヂャート
より明らかなように、固体搬像素子５に転送りロツパル
スＰＨ，ＰＶが供給されている胱出し期間よりシャッタ
時間Ｔが長い場合を例示したが、続出し期間が−Ｖ秒よ
り長い場合は第３図′（Ｉ））に示すようにづれはよい
。すなわち、第１のフィ−ルドシフ１〜パルスＰｓｉの
発生後、残留電荷を胱出し、終了後直ちに第２のフィー
ルドシフ１〜パルスＰＳ２を供給し雑音信＠を続出す。

一方、第２のフィールドシフ１〜パルスＰｓ２の終了後
、シＶツタ４が間き、Ｔ８後シャッタ４は閉じる。しか
しながら、シャッタ４が閉じた時点で雑音信号の読出し
は完了していないので、その読出し終了後直ちに第３の
フィールドシフトパルスＰＳ３を与え、画像信号を読み
出す。第３図（ｂ）の場合も、画像信号読出し期間の各
画素の信号より雑音信号読出し期間の対応覆る各画素の
信号を差引くことにより、画像信号成分のみが得られる
。

このようにして、雑音電荷蓄積時間とシャッタ時間（露
光時間）を同一とすることにより、最終的にメモリ１３
に占込まれるデータは暗電流の影響のない画＠信号のみ
となり、シャッタ速度あるいは周囲温度に関係なく良質
な静止画像が行られこの発明は上ｊボした実施例に限定
されるものではなく、例えば上記の説明では測光の１夷
絞り値、シャッタ速度を決定し、その後シャッタボタン
１６を押して撮像したが、自動測光、自動絞り等、全て
自動で行なう場合にはシャッタボタン１６を押した後、
測光、絞り、シャッタの速度設定を自動的に行ない、設
定後節１のフィールドシフミーパルスＰＳＩを与えれば
良い。

また、メモリ１３に画像信号を轡込んだ後の処理も種々
変形が考えられる。例えばメモリ１４の出力を磁気シー
ト、磁気デーブ、光ディスク等の大音量メモリに、また
アナログの形式の場合メモリ１３よりＤ　、−’　Ａ変
換器１４を介して記録してもｊ：い。その際、必要に応
じて変調器を使用することができる。まディジタル形式
で記録覆る場合は、メモリ１３より直接出力する。この
場合も必要ならディジタル用変調器を使用してよい。

また、上記人容吊メモリをメモリ１３の代わりに使用す
ることが可能である。さらにアナログ記録の場合）よ、
第２図△／Ｄ変換器１２、メモリ１３、Ｄ、／′Δ変撲
器１４は不要となり、ディジタル記録の場合はメモリ１
３が不要となる。

また、実施例では雑音信号を全ての画素から読出して画
素毎に画像信号と減算したが、全画素からの雑音信号を
同一とみなし、ある特定の画素からの雑音信号を全ての
画素からの画像信号と滅輝しても撮像素子製造上のバラ
ツキによる各画素間の暗電流のバラツキが少ない場合は
、実用上十分である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る電子カメラの構成図
、第２図は同実施例における固体撮像素子の１霞成を概
念的に示す図、第３図および第４図は同実施例の動作を
説明するためのタイムチャートである。 １・・・被写体光、２・・・撮像レンズ、３・・・絞り
、４・・・シ１アツタ、５・・・固体撮像素子、６・・
・増幅器、７゜８．１０・・・アナログスイッチ、９・
・・ホールド用コンデンリ°、１１・・・差動増幅器、
１２・・・Ａ／Ｄ変換器、１３・・・メモリ、１／Ｉ・
・・１）７・′△変ｊａ器、Ｉ　５・・・タイミングｆ
ｌｉ’ｌ　６１１回路、１６・・・シ＼・・フタ１１ζ
タン、２１・・・画素（光電変換素子）、２２・・・感
）］川、２３・・・垂直転）Ｘ部、２４・・・水平転送
部、２１）・・・：１１力回路。 出願人代理人　弁理士　鈴７１武ｉ″り第２１り１ ＷＡ３図 （ａ） （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　入射光用に応じた電荷を蓄積する画素を二次元
   に配列して構成した感光面を有する固体撮像素子を用い
   て静止両件を撮像し記録する電子カメラにおいて、前記
   感光面の前方に配置されたシャッタを間く前に、設定さ
   れたシャッタ時間と同一時間前記感光面に入射光に依存
   せずに発生ずる雑音電荷を蓄積させ、その雑音電荷を読
   出して記憶素子に書込んだ後、前記シトツタを前記設定
   されたシャッタ時間の間開いて前記感光面に被写体から
   の光による信号電荷を蓄積させ、その信号電荷を静止画
   像信号として読出し、この静止画像信号と前記記憶素子
   から読出した雑音信号とを滅詐して、雑音信号の除去さ
   れた静止画像信号を得、この静止画像信号を記録するこ
   とを特徴とする電子カメラ１こおける県１ヤ方式。 （２１読出した静止画り信号と記憶素子から読出した雑
   音信号との減算を感光面の各画素毎（二１１なうことを
   特徴とする特許請求の範囲第１■頁Ｒ［！載の電子カメ
   ラにおける撮像方式。 （３）　雑音信号を記憶する記憶素子を静止画像信号の
   記録手段と共用することを特徴とリイ）１１Ｋｉｌｌへ
   の範囲第１項記載の電子カメラに樹プる撮像方式。