JPS62290279A - 電荷結合素子による撮像装置 - 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】 ３、発明の詳細な説明 一産業上の利用分野一 本発明は、ＣＣＤ　（電荷結合素子）による固体撮像方
式に係り、特に露光制御のための信号電荷蓄積移動方式
に関する。

一発明の背景− ビデオカメラやスチルビデオカメラにおける撮像手段と
して、固体撮像素子の光電変換によって画素毎の光電荷
として蓄積し、このＰ５積電荷を読出すことで画像信号
を得る固体撮像方式のものが普及してきている。

この固体撮像方式において、固体撮像素子の受光部露光
時間制御手段として、機械式シャフタや′酵゛貌子シャ
ッタさらにはストロボと絞りｔＡａによるものがある。

ｊ′！械式シャッタは、その開で固体撮像素子の受光部
を露光開始し、その閉で固体撮像素子の光電荷の蓄積を
終了するようにして露光制御を行う。この固体撮像素子
での信号電荷の転送用ＣＯＤへの移動は垂直同期信号に
同期して１７６０秒毎に行われるが、シャッタが開いて
いる期間はこの移動を禁止しておくことにより長時間露
光にも対応できる。

一方、電子シャッタは、光学系の機械式シャッタを露光
時間に較べて十分に長い時間開にしておくか、又は機械
式シャッタ無しで固体撮像素子に光が当っている状態に
しておき、露光時間の制御を固体撮像素子の電位制御で
行う、具体的には、まずＣＣＤのオーバフローコントロ
ールゲート（ＯＦＣＧ）の電位ヲ下げておき、光学系か
らの光によって発生した受光部電荷は全てオーバフロー
ドレイン（ＯＦＤ）に流出させて電荷蓄積を抑え、露出
開始チオ−へフローコントロールゲートの電位を上げて
Ｍｌｌを開始し、この信号電荷の蓄積が十分になる設定
時間後に受光部電荷を転送用ＣＯＤに移動させて露光終
了になる。

また、ストロボと絞りによる方式は、ストロボの光量と
被写体との距離に合わせた絞り設定とするか、又はカメ
ラの絞りに合わせたオートストロボによって露光量とし
て調整する。

一発明が解決しようとする問題点− 従来の機械式シャッタによるものは、固体撮像素子のラ
チチュードが銀塩フィルムに比べて非常に狭いことから
、銀塩フィルム用カメラのシャッタ精度では十分な露光
時間精度を得ることができない問題があった。

また、電子シャッタ方式では一度に転送用ＣＯＤへ移動
される信号がフィールド分だけであり、他のフィールド
の信号は受光部に残っているため露光オーバとなってし
まい、結果的にフィールド撮影しかできない問題があっ
た。

また、ストロボと絞りによる方式は、ストロボの光量と
被写体との距離が分っていても、被写体の反射率によっ
ては受光部への入射光量が変り、最適な絞りは正確には
設定できないし、できたとしても設定に手間取る問題が
あった。さらに、オートストロボでは高精度のものが要
求され、重版のものでは対応できないものであった。

本発明の目的は、簡易型遮光手段を光学系に設けながら
高精度の露光制御になりしかもフレーム撮影ができる固
体撮像方式を提供するにある。

一問題点を解決するだめの手段− 前述した問題を解決するため、本発明は、画素毎の光電
変換部を持つ受光部と、この受光部の蓄積電荷を排出制
御できるオーバフロー電極と、前記受光部の蓄積電荷を
画素毎に蓄積及び読出し転送する遮光された転送部と、
光学系から前記受光部への光入力を遮断できる遮光手段
とを備え、前記遮光手段による遮光を解除させた後、前
記オーバフロー電極による蓄積電荷の排出を停止させこ
の時点から設定時間後に前記受光部の各蓄積電荷を前記
転送部に移動させ、前記遮光手段による前記受光部の遮
光後に前記オーバフロー電極の制御によって該受光部の
蓄積電荷を排出させ、この排出終了後に前記転送部の蓄
積電荷のうち一方のフィールドに属する画素の電荷を前
記受光部へ戻し、他方のフィールドに属する画素の電荷
を読出し、この読出終了後に前記受光部に戻した１フイ
一ルド分電荷を前記転送部へ移動させて該電荷の読出し
を行うようにしたものである。

一実施例− 第４図（Ａ）は４相駆動方式のＣＯＤ　（電荷結合素子
の要部平面図を示し、その Ａ−Ａ　′線に沿った断面図を第４図（Ｂ）に示す。受
光部になる画素毎の光電変換部１ｏｏｏ、１［υＥＮの
蓄積電荷はその一側のトランヌファゲート２の′上圧制
御で遮光された転送部３へ移動され、また他方の側に設
けられるオーバフローコントロールゲート４の電圧制御
でオーバフロードレイン５への掃出しがなされ、転送電
極６１〜６４に印加される位相φｌ〜φ４の電圧制御に
よって転送部３へ移動された信号電荷の読出しがなされ
る。この転送電極６１〜６４への電圧井戸の形成と電荷
転送は第５図に示すようになる０図中、斜線部分が電荷
量として示される。

こうした構造の電荷結合素子において、本実施例による
露光制御は、光学系に具備するシャッタ（又はアイリス
）による遮光制御と共に行われる。その制御手順は、レ
リーズボタンが押されたときにシャッタを開き、光電変
換部１　ｏｏｏ　　、　ｌ　Ｅｌ／Ｅ１１の電荷掃出し
をし、この後に光電変換部に信号電荷の蓄積を開始させ
、設定時間（露光時間）後に光電変換部１　ｏｏｏ　　
、　Ｉ　Ｅｖ［ｍの各電荷を転送部３に移動させ、この
後シャッタを閉じる。シャッタが完全に閉じた後、転送
部３の蓄積電荷のうち一方のフィールドに属する電荷を
光電変換部１ｏｏｏ　　（又はｌ　ＥＶＥ）ｌ）に戻し
、転送部３に残る他方のフィールドに属する電荷を読出
す。

この読出し終了後、光電変換部Ｌｏｏｏに戻した信号電
荷を再び転送部３に移動させて読出す０以上までの露光
制御を以下に詳細に説明する。

第１図は本実施例によるタイムチャートを示す、レリー
ズボタンの操作入力によってシャッタを開く（時刻１＋
）と同時に転送部　　　　　゛極６１〜６４に信号φ１
〜φ４を与えて転送部３内の信号電荷を全て読出して空
（電荷量）の状態にする（期間Ｔ１）、この期間Ｔ１で
の光電変換部１ｏｏｏ　　、　ＩＥＶＥＮは第２図（ａ
）に示すように、シャツタ開によって電荷が発生するが
、オーバフローコントロールゲート４のレベルを低くし
ておくことで全てオーバフロードレイン５側に掃出し、
蓄積を抑止する。

転送部３の掃出しが終了した時点（ｔ２）で第２１１　
（ｂ）に示すようにオーバフローコントロールゲート４
のレベルを高くすることで光電変換部１ｏｏｎ　　、　
１ｔｖＥＮでの電荷蓄積が開始すなわち露光開始になる
。

上記蓄積開始から設定時間（露光時間）だけ経過したと
き（時刻ｔ３）、光電変換部１ｏｏｏ　　、　ＩＥＶＥ
Ｎの蓄積電荷を夫々転送部３に移す、この様子は第３図
の（＆）、（ｂ）に示し、電荷は光電変換部１　［Ｖｆ
Ｎ及びｌ　ｏｏｏに蓄積さ、れた状態から（第３図ｇ）
、転送電極８２　　＊　６．ａ及びトランスフ１ゲート
２のレベル下げによって転送部３へ移動した状態になる
（第３図ｂ）０次に、転送電極６２　。

６４及びトランスファゲート２のレベルを上げ転送部３
と光電変換部１’ｏｏｏ　　、　１ＥｖｔＮとを分離さ
せ（第３図ｃ）、またオーバ２０−コントロールゲート
４のレベルを下げて光電変換部１　ｏｏｏ　　、　’ｌ
　ＥｖｔＮの電荷蓄積を防止する（第３図ｄ）＝この状
７ｇでシャッタが完全に閉じるのを待つ、　、 シャッタが完全に閉じたとき（第１図の時刻ｔ４）、オ
ーバフローコントロールケート４のレベルを上げ（第３
図ｅ）、転送電極６４のレベルを下げると共にトランス
ファゲート２のレベルを下げる。これによって、転送電
極６４下の蓄積電荷はその転送部３位置に止まるが、転
送電極６２下の電荷は光電変換部Ｉ　ＥＶＥＮにまで広
がる（第３図ｆ）６次に、転送電極６２のレベルを上げ
転送電極下の電荷を全て光電変換部Ｉ　ＥＶＥ）Ｉに移
しく第３図ｇ）、つづけて転送電極６４のレベルを上げ
てからトランスファゲート２のレベルを上げる（ｍ３図
ｈ）、これにより、光電変換部Ｉ　ＥＶＥＮの露光によ
る蓄積電荷は該部分に戻され、光電変換部ｉ　ｏｏｏの
Ｍ積電筒は転送部３に蓄積されたままになる。このとき
、シャッタは閉じているため、暗電流を除いて光電変換
部Ｉ　ＥＶＥＮの電荷変動はない。

この状態で転送電極６４下の電荷が前述の信号φ１〜φ
４によって垂直同期信号 Ｖ’Ｓ　Ｙ　Ｎ　Ｃに同期して読出される（第１図の期
間Ｔ２）、この読出し終了時（時刻ｔ５）、転送電極６
２のレベルを下げると共に転送電極６４のレベルを上げ
（第３図ｉ）、さらに転送電極６２のレベルを下げると
共にトランスファゲート２のレベルを下げることによっ
て光電変換部Ｉ　ＥＬＨＮの蓄積電荷を転送部３に移動
させる（第３図り、次に、トランスファゲート２のレベ
ルを上げ、つづけて転送電極６２のレベルも上げること
により、転送部３の電荷を信号φ１〜φ４によって読出
しがなされる（第１図の期間Ｔ３）。

一発明の効果− 以上の説明から明らかなように１本発明は電子シャッタ
方式において、受光部の蓄積電荷を一旦転送部に移動さ
せ、１フイ一ルド分の電荷を遮光した受光部に戻して転
送部の残りの１フイ一ルド分の電荷を読出し、その後に
受光部の電荷を転送部に移動と読出しを行うようにした
ため、露光時間の高精度制御に簡易遮光手段を使いなが
らフレーム撮影も可濠となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における露光制御のタイムチャート、第
２図は第１図におけるシャツタ開までのＣＣＤの制御態
様を示す図、第３図は第１図における電荷蓄積、移動、
読出しの制御態様を示す図、第４図（Ａ）はＣＯＤの要
部平面図、第４図（Ｂ）は第４図（Ａ）のＡ−Ａ′線に
沿った断面図、第５図は転送部の転送電極と電荷状態を
示す図である。 １ｏｏｏ　　、　１ｔｖＥｓ　　−光電変換部、２・・
・トランスファゲート、　　３・・・転送部、４・・・
オーバフローコントロールケート、５・・・オーバフロ
ードレイン、 ６１　　＋　６２　．６３．６ａ・・・転送電極。 特許出願人　　小西六写真工業株式会社第１図 第２図 （ｂ）　［

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）画素毎の光電変換部を持つ受光部と、この受光部の
   蓄積電荷を排出制御できるオーバフロー電極と、前記受
   光部の蓄積電荷を画素毎に蓄積及び読出し転送する遮光
   された転送部と、光学系から前記受光部への光入力を遮
   断できる遮光手段とを備え、前記遮光手段による遮光を
   解除させた後、前記オーバフロー電極による蓄積電荷の
   排出を停止させこの時点から設定時間後に前記受光部の
   各蓄積電荷を前記転送部に移動させ、前記遮光手段によ
   る前記受光部の遮光後に前記オーバフロー電極の制御に
   よって該受光部の蓄積電荷を排出させ、この排出終了後
   に前記転送部の蓄積電荷のうち一方のフィールドに属す
   る画素の電荷を前記受光部へ戻し、他方のフィールドに
   属する画素の電荷を読出し、この読出終了後に前記受光
   部に戻した１フィールド分電荷を前記転送部へ移動させ
   て該電荷の読出しを行うことを特徴とする電荷結合素子
   による撮像方式。