KR20020063514A - 촬상 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 촬상 장치 및 촬상 소자에 관한 것이다. 촬상 장치는 복수의 화소가 2차원적으로 배열되는 촬상 소자를 포함하고, 수신된 광으로부터 광전 변환되고 각 화소에 축적되는 전하는 임의의 화소로부터 배출될 수 있다. 촬상 소자는 피사체를 포함하는 화상의 픽셀들에 대응하는 전하를 생성하는 제1군 화소, 피사체로부터 반사되는 광량에 대응하고 검출된 값으로 더 변환될 전하를 생성하는 제2군 화소를 포함한다. 촬상 소자에서는 검출된 값이 임계치를 초과할 때, 제1군 화소에서 전하의 생성을 중단시키고 제1군 화소로부터 전하를 배출하는 적어도 2가지 동작이 행하여진다.

Description

촬상 장치{IMAGE-CAPTURING APPARATUS}

본 발명은 촬상 장치 및 촬상 소자에 대한 것으로, 더 상세하게는, 고체 촬상 소자의 전자 셔터 기능, 광 검출 기능을 이용하여 노광량을 제어할 수 있게 한 전자 스틸 카메라 등의 촬상 장치 및 그것에 이용하는 촬상 소자에 관한 것이다.

최근의 전자 기술의 발달에 의해 광학상을 화상 데이터로 변환하여 기억할 수 있는 디지털 스틸 카메라와 같은 전자 스틸 카메라가 개발되어 시판되고 있다. 그런데, 일반적인 전자 스틸 카메라에서는 릴리스 스위치의 반 누름으로 촬상 소자를 이용하여 측광(測光)을 개시하고, 완전 누름 시에 상기 측광 결과에 기초한 셔터 속도 및 조리개 직경으로 촬영을 행하게 되어 있다.

또한, 실내나 야간 등의 촬영 시에, 피사체로부터 충분한 반사광이 얻어지지 못하는 경우를 상정하여, 일반적인 전자 스틸 카메라에서는 자동 조광 스트로보가구비되어 있다.

자동 조광 스트로보는 스트로보 혹은 렌즈에 근접하여 포토다이오드 등의 수광 소자를 마련하고, 발광한 광이 피사체로부터 반사했을 때에, 이 반사광량을 검출하고, 적정량이 된 시점에서 스트로보 광의 발광을 정지시킴으로써 노광량을 제어하는 것이다.

또한, 특공평 6-87582호 공보, 특공평 6-71323호 공보에 기재된 카메라과 같이, 스트로보 광의 반사광량의 검출은 전용 수광 소자로 행하지만, 노광의 제어는 스트로보 광의 발광 정지가 아니라, 촬상 소자에서의 전자 셔터의 동작에 의해 행하고 있는 예도 있다.

한편, 피사체 휘도가 변화하는 장면에서는 릴리스 스위치를 반 누름한 단계에서의 피사계 휘도와, 릴리스 스위치를 완전 누름했을 때의 피사계 휘도가 다르게 되어, 그것에 의해 부적절한 노광이 행해질 우려가 있다.

릴리스 스위치에 반 누름이 없는 카메라인 경우, 릴리스 조작으로 측광·측거(測距)를 개시하고, 완료된 후에 바로 노광을 행하는 경우도 있다. 이러한 경우, 릴리스를 눌렀을 때로부터, 실제의 노광까지 타임러그가 생기기 때문에, 피사체의 상태가 변하는 등, 촬영자의 의도와는 다른 장면이 촬영될 우려가 있다.

이에 대하여, 측광용 소자를 별개로 마련하면, 릴리스 시에 촬상 소자에 의해 광전 변환을 한창 행하고 있는 중간에도 측광 동작을 행할 수 있어, 피사계 휘도의 변화에 따라 셔터 속도를 빠르게 하거나 느리게 하거나 할 수 있고, 그에 따라 적정한 노광을 행할 수 있다. 그러나, 측광 소자를 별개로 마련하면, 전자 스틸 카메라의 비용이 증대하고, 또한 대형화한다는 문제가 생긴다.

또한, 전원 스위치가 온 조작됨에 따라, 측광 동작을 반복하여 행하고, 릴리스 스위치에 응답하여 촬영을 행하는 카메라도 알려져 있다. 이러한 카메라에 따르면, 릴리스 전에도 측광 동작을 행하고 있기 때문에, 피사계 휘도가 변화하는 장면에서도, 예를 들면 휘도 평균값을 취하는 등으로서, 보다 적절한 노광을 행할 수 있다. 그러나, 이러한 카메라에 있어서는 전원 스위치의 온 조작 후에 측광 동작을 속행하여 행하기 때문에 전력 소비가 커지고, 배터리를 이용한 경우, 촬영 매수가 한정된다는 경향이 있다.

한편, 전원 스위치를 온 조작한 후부터 오프 조작할 때까지는 미약하지만 전류가 회로 내에 흐르고 있고, 그에 따라 전력 소비가 일어나고 있다. 이것을 억제하기 위해서, 전원 스위치의 온 조작 후에 일정 기간 릴리스 조작이 이루어지지 않은 경우, 전원을 자동적으로 차단하는 카메라도 개발되고 있다. 그러나, 이러한 카메라에 있어서는, 전원 스위치의 온 조작 후의 일정 기간 내에는 반드시 전력 소비가 일어나게 되고, 이것을 저지하는 구성이 기대되고 있다.

그런데, 자동 조광 스트로보를 설치하는 경우, 스트로보 광의 발광부 이외에, 수광 소자를 전자 스틸 카메라 전면에 배치할 필요가 있고, 그 설치 스페이스를 적절하게 확보하지 않으면 안된다는 문제가 있다. 특히, 제품의 컴팩트화 촉진이나 디자인을 우선하는 사상이 주류가 되고 있어, 작은 부품이라도, 설치 스페이스를 확보하는 것은 점점 곤란한 상황이 되고 있다. 또한, 수광 소자 이외에도 스트로보 광을 정지시키기 위해서 스트로보 발광관에 가해지는 전압을 쇼트시키기 위한 반도체 소자가 필요해지고, 이들 요소를 이용하는 것으로 제품 비용이 증대한다.

또한, 상술한 공보에 기재된 기술에서, 고체 촬상 소자로 노광 제어를 행하는 경우에는 스트로보 발광을 정지시키기 위한 반도체 소자가 불필요하지만, 적어도 수광 소자는 필요하며, 따라서 상술한 설치 스페이스 확보의 문제나 비용의 문제는 잔존한다.

또한, 수광 소자를 사용한 경우, 부착 정밀도의 오차에 의해 입사 각도나 입사 방향이 변화하고, 실제 촬상하는 범위와, 스트로보 광 검출 범위가 어긋나게 되는 경우가 있어, 수고스러운 조정을 행하지 않으면 정확한 조광이 곤란하다는 문제도 있다.

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 소비 전력을 낮게 억제할 수 있고, 또는 적정한 노광을 행할 수 있는 촬상 장치를 제공하는 것을 제1 목적으로 한다.

또한, 필요한 부품수나 조정 공정수를 감소시킴으로써 비용이 낮고, 디자인면에서도 제약이 적거나 또 오차가 작은 조광이 가능한 촬영 장치 및 그것에 이용하는 촬상 소자를 제공하는 것을 제2 목적으로 한다.

도 1은 본 실시 형태에 따른 CMOS형 촬상 소자의 등가 회로도.

도 2는 도 1의 촬상 소자를 포함하는 촬상 소자 회로(20)의 개략 구성도.

도 3은 촬상부(54)에서의 화소의 배열을 나타내는 개략 구성도.

도 4는 도 3의 촬상부를 이용한 경우에서의 신호 추출용 배선도.

도 5는 본 실시 형태의 변형예에 관한 촬상부(54)에서의 화소의 배열을 나타내는 개략 구성도.

도 6은 도 5의 촬상부를 이용한 경우에서의 신호 추출용 배선도.

도 7은 별도의 변형예에 관한 촬상부(54)에서의 화소의 배열을 나타내는 개략 구성도.

도 8은 도 7의 촬상부를 이용한 경우에서의 신호 추출용 배선도.

도 9는 본 실시 형태에 따른 촬영 장치의 일례인 전자 스틸 카메라의 개략 구성을 나타내는 도면.

도 10은 제1 실시 형태에 관한 전자 스틸 카메라의 동작을 나타내는 흐름도.

도 11은 제2 실시 형태에 관한 전자 스틸 카메라의 동작을 나타내는 흐름도.

도 12의 (a)는 제3 실시 형태에 관한 전자 스틸 카메라의 개략 구성도이고, 도 12의 (b)는 촬상 소자(22)를 피사체측에서 본 도면.

도 13은 본 실시 형태에 따른 촬영 장치의 일례인 전자 스틸 카메라의 개략 구성을 나타내는 도면.

도 14는 스트로보 발광 특성도.

도 15는 (피사체 거리)×(조리개)가 작을 때의 스트로보 발광 특성을 나타내는 도면.

도 16은 (피사체 거리)×(조리개)가 클 때의 스트로보 발광 특성을 각각 나타내는 도면.

도 17은 본 실시 형태의 촬영 제어 흐름을 나타내는 도면.

도 18은 도 17의 스트로보 노광 제어의 변형예에 대하여 상세하게 설명하는 촬영 제어 흐름을 나타내는 도면.

도 19는 본 실시 형태에서의 CMOS형 촬상 소자의 회로 구성도.

도 20은 본 실시 형태의 타이밍차트도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

7 : 비교기

22 : CMOS형 촬상 소자

23 : 촬상 소자 제어 회로

24 : 릴리스 스위치

25 : 전원 스위치

27 : MPU

50 : 화소

50a : 제1군 화소

50b : 제2군 화소

51 : 타이밍 발생기

52 : 수직 시프트 레지스터

53 : 수평 시프트 레지스터

54 : 촬상부

55 : 출력 증폭기

제1의 본 발명의 촬상 장치는,

화상을 촬상하는 제1 광전 변환 소자,

측광을 목적으로 광량을 측정하는 제2 광전 변환 소자, 및

촬영 개시 신호를 출력하는 신호 출력 수단을 포함하고,

상기 제1 광전 변화 소자에 의해 행해지는 제1 광전 변환 동작 및 상기 제2 광전 변환 소자에 의해 행해지는 제2 광전 변환 동작은 상기 촬영 개시 신호에 응답하여 개시되고, 상기 제2 광전 변환 소자에 의해 행해지는 상기 제2 광전 변환 동작의 결과로서 얻어진 신호 값이 소정치에 도달할 때 상기 제1 광전 변환 소자에 의해 행해지는 상기 제1 광전 변환 동작이 종료되는 것을 특징으로 한다.

제2의 본 발명의 촬상 장치는, 제1의 본 발명의 촬상 장치에 있어서, 상기 신호 출력 수단이 릴리스 스위치인 것을 특징으로 한다.

제3의 본 발명의 촬상 장치는,

화상을 촬상하는 제1 광전 변화 소자,

측광을 목적으로 광량을 측정하는 제2 광전 변환 소자, 및

상기 장치의 회로에 전원을 공급하는 전원 스위치를 포함하고,

상기 제1 광전 변환 소자에 의해 행해지는 제1 광전 변환 동작 및 상기 제2 광전 변환 소자에 의해 행해지는 제2 광전 변환 동작은 상기 전원 스위치가 온될 때 개시하는 것을 특징으로 한다.

제4의 본 발명의 촬상 장치는, 제3의 본 발명의 촬상 장치에 있어서, 상기 제2 광전 변환 소자에 의해 행해지는 상기 제2 광전 변환 동작의 결과로서 얻어진 신호 값이 소정치에 도달할 때, 상기 제1 광전 변환 소자에 의해 행해지는 상기 제1 광전 변환 동작이 종료되는 것을 특징으로 한다.

제5의 본 발명의 촬상 장치는, 제1의 본 발명의 촬상 장치에 있어서, 상기 제1 광전 변환 동작이 개시된 이후로 소정 시간이 경과했을 때 상기 신호 값이 상기 소정치에 도달하지 않은 경우에, 경고를 발생하는 경고부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

제6의 본 발명의 촬상 장치는, 제1의 본 발명의 촬상 장치에 있어서, 상기 제1 광전 변환 동작이 개시된 이래로 소정 시간이 경과하더라도 상기 신호 값이 상기 소정치에 도달하지 않은 경우에, 상기 제1 광전 변환 소자에 의해 행해지는 상기 제1 광전 변환 동작이 종료되는 것을 특징으로 한다.

제7의 본 발명의 촬상 장치는, 제1의 본 발명의 촬상 장치에 있어서, 상기 제1 광전 변환 동작이 개시된 이래로 소정 시간이 경과하더라도 상기 신호 값이 상기 소정치에 도달하지 않은 경우에, 상기 제1 광전 변환 소자에 의해 행해지는 상기 제1 광전 변환 동작이 소정의 조작에 응답하여 속행되는 것을 특징으로 한다.

제8의 본 발명의 촬상 장치는, 제7의 본 발명의 촬상 장치에 있어서, 상기 제1 광전 변환이 상기 소정 조작에 응답하여 속행되는 제1 모드와 상기 광전 변환 소자가 상기 소정 조작에 응답하여 상기 제1 광전 변환 동작을 속행하는 것 이외의 동작을 행하는 제2 모드 중 하나를 선택하는 모드 선택 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

제9의 본 발명의 촬상 장치는, 제7의 본 발명의 촬상 장치에 있어서, 상기 소정 조작이 릴리스 스위치 조작인 것을 특징으로 한다.

제10의 본 발명의 촬상 장치는, 제1의 본 발명의 촬상 장치에 있어서, 피사체와 상기 제1 광전 변환 소자간에 배치되어 조리개의 직경을 변경하는 조리개 수단을 더 포함하고, 상기 제1 광전 변환 동작이 개시된 이후로 소정 시간이 경과하더라도 상기 신호값이 상기 소정치에 도달하지 않은 경우에, 상기 조리개 수단이 상기 조리개의 직경을 증가시키는 것을 특징으로 한다.

제11의 본 발명의 촬상 장치는, 제10의 본 발명의 촬상 장치에 있어서, 상기 조리개 수단이 무단계로 상기 조리개의 상기 직경을 변경하는 것을 특징으로 한다.

제12의 본 발명의 촬상 장치는, 제10의 본 발명의 촬상 장치에 있어서, 상기 조리개 수단이 단계적으로 상기 조리개의 상기 직경을 변경하는 것을 특징으로 한다.

제13의 본 발명의 피사체를 포함하는 화상을 촬상하는 촬상 장치는,

촬영 렌즈,

상기 피사체를 비추는 발광 소자, 및

복수의 화소들이 2차원적으로 배치되어 있고, 수신된 광으로부터 광전 변환되어 상기 복수의 화소 각각에 축적된 전하가 다른 화소들의 순차 배출 순서에서 순서를 기다리지 않고 임의의 화소로부터 배출될 수 있도록 구성된 촬상 소자를 포함하고,

상기 촬상 소자는 상기 피사체를 포함하는 상기 화상의 상기 픽셀들에 대응하고 화상 데이터로 변환되는 전하들을 생성하는 제1군 화소와, 상기 피사체로부터의 광량에 대응하고 검출된 소정값으로 변환되는 전하들을 생성하는 제2군 화소를 포함하고, 상기 검출된 소정값이 임계치를 초과할 때 상기 발광 소자의 발광 동작이 즉시 중단되는 것을 특징으로 한다.

제14의 본 발명의 피사체를 포함하는 화상을 촬상하는 촬상 장치는,

촬영 렌즈, 및

복수의 화소들이 2차원적으로 배치되어 있고, 수신된 광으로부터 광전 변환되어 상기 복수의 화소 각각에 축적된 전하가 다른 화소들의 순차 배출 순서에 대기하지 않고 임의의 화소로부터 배출될 수 있도록 구성된 촬상 소자를 포함하고,

상기 촬상 소자는 상기 피사체를 포함하는 상기 화상의 상기 픽셀들에 대응하고 화상 데이터로 변환되는 전하들을 생성하는 제1군 화소와, 상기 피사체로부터의 광량에 대응하고 검출된 값으로 변환되는 전하들을 생성하는 제2군 화소를 포함하고, 상기 검출된 값이 임계치를 초과할 때 상기 제1군 화소의 상기 전하들의 생성 동작을 중단하는 조작 및 상기 제1군 화소에서 상기 전하들을 배출하는 조작 중 적어도 하나의 조작이 행해지는 것을 특징으로 한다.

제15의 본 발명의 촬상 장치는, 제13의 본 발명의 촬상 장치에 있어서, 상기 촬상 소자는 상기 전하가 특정 트리거 신호에 응답하여 특정 화소로부터 배출될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

제16의 본 발명의 촬상 장치는, 제13의 본 발명의 촬상 장치에 있어서, 상기 제2군 화소는 상기 제1군 화소의 일부이거나 또는 상기 제1군 화소와 혼합되는 것을 특징으로 한다.

제17의 본 발명의 촬상 장치는, 제16의 본 발명의 촬상 장치에 있어서, 상기 제2군 화소의 주변에 위치되는 상기 제1군 화소로부터 얻어진 제1 화상 데이터에기초하여, 상기 제2군 화소의 위치에 대응하는 제2 화상 데이터가 얻어질 수 있는 것을 특징으로 한다.

제18의 본 발명의 촬상 장치는, 제13의 촬상 장치에 있어서, 상기 촬상 소자는 상기 검출된 값이 상기 임계치를 초과하는지 여부를 검출하는 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

제19의 본 발명의 촬상 장치는, 제13의 본 발명의 촬상 장치에 있어서, 상기 촬상 소자는 상기 제2군 화소에 축적된 상기 전하를 외부로 출력할 수 있는 출력 포트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

제20의 본 발명의 촬상 장치는, 제13의 본 발명의 촬상 장치에 있어서, 상기 촬상 소자가 상기 제2군 화소로 기능하는 3개 이상의 화소군을 포함하는 경우, 상기 화소군들 중 상기 어느 하나의 화소군에 축적된 전하의 값이 다른 화소군들에 축적된 전하들의 평균값 보다 소정치 이상이면, 상기 화소군들 중 어느 하나에 축적된 상기 전하를 제외하고 상기 다른 화소군들에 축적된 전하들로부터 상기 검출값이 유도되어, 상기 검출값과 상기 임계치를 비교하는 것을 특징으로 한다.

제20의 본 발명의 촬상 장치는, 제13의 본 발명의 촬상 장치에 있어서, 상기 제2군 화소에 축적된 상기 전하들은 동시에 배출되는 것을 특징으로 한다.

제22의 본 발명의 촬상 장치는, 제13의 본 발명의 촬상 장치에 있어서, 상기 제2군 화소에 축적된 상기 전하들은 클럭 신호에 응답하여 배출되는 것을 특징으로 한다.

제23의 본 발명의 촬상 장치는, 제13의 본 발명의 촬상 장치에 있어서, 상기촬상 소자는 상기 제2군 화소에 축적된 상기 전하들의 각 전하량이 상기 각 전하들을 배출하지 않고도 검출될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

제24의 본 발명의 촬상 장치는, 제13의 본 발명의 촬상 장치에 있어서, 상기 제2군 화소 각각에 트리거 신호들을 하나씩 순차 인가하여, 상기 제2군 화소에 축적된 상기 전하들 각각을 상기 트리거 신호를 인가한 순서대로 배출하는 것을 특징으로 한다.

제25의 본 발명의 촬상 장치는, 제13의 촬상 장치에 있어서, 상기 제2군 화소 각각은 적어도 2개의 전하 축적부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

제26의 본 발명의 피사체를 포함하는 화상을 촬상하는 촬상 장치는, 제13의 본 발명의 피사체를 포함하는 화상을 촬상하는 촬상 장치에 있어서, 상기 제2군 화소는 상기 촬상 소자의 촬상 영역 중심부 근처에 배치되는 것을 특징으로 한다.

제27의 본 발명의 촬상 장치는, 제13의 촬상 장치에 있어서, 상기 촬상 소자의 촬상 영역 중심부 근처에 배치된 화소군들이 먼저 배출되는 방식으로 상기 제2군 화소에 축적된 상기 전하들이 하나씩 순차 배출되는 것을 특징으로 한다.

제28의 본 발명의, 피사체를 조명하는 발광 소자를 포함하고 상기 피사체를 포함하는 화상을 촬상하는 촬상 장치에 이용되며, 복수의 화소들이 2차원적으로 배열되고, 수신된 광으로부터 광전 변환되어 상기 복수의 화소에 각각 축적된 전하들이 다른 화소들의 순차 배출 순서에 대기하지 않고도, 임의의 화소로부터 배출될 수 있도록 구성된 촬상 소자는,

상기 피사체를 포함하는 상기 화상의 상기 픽셀들에 대응하는 전하로서 화상데이터로 변환되는 전하들을 생성하는 제1군 화소, 및

상기 피사체로부터의 인입 광량에 대응하는 전하로서 검출값으로 변환되는 전하들을 생성하는 제2군 화소를 포함하고,

상기 발광 소자의 발광 동작은 상기 검출값이 임계치를 초과하는 즉시 정지되는 것을 특징으로 한다.

제29의 본 발명의, 복수의 화소들이 2차원적으로 배치되고, 수신된 광으로부터 광전 변환되어 상기 복수의 화소 각각에 축적된 전하들이 다른 화소들의 순차 배출 순서에 대기하지 않고도 임의의 화소로부터 배출될 수 있도록 구성된 촬상 소자는,

피사체를 포함하는 화상의 픽셀에 대응하고 화상 데이터로 변환되는 전하를 생성하는 제1군 화소, 및

상기 피사체로부터의 인입 광량에 대응하고 검출값으로 변환되는 전하를 생성하는 제2군 화소를 포함하되, 상기 검출값이 임계치를 초과하면, 상기 제1군 화소에서의 상기 전하 생성 동작 정지 및 상기 제1군 화소로부터의 상기 전하 배출 동작 정지 중 적어도 하나를 행하는 것을 특징으로 한다.

제30의 본 발명의 촬상 소자는, 제28항의 본 발명의 촬상 소자에 있어서, 상기 전하는 특정 트리거 신호에 응답하여 특정 화소로부터 배출될 수 있는 것을 특징으로 한다.

제31의 본 발명의 촬상 소자는, 제28항의 본 발명의 촬상 소자에 있어서, 상기 제2군 화소는 상기 제1군 화소의 일부이거나 또는 상기 제1군 화소와 혼합되는것을 특징으로 한다.

제32의 본 발명의 촬상 소자는, 제31의 본 발명의 촬상 소자에 있어서, 상기 제2군 화소의 주변에 배치되는 상기 제1군 화소로부터 얻어진 제1 화상 데이터에 기초하여, 상기 제2군 화소의 위치에 대응하는 제2 화상 데이터가 얻어질 수 있는 것을 특징으로 한다.

제33의 본 발명의 촬상 소자는, 제31의 본 발명의 촬상 소자에 있어서, 상기 검출값이 상기 임계치를 초과하는지 여부를 검출하는 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

제34의 본 발명의 촬상 소자는, 제28의 본 발명의 촬상 소자에 있어서, 상기 제2군 화소에 축적된 전하를 외부로 출력할 수 있는 출력 단자를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

제35의 본 발명의 촬상 소자는, 제28의 본 발명의 촬상 소자에 있어서, 상기 촬상 소자가 상기 제2군 화소로 기능하는 3개 이상의 화소군을 포함하는 경우, 상기 화소군들 중 어느 하나에 축적된 전하의 값이 다른 화소군들에 축적된 전하들의 평균값 보다 소정치 이상이면, 상기 화소군들 중 상기 어느 하나의 화소들에 축적된 상기 전하를 제외하고 상기 다른 화소군들에 축적된 전하들로부터 상기 검출값이 유도되어, 상기 검출값과 상기 임계치를 비교하는 것을 특징으로 한다.

제36의 본 발명의 촬상 소자는, 제28의 본 발명의 촬상 소자에 있어서, 상기 제2군 화소에 축적된 상기 전하들은 동시에 배출되는 것을 특징으로 한다.

제37의 본 발명의 촬상 소자는, 제28의 본 발명의 촬상 소자에 있어서, 상기제2군 화소에 축적된 상기 전하들은 클럭 신호에 응답하여 배출되는 것을 특징으로 한다.

제38의 본 발명의 촬상 소자는, 제28의 본 발명의 촬상 소자에 있어서, 상기 제2군 화소에 축적된 상기 전하들의 각 전하량이 상기 각 전하들을 배출하지 않고도 검출될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 한다.

제39의 본 발명의 촬상 소자는, 제28의 본 발명의 촬상 소자에 있어서, 상기 제2군 화소 각각에 트리거 신호들을 하나씩 순차 인가하여, 상기 제2군 화소에 축적된 상기 전하들 각각을 상기 트리거 신호를 인가한 순서대로 배출하는 것을 특징으로 한다.

제40의 본 발명의 촬상 소자는, 제28의 본 발명의 촬상 소자에 있어서, 상기 제2군 화소 각각은 적어도 2개의 전하 축적부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

제41의 본 발명의 촬상 소자는, 제28의 본 발명의 촬상 소자에 있어서, 상기 제2군 화소는 상기 촬상 소자의 촬상 영역 중심부 근처에 배치되는 것을 특징으로 한다.

제42의 본 발명의 촬상 소자는, 제28의 본 발명의 촬상 소자에 있어서, 상기 촬상 소자의 촬상 영역 중심부 근처에 배치된 화소군들이 먼저 배출되는 방식으로 상기 제2군 화소에 축적된 상기 전하들이 하나씩 순차 배출되는 것을 특징으로 한다.

제43의 본 발명의 촬상 소자는,

촬상 영역에 2차원적으로 배열되는 복수의 화소, 및

상기 복수의 화소 사이에 배치되는 복수의 수광 소자를 포함하고,

상기 복수의 수광 소자는 상기 복수의 화소에 포함되는 2개 이상의 화소간 거리에 각각 상당하는 간격을 갖는 라인에 배열되는 것을 특징으로 한다.

제44의 본 발명의 피사체를 포함하는 화상을 촬상하는 촬상 장치는,

촬상될 화상의 각 화소에 각각 대응하는 복수의 화소들이 2차원적으로 배열되는 촬상부, 상기 화상을 상기 촬상부에 포커스하는 촬영 렌즈, 상기 촬상부 외부에 배치된 수광 소자,

및 상기 피사체로부터 반사되어 상기 촬영 렌즈로부터 상기 촬상부로 인입되는 광의 일부를 상기 수광 소자에 유도하는 광학 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.

제45의 본 발명의 피사체를 포함하는 화상을 촬상하는 촬상 장치는,

촬영 렌즈,

색 필터 및,

상기 화상을 촬상하는 제1군 화소 및 측광 데이터 얻는 제2군 화소가 2차원적으로 배열되어 있고, 상기 제1군 화소 및 상기 제2군 화소 각각이 상기 화상의 각각의 픽셀들에 대응하는 촬상 소자를 포함하고,

상기 피사체에서 반사된 광은 상기 색 필터를 통과한 후에 상기 제1군 화소에 의해 수신되고, 상기 피사체에서 반사된 상기 광은 색 필터를 통과하지 않고 상기 제2 색 필터에 의해 수신되는 것을 특징으로 한다.

제46의 본 발명의 피사체를 포함하는 화상을 촬상하는 촬상 장치는,

촬영 렌즈, 및

복수의 화소들이 2차원적으로 배열되는 촬상 소자를 포함하고,

상기 촬상 소자는 상기 화상을 촬상하는 제1군 화소, 측광 데이터를 얻는 제2군 화소, 및 각각이 컬러 화상를 재생하기 위한 원색들 중 하나에 대응하고, 상기 원색들에 대응하는 화상 데이터 세트들을 생성하도록 상기 제1군 화소의 각각을 커버하는 색 필터들을 포함하며, 상기 제2군 화소는 상기 컬러 필터들에 의해 커버되지않고, 상기 제2군 화소의 각각은 임의의 방향에서 나란히 배열되지 않고 상기 제1군 화소에 의해 둘러싸여진 위치에서 배치되는 것을 특징으로 한다.

제47의 본 발명의 피사체를 포함하는 화상을 촬상하는 촬상 장치에 있어서,

촬영 렌즈,

상기 이미지를 촬상하는 제1군 화소 및 측광 데이터를 얻는 제2군 화소가 2차원적으로 배열되는 촬상 소자, 및

상기 제1군 화소 및 제2군 화소 모두를 커버하고, 각각이 컬러 화상을 재생하기위해 3개의 원색 중 하나에 대응하는 색 필터들을 포함하고,

상기 제2군 화소는 상기 색 필터들 중 제1 색 필터를 통해 상기 피사체로부터의 광을 수신하는 제1 색 화소들, 상기 색 필터들 중 제2 색 필터를 통해 상기 피사체로부터의 광을 수신하는 제2 색 화소들 및 상기 색 필터들 중 제3 색 필터를 통해 상기 피사체로부터의 광을 수신하는 제3 색 화소들을 포함하고, 측광 데이터는 상기 제1 색 화소들, 상기 제2 색 화소들 및 제3 색 화소들의 출력 값들을 기초로 얻어지는 것을 특징으로 한다.

제48의 본 발명의 촬상 장치는 제47의 본 발명의 촬상 장치에 있어서, 상기 제1 색 화소들, 상기 제2 색 화소들 및 제3 색 화소들의 출력 값들은 상기 측광 데이터를 얻는 처리에서 가중되는 것을 특징으로 한다.

제49의 본 발명의 촬상 장치는 제47의 본 발명의 촬상 장치에 있어서, 상기 색 필터들은 각각 적색, 녹색 및 청색 필터인 것을 특징으로 한다.

제50의 본 발명의 촬상 장치는, 화상 촬상용 제1 광전 변환 소자와, 측광용 제2 광전 변환 소자와, 촬영 개시 신호를 출력하는 신호 출력 수단을 포함하고, 상기 신호 출력 수단으로부터 출력된 촬영 개시 신호에 응답하여, 상기 제1 및 상기 제2 광전 변환 소자는 광전 변환을 동시에 개시하고, 상기 제2 광전 변환 소자의 광전 변환에 의해서 얻어진 신호가 소정치가 된 경우, 상기 제1 광전 변환 소자의 광전 변환을 종료하기 때문에, 가령 피사계 휘도가 변화하는 장면을 촬영하는 경우에도 상기 제1 광전 변환 소자가 수광한 광량에 대응하는 광량을, 상기 제2 광전 변환 소자에 의해 검출할 수 있기 때문에, 보다 적정한 노광을 행할 수 있다. 또한, 상기 신호 출력 수단이 촬영 개시 신호를 출력하기 전에 있어서, 상기 제2 광전 변환 소자에 의한 측광은 불필요하기 때문에, 회로 소자의 동작을 단시간으로 억제하는 것으로 전력 소비를 경감할 수 있다.

또한, 상기 신호 출력 수단은 릴리스 스위치이면 바람직하다.

제51의 본 발명의 촬상 장치는, 화상 촬상용 제1 광전 변환 소자와, 측광용 제2 광전 변환 소자와, 전원 스위치를 구비하고, 상기 전원 스위치의 투입에 응답하여 상기 제1 및 상기 제2 광전 변환 소자는 광전 변환을 개시하기 때문에, 종래의 카메라에 있어서 전원 스위치의 온 조작으로부터 릴리스까지의 사이에 소비되고 있던 전력을 절약할 수 있다. 또한, 본 발명의 촬상 장치에서는 전원 스위치의 온 조작 후에, 상기 제2 광전 변환 소자의 동작을, 상기 제1 광전 변환 소자의 동작과 병행하여 행하기 때문에, 상기 제1 광전 변환 소자의 동작 전에 이들 측광 동작을 행할 필요가 없어서 전력 소비를 억제하면서도 적정한 노광이 가능해진다.

또한, 상기 제2 광전 변환 소자의 광전 변환에 의해 얻어진 신호가 소정치가 된 경우, 상기 제1 광전 변환 소자의 광전 변환을 종료하면 적정한 노광을 행할 수 있다.

또한, 광전 변환 개시로부터 소정 시간 경과하여도, 상기 제2 광전 변환 소자의 광전 변환에 의해 얻어진 신호가 소정치가 되지 않은 경우, 경고를 발하는 경고 수단을 구비하면, 촬영자가 장시간 노광에 의한 손 떨림 등이 생기기 쉬운 것을 알 수 있어 재촬영 등의 적정한 조처를 취할 수 있다.

또한, 광전 변환 개시로부터 소정 시간 경과하여도 상기 제2 광전 변환 소자의 광전 변환에 의해서 얻어진 신호가 소정치가 되지 않은 경우, 상기 제1 광전 변환 소자의 광전 변환을 종료하면, 노광 부족에 따른 부적절한 촬영을 저지하고 쓸데 없는 화상을 메모리에 기억하지 않는다.

또한, 광전 변환 개시로부터 소정 시간이 경과하여도 상기 제2 광전 변환 소자의 광전 변환에 의해 얻어진 신호가 소정치가 되지 않은 경우에도, 소정의 조작에 따라 상기 제1 광전 변환 소자의 광전 변환을 속행하면, 예를 들면 밸브(bulb) 모드에 의해 야경 장면을 촬영할 수 있다.

또한, 상기 소정의 조작에 따라, 상기 제1 광전 변환 소자의 광전 변환을 속행하는 제1 모드와, 상기 소정의 조작에 따라, 상기 제1 광전 변환 소자의 광전 변환을 속행하는 것 이외의 동작을 행하게 하는 제2 모드를 전환 가능하게 되어 있는 모드 선택 수단을 구비하면, 소정의 조작을 구분하여 사용할 수 있어 바람직하다.

또한, 상기 소정의 조작이란 상기 릴리스 스위치의 조작이면 바람직하다.

또한, 상기 제1 및 상기 제2 광전 변환 소자와 피사체 사이에 설치된 조리개의 직경이 변화하는 조리개 수단을 포함하고, 광전 변환 개시로부터 소정 시간이 경과하여도, 상기 제2 광전 변환 소자의 광전 변환에 의해 얻어진 신호가 소정치가 되지 않은 경우에는, 상기 조리개 수단은 조리개의 직경을 증대시키면, 노광량 부족을 보충할 수 있고 보다 손 떨림을 방지할 수 있어 적절한 촬영을 행할 수 있다.

또한, 상기 조리개 수단은 조리개의 직경을 무단계로 변화시키면 구성을 간략화할 수 있어 바람직하지만, 조리개의 직경을 단계적으로 변화시키면 노광량의 제어를 보다 미세하게 행할 수 있다는 이점이 있다.

제52의 본 발명의 피사체를 조명하는 발광 장치와, 복수의 화소를 2차원적으로 배치한 촬상 소자를 구비하고, 피사체를 촬영하기 위한 촬영 장치에 있어서,

상기 촬상 소자는, 다른 화소로부터의 전하의 배출을 기다리지 않고, 임의의 화소로부터 전하를 배출 가능한 구조를 구비하고,

상기 촬상 소자의 제1군 화소는 피사체상을 화상 데이터로 변환하기 위해서 이용되며, 상기 촬상 소자의 제2군 화소는 피사체로부터의 반사광의 양을 검출하기 위해서 이용되고,

상기 제2군 화소에 축적된 전하가 임계치를 넘음에 따라 상기 발광 장치의 발광의 정지가 행해지는 것을 특징으로 한다.

제53의 본 발명의 복수의 화소를 2차원적으로 배치한 촬상 소자를 구비하고, 피사체를 촬영하기 위한 촬영 장치에 있어서,

상기 촬상 소자는, 다른 화소로부터의 전하의 배출을 기다리지 않고, 임의의 화소로부터 전하를 배출 가능한 구조를 구비하고,

상기 촬상 소자의 제1군 화소는 피사체상을 화상 데이터로 변환하기 위해서 이용되며, 상기 촬상 소자의 제2군 화소는 피사체로부터의 반사광의 양을 검출하기 위해서 이용되고,

상기 제2군 화소에 축적된 전하가 임계치를 넘음에 따라, 상기 제1군 화소의 전하 축적의 중지, 및 상기 제1군 화소에 축적된 전하의 배출 중 적어도 한쪽이 행해지는 것을 특징으로 한다.

제54의 본 발명의 피사체를 조명하는 발광 장치를 구비한 촬영 장치에 이용하는, 복수의 화소를 2차원적으로 배치한 촬상 소자에 있어서, 다른 화소로부터의 전하의 배출을 기다리지 않고서, 임의의 화소로부터 전하를 배출 가능한 구조를 구비하고,

상기 촬상 소자의 제1군 화소는 피사체상을 화상 데이터로 변환하기 위해서 이용되고, 상기 촬상 소자의 제2군 화소는, 피사체로부터의 반사광의 양을 검출하기 위해서 이용되고,

상기 제2군 화소에 축적된 전하가 임계치를 넘음에 따라 상기 발광 장치의발광의 정지가 행해지는 것을 특징으로 한다.

제55의 본 발명의 복수의 화소를 2차원적으로 배치한 촬상 소자에 있어서, 다른 화소로부터의 전하의 배출을 기다리지 않고, 임의의 화소로부터 전하를 배출 가능한 구조를 구비하고,

상기 촬상 소자의 제1군 화소는 피사체상을 화상 데이터로 변환하기 위해서 이용되고, 상기 촬상 소자의 제2군 화소는 피사체로부터의 반사광의 양을 검출하기 위해 이용되며,

상기 제2군 화소에 축적된 전하가 임계치를 넘음에 따라, 상기 제1군 화소의 전하 축적의 중지, 및 상기 제1군 화소에 축적된 전하의 배출 중 적어도 한쪽이 행해지는 것을 특징으로 한다.

제56의 본 발명의 촬상 소자는 2차원적으로 배치된 복수의 화소와,

상기 화소 사이에 배치된 수광 소자로 이루어지고,

상기 수광 소자는 2개 이상의 화소에 걸쳐서 라인 형상으로 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

제57의 본 발명의 촬상 소자는 2차원적으로 배치된 복수의 화소로 이루어지는 촬상부와,

상기 촬상부에 대하여 피사체상을 결상시키는 촬영 렌즈와,

상기 촬상부의 외측에 배치된 수광 소자와,

상기 촬영 렌즈로부터 상기 촬상부를 향하는 상기 피사체로부터의 반사광의 일부를 상기 수광 소자까지 인도하는 광학계를 구비하는 것을 특징으로 한다.

제52 및 제53의 본 발명의 촬영 장치에 따르면, 종래 기술과 같이 전용 수광 소자나, 그 광학계를 별개로 설치하지 않고 발광 장치의 발광 제어를 행할 수 있게 되며, 그에 따라 촬영 장치의 컴팩트화를 도모하고, 디자인 설계의 자유도가 넓어짐와 함께, 비용을 저감시키는 것이 가능해진다. 또한, 다른 화소로부터의 전하의 배출을 기다리지 않고, 임의의 화소로부터 전하를 배출 가능한 구조를 갖는 촬상 소자란, 예를 들면 CMOS형 촬상 소자를 말하지만, 그것에 한정되지는 않는다.

또한, 상기 촬상 소자가 특정한 트리거 신호에 따라 특정한 화소로부터 전하를 배출하도록 되어 있으면 바람직하다.

또한, 상기 제2군 화소 위치에 대응하는 화상 데이터를, 상기 제2군 화소의 주위에 위치하는 상기 제1군 화소의 화상 데이터에 기초하여 구하면, 촬영에 의해 얻어지는 화상의 화질을 높게 유지할 수 있다.

또한, 상기 제2군 화소가 상기 제1군 화소의 일부인, 즉 상기 제2군 화소로부터도 화상 데이터를 취득할 수 있으면, 보다 고화질의 화상을 형성할 수 있다.

또한, 상기 촬상 소자가 상기 제2군 화소에 축적된 전하가 임계치를 넘었는지의 여부를 판단하는 판단부를 구비하면, 원 칩으로 촬상 소자를 구성할 수 있기 때문에, 설계의 자유도가 향상된다. 이 때의 임계치는 외부로부터 설정이 가능하면 바람직하다.

또한, 상기 촬상 소자가 상기 제2군 화소에 축적된 전하를 외부로 출력하는 출력 단자를 구비하면 바람직하다.

또한, 상기 제2군 화소가 3개 이상인 경우, 그 중 하나의 화소에 축적된 전하의 값이, 다른 화소에 축적된 전하의 평균값에 대하여 소정치 이상 높은 경우에는 전하의 값이 높은 화소의 전하를 제외한 후, 상기 임계치와 비교하면 라이트와 같은 발광하는 피사체에 의한 고휘도의 데이터를 제외하여 노광 제어를 행하므로 보다 정밀도가 높은 노광 제어가 가능해진다.

또한, 상기 제2군 화소에 축적된 전하가 동시에 배출되면, 노광 제어가 신속하게 행해지고, 또는 제어가 간단해져서 바람직하다.

또한, 상기 제2군 화소에 축적된 전하가 클럭에 따라 배출되면, 배출용 배선을 적게 할 수 있어 비용 저감을 도모할 수 있다.

또한, 상기 제2군 화소에 축적된 전하가 배출되지 않고 그 양을 검출할 수 있게 되면, 실시간으로 피사체 휘도를 검출할 수 있어 바람직하다.

또한, 상기 제2군 화소에 대하여 순차 트리거 신호를 부여함으로써, 상기 트리거 신호를 부여한 순서로, 축적된 전하를 배출하면, 임의의 순서대로 전하를 배출할 수 있다.

또한, 상기 제2군 화소는, 예를 들면 스트로보 발광 전의 화상 전하와, 발광 후의 화상 전하를 각각 기록하기 위해 전하 축적부를 적어도 2개 구비하면 바람직하다.

또한, 상기 제2군 화소가 촬영 화면에 대응하는 중앙 가까이에 배치되어 있으면, 중앙에 위치하는 경우가 많은 주요 피사체에 관하여 적절한 노광 제어를 행할 수 있다.

또한, 상기 제2군 화소에 축적된 전하가 촬영 화면에 대응하는 중앙측의 화소로부터 순서대로 배출되면, 중앙에 위치하는 경우가 많은 주요 피사체에 관하여 신속하게 노광 제어를 행할 수 있다.

제54 및 제55의 본 발명의 촬상 장치에 따르면, 종래 기술과 같이 전용 수광 소자나 그 광학계를 별개로 설치하지 않고 발광 장치의 발광 제어가 행해지게 되며, 그에 따라 촬영 장치의 컴팩트화를 도모하고, 디자인 설계의 자유도가 넓어짐과 함께, 비용을 저감시키는 것이 가능해진다.

제56의 본 발명의 촬상 소자에 따르면, 상기 수광 소자로부터 신호를 추출하기 위한 배선을 단축할 수 있어 구성의 간소화가 도모된다.

제57의 본 발명의 촬상 소자에 따르면, 상기 수광 소자용 렌즈를 촬영 렌즈와 겸용할 수 있어, 구성의 간소화, 및 촬영 장치의 디자인의 자유도의 향상을 도모할 수 있다. 또, 수광 소자는 포토 다이오드나 포토 트랜지스터를 포함하지만, 화소 또는 화소의 집합이어도 상관없다.

또한, 본 발명에 따른 촬상 소자에 있어서, 제2군 화소는 출력 신호(축적된 전하)가 계속해서 배출되는 상태, 즉 화소가 복수인 경우, 동시에 ON(배출 상태)으로 해두거나, 또는 고속으로 정기적으로 액세스함으로써 출력을 추출하는 것이 상정된다. 제2군 화소가 복수 있는 경우에는 고속으로 화소를 전환하면서 스캔해가면 된다. 이것을 일 개소 또는 복수 개소에서 검출하고 있고, 예를 들면 스트로보 발광이 행해진 경우, 발광 직후부터의 단시간의 출력 변화를, 제2군 화소의 전하를 검출함으로써 관측하여, 임의의 임계치를 넘었을 때에 스트로보 광의 발광을 정지시키기 위한 신호를 출력한다. 제2군 화소를 노광 제어용으로서 이용하면, 다음에결함 화소와 마찬가지로 주변의 화소로부터 보간할 수 있다.

2차원으로 배열한 화소의 일부를 이용하는 것 이외에, 노광 제어용 데이터 취득 전용 제2군 화소를 촬상부 내에 설치하는 것도 상정된다. 예를 들면 화소와 화소 사이에 수광 소자를 설치한 경우, 화질로의 영향은 적어지지만, 배선 영역이 증가하는 등의 문제가 있다. 촬상부 주위에 화소 또는 수광 소자를 배치하는 것도 상정된다. 또한, 단독 화소를 대신하여 라인 형상으로 배열한 수광 소자를 설치하는 것도 상정된다. 제2군 화소에 축적된 전하를 노광 제어용 데이터와 화상 데이터로 나누는 것도 상정된다. 이 때 화소의 출력은 화상 데이터 추출용 화소의 출력보다 작아지지만, 이것을 증폭하는 것이 주위 화소로부터 보간하여 구하는 것보다도 화질의 열화가 작아진다는 이점이 있다.

또한, 비파괴 판독이 가능한 소자 구조를 갖는 화소(즉, 전하 배출을 행하지 않고 모두 축적된 전하량을 구할 수 있는 화소)이면, 노광 제어용 데이터 취득을 위해 설치된 제2군 화소의 신호 역시, 화상 데이터로서 이용할 수 있다. 이 경우에는, 예를 들면 스트로보 발광 전에 판독한 데이터와 발광 후에 판독한 데이터를 비교하고, 사전에 설정한 조광 레벨을 넘었을 때 노광을 종료시키면 바람직하다.

또한, 제1군 화소의 일부를 제2군 화소로서 이용하는 경우, 특정한 제1군 화소를 고정하여 이용하는 경우와, 임의의 제1군 화소를 선택하여, 적응적으로 제2군 화소로서 이용하는 경우가 있다. 특정한 제1군 화소로 고정하는 경우, 또는 전용으로 제2군 화소를 설치하는 경우에는 색 필터를 마련하지 않거나, 혹은 스트로보 광원 등에 적합한 필터를 설치할 수 있다. 색 필터에 관해서는 RGB 필터를 채용한화소이면, RGB 필터를 각각 어느 일정한 비율이 되도록 수광 소자를 선택함으로써, 수광 소자로서의 분광 감도 특성을 확보할 수 있다. 예를 들면, 인접하는 4 화소를 수광 소자로서 이용하는 기법이 있다. 이 때 RGB 화소의 비율을 바꿈으로써, 수광 소자의 분광 감도 특성을 바꿀 수 있다.

<발명의 실시 형태>

우선, 이하 CMOS형 촬상 소자의 개략에 대하여 설명한다. 도 1은 CMOS형 촬상 소자의 등가 회로도이다. 도 1에는, 단일 화소(50)만이 나타나고 있지만, 이러한 화소(50)는 이차원적으로 배열되어 이루어진 것이다. 화소(50) 외측에, 타이밍 발생기(51), 수직 시프트 레지스터(52), 수평 시프트 레지스터(53), 출력 증폭기(55) 등의 회로가 구성되어 있다. 수직 시프트 레지스터(52)는 주사선을 선택하는 레지스터이고, 수평 시프트 레지스터(53)는 동일 주사선 내의 화소(50)를 선택하는 레지스터이다. 타이밍 발생기(51)는 이들을 포함시킨 센서 전체를 제어한다. 또한, 상기 구성 이외에도 CDS 회로, AD 컨버터, 거기다가 신호 처리 회로 등도 내장하는 것도 상정된다.

타이밍 발생기(51) 내부의 설정은 직렬 통신에 의해 외부로부터 행할 수 있다. 도 1에서는 커맨드의 입력만이 화살 표시되어 있지만, 2선 혹은 3선식의 직렬 통신을 생각하고 있다. 이 직렬 통신에 의해, 타이밍 발생기(51) 내부의 레지스터의 설정, 변경 등을 행할 수 있다. 노광 제어 신호로서, 이 직렬 통신과는 별도로 전용 단자(TRG1, TRG2)를 설치하고 있어 이러한 단자를 통해 송신되게 된다.

촬상 소자의 제어의 방법으로서는 몇몇이 상정되지만, 이 실시 형태에 있어서는 트리거 신호 TRG1 펄스의 시작으로 노광을 개시하고, 펄스의 끝으로 노광을 종료하도록 하고 있다. 그리고, 트리거 신호 TRG1의 펄스 시작 후 펄스의 끝 전에 적정 노광량이 되어 트리거 신호 TRG2가 상승하면, 그 시점에서 노광이 종료하도록 되어 있다.

보다 구체적으로, 각 부의 동작에 대하여 설명하면, 도 1에서, 화소(50)에서의 방출 동작 수광은 MOS 트랜지스터 Q2를 통해 전원 Vrst1에 접속되어 있는 광 센서부(즉, 포토 다이오드) D1에서 행해진다. 포토다이오드 D1의 전하를 방출할 때는 타이밍 발생기(51)의 출력 신호 RG1을 제어하고, 트랜지스터 Q2를 ON시킴으로써 전원 Vrst1에 전하를 방출하도록 한다. 모든 화소의 MOS 트랜지스터 Q2를 ON시킴으로써, 모든 포토다이오드의 전하가 방출되며, 트랜지스터 Q2가 OFF된 시점으로부터 노광이 개시된다. 이러한 부분이 전하 배출부에 상당한다.

전하 전송을 위해, 추가로 포토다이오드 D1은 MOS 트랜지스터 Q1을 통해 캐패시터 C1에 접속되어 있다. 이 부분이 전하 축적부에 상당한다. 타이밍 발생기(51)의 출력 신호 SG를 제어하고, 모든 화소의 MOS 트랜지스터 Q1을 ON시킴으로써, 포토다이오드 D1의 전하를 캐패시터 C1로 전송한다. 또한, 트랜지스터 Q1이 OFF됨으로써 노광이 종료된다.

다음에, 전하의 판독에 대하여 설명한다. 각 화소의 캐패시터 C1에 축적된 전하는, MOS 트랜지스터 Q5가 ON됨으로써, 트랜지스터 Q4를 통해 1 화소(또는 1 라인)씩 외부로 판독된다. 화소의 선택은 수직 시프트 레지스터(52), 수평 시프트 레지스터(53)에서(여기서는 트랜지스터 Q6이 ON됨) 어드레스를 지정함으로써 행한다. 즉, 어드레스 지정된 화소로만 전하를 판독할 수 있다. 이 때 전하를 그대로 판독하는 것도 가능하지만, 노이즈의 영향을 받기 쉽기 때문에, 본 실시 형태에 있어서는 일단 전압으로 변환하여 출력하고 있다.

그 후, 전하 축적부의 리세트가 이루어진다. 보다 구체적으로는, 판독이 종료한 후, 다음 촬영이 개시되기까지의 동안에 MOS 트랜지스터 Q3을 동시에 ON시킴으로써, 캐패시터 C1의 전하를 전원 Vrst2로 방출할 수 있다(클리어할 수 있다, 즉 전원 Vrst2로 리세트할 수 있다). 이 때 모든 화소를 동시에 행하면, 화소 사이의 암전류 노이즈량을 같게 할 수 있어 바람직하지만, 노이즈량 발생이 충분히 작은 경우에는, 판독이 끝난 후 1화소씩 행해도 된다. 이러한 전하는 출력부의 증폭기(55)에서 전류 증폭하여 출력된다.

포토다이오드 D1의 리세트 기능은 생략 가능하다. 그 경우, 트랜지스터 Q2를 생략하게 된다. 이 경우 캐패시터 C1에 전하를 전송함으로써, 포토다이오드 D1을 클리어하고 그때부터 노광을 개시할 수 있다. 캐패시터 C1로 전송된 전하는 노광 기간 중에 판독되게 된다.

또한 변형예로서, 불휘발성 메모리(전하 축적부)를 설치하고 있는 경우에 대해 설명한다. 휘발성 전하 축적부와, 불휘발성의 전하 축적부를 구비한 촬상 소자에서는, 우선 휘발성 전하 축적부에 광센서부로부터 모든 화소에 대하여 동시에 전하를 전송하고, 그 후 1 화소씩 순차 불휘발성 전하 축적부에 전하를 전송하면 된다. 이것은 일반적으로 플래시 메모리 등은 기입 속도가 느리고, 기입에 시간이 걸려서 기입 타이밍을 맞추기 위해서이다.

도 2는 도 1의 촬상 소자를 포함하는 촬상 소자 회로(20)의 개략 구성도이다. 도 1에 도시한 화소(50)를 2차원적으로 배열하여 이루어지는 촬상부(54)의 각 화소(50)(도 1)는 상술한 바와 같이, MPU(27)로부터 제어 신호를 받는 촬상 소자 제어 회로(23)(타이밍 발생기를 포함)에 제어되는 수직 시프트 레지스터(52)와 수평 시프트 레지스터(53)에 의해 각각 제어되어 동작하도록 되어 있다.

본 실시 형태에 있어서는, 화소(50)의 일부는, 노광 제어를 위해서 피사체로부터의 광을 검출하는 측광을 행하기 위한 화소(제2군 화소)이고, 남은 화소(제1군 화소)가 피사체상을 화상 데이터로 변환하는 기능을 갖는다. 따라서, 제1군 화소로부터의 출력 신호는 출력 단자(55a)를 거쳐서 출력 증폭기(55)에 의해 증폭되어, 촬상 소자 회로(20)의 외부로 출력되고, 제2군 화소로부터의 출력 신호는 출력 단자(56a)를 거쳐서 출력 증폭기(56)에 의해 증폭되며, 비교기(7)에서 소정의 측광 레벨(임계치)과 비교되어, 그 결과가 촬상 소자 제어 회로(23)로 출력되도록 되어 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 촬상부(54), 수직 시프트 레지스터(52), 수평 시프트 레지스터(53), 촬상 소자 제어 회로(23), 출력 증폭기(55, 56), 및 비교기(7)는 원칩화되어 있다. 또한, 원칩화된 회로는 도시하지 않았지만, 측광 레벨을 설정하기 위한 레지스터 및 DA 컨버터도 내장하고 있고, 또한 외부로부터 이 레지스터를 다시 기록하여 측광 레벨을 바꾸기 위한 통신 기능도 갖고 있다.

도 3은 촬상부(54)에서의 화소의 배열을 나타내는 개략 구성도이다. 2차원으로 배열된 제1군 화소(50a) 내에 소정의 간격으로 제2군 화소(50b)(해칭으로 나타내고 있음)가 배치되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 범용 CMOS형 촬상 소자에 있어서, 화상 데이터를 얻기 위한 화소의 일부를, 노광 제어용 화소로서 이용하는 것으로, 저비용의 구성으로 할 수 있다. 또한, 본 구성에 따르면, 화상 데이터 일부를 노광 제어용 데이터로서 이용하게 되기 때문에, 제2군 화소의 위치에 화소 결함(소위 흑색 흠집)과 동등한 상태가 발생하지만, 이러한 화소 결함은 통상 생길 수 있는 흑색 흠집과 마찬가지로, 주위 화소의 화상 데이터에 의해 보정할 수 있기 때문에, 큰 문제는 생기지 않는다고 상정된다. 또한, 제2군 화소(50b)의 수로서는 제1군 화소(50a)가 1M픽셀 있다고 하면, 30 ∼ 100 정도이면 바람직하다. 제2군 화소(50b)는 어드레스에 의해 특정되며, 항상 출력하고 있는 상태라도 좋다. 이러한 경우, 복수개 있는 화소의 출력을 합쳐서 하나의 출력으로 할 수 있다. 제2군 화소(50b)는 중앙에만 배치되어도 되며, 촬상부(50) 전체에 걸쳐서 소정 간격으로 배치되어도 된다.

도 4는 도 3의 촬상부를 이용한 경우에서의 신호 추출용 배선도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 제1군 화소(50a)와, 제2군 화소(50b)는 각각 독립된 배선 W2, W1에 의해 출력 증폭기(55, 56)에 접속되어 있다.

도 5는 본 실시 형태의 변형예에 관한 촬상부(54)에서의 화소의 배열을 나타내는 개략 구성도이다. 2차원으로 배열된 제1군 화소(50a) 사이에, 제2군 화소(50b)(해칭으로 나타내고 있음)가 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, CMOS형 촬상 소자를 전용으로(제2군의 화소(50b) 전용 배선을 포함) 제작할 필요가 있지만, 도 3의 구성과 달리, 화소 결함과 같은 상태는 생기지 않기 때문에, 화질을 높게 유지할 수 있다.

도 6은 도 5의 촬상부를 이용한 경우에서의 신호 추출용 배선도이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 제1군 화소(50a)와 제2군 화소(50b)는 각각 독립 배선 W2, W1에 의해 출력 증폭기(55, 56)에 접속되어 있다.

도 7은 다른 변형예에 관한 촬상부(54)에서의 화소의 배열을 나타내는 개략 구성도이다. 2차원으로 배열된 제1군 화소(50a) 사이에, 라인 형상으로 배열된 수광 소자(150b)(해칭으로 나타내고 있음)가 배치되어 있다. 본 실시 형태에서도, CMOS형 촬상 소자를 전용으로 제작할 필요는 있지만, 도 3의 구성과 달리, 화소 결함은 생기지 않고, 또한 화소(50a) 사이의 스페이스를 유효하게 활용함으로써, 충분한 양의 노광 제어용 데이터를 취득할 수 있고, 또한 수광 소자(150b)용 배선의 길이도 단축하는 것이 가능해진다. 모든 제1군 화소(50a) 사이에, 수광 소자(150b)를 설치하는 것이 바람직하지만, 2개(혹은 그 이상) 건너뛰어 설치되어도 된다. 제2 광전 변환 소자인 수광 소자(150b)는 화소 외에, 포토다이오드나 포토트랜지스터를 이용할 수도 있다.

도 8은 도 7의 촬상부를 이용한 경우에서의 신호 추출용 배선도이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 제1군 화소(50a)와, 수광 소자(150b)와는, 각각 독립 배선 W2, W1에 의해 출력 증폭기(55, 56)에 접속되어 있다.

제2군 화소로부터 신호를 판독하는 방법으로는 이하의 것이 있다.

1) 모든 수광 소자에 동시에 액세스하여, 동시에 신호를 판독하고, 그것을 가산하여 추출하는 방법. 이 경우, 모든 수광 소자의 출력 트랜지스터가 ON이 되도록 XY 어드레스를 지정하여, 신호를 판독한다.

2) 고속으로 1화소씩 전환하여 판독하는 방법. 이 경우에는 스트로보를 사용하는 경우도 고려하여 스트로보 광의 발광 시간에 대하여 충분히 빠른 시간 간격으로 신호를 판독할 필요가 있다. 1화소씩 판독된 신호는 외부에서 가산된다.

3) 상기를 조합한 방법. 수광 소자를 몇개의 그룹으로 나누어서, 그룹마다 판독하는 방법이다.

1)의 방법은 신호를 일시에 판독하여 가산하므로, 응답 속도가 빠른 측광을 행할 수 있음와 함께, 복잡한 회로나 복잡한 측광 알고리즘을 이용하지 않고 측광을 행할 수 있다. 2)의 방법은 스트로보 광의 발광 시간이 수백㎲ 정도이기때문에, 수광 소자의 수에도 의존하지만, 제2군 화소를 백개 정도로 하면, 수 10㎱ 이하, 가능한 한 10㎱ 정도 이하의 액세스 스피드가 필요해지지만, 후술하는 아주 미세한 측광 제어를 행할 수 있다. 3)의 방법은 그 중간으로, 양쪽의 장점, 단점을 함께 갖는다. 예를 들면, 1 컬럼분의 수광 소자의 신호를 동시에 판독하고, 그것을 모든 컬럼에 걸쳐서 순서대로 전환하여 판독해가는 형태가 된다.

개별로 판독하는 경우에는, 적응적으로 신호를 이용할 수 있다. CMOS형 촬상 소자의 경우, 각 화소마다 신호가 판독될 수 있기 때문에, 예를 들면 스트로보 촬영 시에는 스트로보 발광 후에 변화가 큰 화소에 주목하여, 신호를 이용할 수 있다. 처음에는 모든 제2군 화소로부터 신호를 판독하지만, 스트로보 발광 후 변화가 큰 화소가 있으면, 그 중 몇개 혹은 전부를 선택하여, 그 화소로부터의 신호만을 판독한다. 즉, 예를 들면 인물을 촬영했을 때에 얼굴이나 몸 등의 반사광량을 측정하고자 하는 부분에 주목하여 측광하게 된다. 또한, 이 경우에서는 사용하는제2군 화소수가 감소하는 만큼, 판독 사이클이 짧아지고, 시간 축 방향의 분해능이 높아지고, 보다 정밀도가 높은 측광이 가능해진다. 또한, 전용의 제2군 화소를 설치하는 경우에는 판독 회로 역시 전용으로 설치할 수 있다. 출력 회로 역시 전용으로 설치할 수 있지만, 화상 신호의 출력과 공통으로 할 수도 있다.

도 9는 본 실시 형태에 따른 촬상 장치의 일례인 전자 스틸 카메라의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 도 9에서, 참조 부호 27은 조리개나 셔터 속도를 결정하거나 각종 회로에 제어 신호를 출력하는 MPU이고, 참조 부호 24는 신호 출력 수단인 릴리스 스위치이고, 참조 부호 25는 온 조작함으로써 배터리 BT로부터 MPU(27) 등에 전력을 공급하고, 오프 조작함으로써 그 전력을 차단하는 전원 스위치이다. 또한, 참조 부호 21은 피사체(3)로부터의 반사광을 집광하는 촬영 렌즈이고, 참조 부호 22는 도 1에 도시한 CMOS형 촬상 소자이다. 참조 부호 23은 판단부인 비교기(7)로부터의 스톱 신호를 받아서 촬상 소자(22)의 노광량 제어를 행하는 촬상 소자 제어 회로이다. 이와 같이 구성된 전자 스틸 카메라의 동작은 이하와 같다.

도 10은 제1 실시 형태에 따른 전자 스틸 카메라의 동작을 나타내는 흐름도이다. 도 10의 단계 S101에서, 전원 스위치(25)의 온 조작이 이루어지면, 단계 S102에서, MPU(27) 등에 배터리 BT로부터 전력이 공급된다. 단계 S103에서, 릴리스 스위치(24)가 온 조작되면, 그에 따라 출력된 촬영 개시 신호에 응답하여, 단계 S104에서 MPU(27)는 제1군 화소(화상 촬상용 제1 광전 변환 소자: 50a)와, 제2군 화소(측광용 제2 광전 변환 소자: 50b)의 광전 변환을 개시한다.

여기서, MPU(27)는 제2군 화소(50b)에 축적한 화소를 짧은 사이클로 정기적으로 추출하도록 촬상 소자 제어 회로(23)에 제어 신호를 출력하고, 그 총계를 측광 레벨의 임계치와 비교함으로써, 비교기(7)로써 규정 광량(소정치)이 되는지의 여부가 판단된다(단계 S105). 비교기(7)가 규정 광량에 달하지 않은 경우, 단계 S106에서 MPU(27)는 릴리스로부터 소정 시간 경과하였는지의 여부를 판단한다. 측정 광량에 도달하였다고 판단된 경우, MPU(27)는 단계 S110에서 제1군 화소(50a)의 광전 변환을 종료하고, 단계 S111에서 축적한 전하를 판독하여, A/D 변환 또는 그 밖의 처리를 행하여 화상 데이터로 한 후에, 단계 S112에서 이것을 도시하지 않는 메모리에 기억한다. 그 후, 단계 S113에서 전원을 자동적으로 오프한다(또한 단계 S103으로 되돌아가서 촬영을 속행해도 된다).

한편, 규정 광량에 도달하기 전에 릴리스로부터 소정 시간 경과하였다고 판단한 경우, 단계 S114에서 도시되지 않는 모드 스위치(모드 선택 수단)에 의해 밸브 모드(제1 모드)가 설정되어 있는지의 여부를 판단한다. 밸브 모드가 설정되어 있다고 판단하면, MPU(27)는 단계 S115에서, 릴리스 스위치를 누르고 있는 한 노광을 속행한다. 그 후, 릴리스 스위치가 누르지 않게 된 시점(단계 S107)에서 MPU(27)는 제1군 화소(50a)의 광전 변환을 강제적으로 종료하고, 단계 S108에서 「노광 부족입니다. 촬영을 중지하였습니다」 등의 메시지를 도시하지 않은 액정 패널(경고 수단)에 표시하여 경고를 행한다. 또한, 이러한 경고는 부저나 음성이어도 된다. 그 후, 단계 S109에서 MPU(27)는 화소(50a, 50b)의 전하를 소거하고, 단계 S113에서 전원을 오프 조작한다.

이에 대하여, 단계 S114에서 도시되지 않은 모드 스위치에 의해, 비밸브 모드(제2 모드)가 설정되어 있다고 판단하면, MPU(27)는 릴리스 스위치가 계속 눌러지는지의 여부에 상관없이, 단계 S107에서 노광을 강제 종료한다. 그 이후는 상술한 동작과 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다.

본 실시 형태에 따르면, 제1군 화소(50a)의 광전 변환 개시와 동시에, 제2군 화소(50b)의 광전 변환을 개시하기 때문에, 촬영 중 피사계 휘도를 정확히 측광할 수 있어 적당한 노광을 얻을 수 있다. 또한, 규정광량에 도달하기 전에 릴리스로부터 소정 시간 경과하였다고 판단한 경우, 제1군 화소(50a)의 광전 변환을 강제적으로 종료하지 않고, 「노광 부족입니다」 등의 메시지를 도시되지 않은 액정 패널에 표시하여 경고만을 행해도 된다. 촬영자가 야경 장면의 촬영을 의도하여 장시간 노광을 행하는 경우도 있기 때문이다.

도 11은 제2 실시 형태에 따른 전자 스틸 카메라의 동작을 나타내는 흐름도이다. 본 실시 형태가 제1 실시 형태와 다른 점은 밸브 모드를 설치하고 있지 않은 점, 및 릴리스 스위치를 설치하지 않고 전원 스위치가 릴리스 스위치를 겸하고 있는 점이다. 구체적으로는, 도 11의 단계 S101에서, 전원 스위치(25)의 온 조작이 이루어지면, 단계 S102에서, MPU(27) 등에 배터리 BT로부터 전력이 공급되며, 즉시 제1군 화소(50a) 및 제2군 화소(50b)에 의한 광전 변환이 개시되도록 되어 있다(단계 S104). 또, 촬영 시마다 전원 스위치가 자동적으로 오프가 되기 때문에(단계 S113), 촬영 대기의 상태에서 각 회로 소자로의 전력 공급을 차단함에 따른 절전 효과가 있다. 그 밖의 동작에 대해서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지이기때문에 생략한다.

또한, 본 실시 형태의 변형예로서, 가변 조리개를 이용하는 것도 상정된다. 보다 구체적으로는, 규정 광량에 도달하기 전에 릴리스로부터 소정 시간 경과하였다고 판단한 경우, MPU(27)가 조리개 수단인 가변 조리개(도 9의 26)를 구동하여, 조리개 직경을 증대시키는 것으로, 촬상 소자(22)로의 수광량을 증대시켜서, 적정한 노광을 얻는 것이 상정된다. 또한, 가변 조리개(26)에 대해서는 잘 알려져 있기 때문에 상세하게는 기재하지 않지만, 조리개 직경을 단계적으로 변화시키는 것, 복수매의 날개를 구비하고 조리개 직경을 연속적으로 변화시키는 것, 모두를 이용할 수 있다.

이상 진술한 본 실시 형태에서는, 화상 데이터 취득용의 제1군 화소(50a)와, 노광 제어용 데이터 취득용의 제2군 화소(50b)를 독립시키고 있다. 그러나, 제2군 화소(50b)를 소위 비파괴 판독 가능한 화소라고 하면, 축적된 전하를 추출하지 않고, 그 양을 확인할 수 있기 때문에, 제2군 화소(50b)에 축적된 전하를 화상 데이터의 일부로서 이용할 수 있고, 그에 따라 화질의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 적분 개시를 제2군 화소(50b)의 전하를 다 배출한 후, 제1군 화소(50a)의 전하를 출력할 수 있는 상태로 하고나서 행해도 된다.

이와 같이, CMOS형 촬상 소자를 이용하면, 임의의 화소의 전하를 판독할 수 있기 때문에, 본 실시 형태와 같이 촬상 소자(22)의 화소의 일부를, 노광 제어용 데이터 취득을 위해 이용할 수 있고, 그것에 의하여 종래 기술에서 설치하였던 것과 같은 피사계 휘도를 측정하기 위한 수광 소자가 불필요해지며, 비용 저감이나외관 디자인의 자유도를 높일 수 있다.

도 12의 (a)는 제3 실시 형태에 따른 전자 스틸 카메라의 개략 구성도이고, 도 12의 (b)는 촬상 소자(22)를 피사체측에서 본 도면이다. 릴리스 스위치, 전원 스위치, 배터리는 생략하여 나타내고 있다. 본 실시 형태는 도 9에 도시한 실시 형태에 대하여, 제2군 화소의 위치만이 주로 다르기 때문에, 마찬가지의 점에 대해서는 설명을 생략한다.

도 12에 있어서, 기판(22a) 상에 제1군 화소(도시되지 않음)만을 구비한 촬상부(54)가 배치되며, 그 하방에는 제2군 화소를 포함하는 수광 소자(250b)가 배치되어 있다. 수광 소자(250b)의 신호는 도 9의 실시 형태와 마찬가지로, 비교기(7)에 출력하도록 되어 있다. 이 때, 제2군 화소는 1화소라도 가능하다.

또한, 본 실시 형태에서는 촬영 렌즈(1)와 촬상부(54) 사이에 하프미러(60)가 설치되고, 피사체(3)로부터의 반사광의 일부를 광축 직각 방향으로 반사시킨다. 하프 미러(60)로부터의 광은 미러(61)에 의해 반사되어, 수광 소자(250b)에 입사하도록 되어 있다. 그 출력을 이용한 노광 제어에 관해서는 상술한 실시 형태와 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다. 이러한 실시 형태에 따르면, 촬상부(54)는 신호 추출용 배선도 포함시키고, 범용 CMOS 촬상 소자를 이용할 수 있기 때문에, 비용을 보다 저감시킬 수 있다. 또한, 하프 미러(60)와 미러(61)로 광학계를 구성한다.

이상, 본 발명을 실시 형태를 참조하여 설명해 왔지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정하여 해석되어서는 안되며, 적절하게 변경·개량이 가능한 것은 물론이다. 예를 들면, 전자 스틸 카메라에 섬광 장치를 설치함으로써, 예를 들면 규정광량에 도달하기 전에, 릴리스로부터 소정 시간 경과하였다고 판단한 경우, 섬광 장치에 의해 섬광을 발함으로써, 적정한 노광을 얻는 것도 상정된다.

본 발명의 화상 처리 시스템에 따르면, 소비 전력을 낮게 억제할 수 있고, 또한 적정한 노광을 행할 수 있는 촬상 장치를 제공할 수 있다.

도 13은 본 실시 형태에 따른 촬영 장치의 일례인 전자 스틸 카메라의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 도 13에서, 참조 부호 27은 조리개 셔터 속도를 결정하거나, 각종 회로에 제어 신호를 출력하는 MPU이고, 참조 부호 200은 MPU(27)로부터의 트리거 신호(발광 스타트 신호)를 받아서 발광 장치인 스트로보(2)를 발광시키는 스트로보 회로이고, 참조 부호 21은 피사체(3)로부터의 반사광을 집광하는 촬영 렌즈이고, 참조 부호 22는 도 1에 도시하는 CMOS형 촬상 소자이다. 참조 부호 23은 판단부인 비교기(7)로부터의 스톱 신호를 받아서 촬상 소자(22)의 노광량 제어를 행하는 촬상 소자 제어 회로이다. 이와 같이 구성된 전자 스틸 카메라의 동작은 이하와 같다.

도 14에 도시한 스트로보 발광 특성도를 참조하면서, 본 실시 형태의 동작에 대하여 설명한다. 도 14에 도시한 곡선 f가 스트로보(2)를 풀 발광시켰을 때의 스트로보 발광 곡선이다. 본 실시 형태에서는 사전에 설정되어 있는 스트로보 모드 시의 셔터 스피드(예를 들면 1/60초로 도면의 t1 ∼ ts에 상당)에 기초하여, 셔터가 닫히는 시각 ts보다 스트로보(2)의 최장 발광 시간 T2(통상 50㎲ ∼ 500㎲)만큼 짧은 시각 tx에 스트로보(2)를 발광시킨다(발광량은 컨트롤하지 않고, 풀 발광이라도 상관없다). 또한, 본 실시 형태에서는, 통상의 AE 모드인 경우에서는 우선, 촬영 렌즈(21)를 통해서 촬상 소자(22)의 제2군 화소(50b)(도 3)에 입사한 광에 의해 피사체의 밝기를 측정하고, MPU(27)에 의해 조리개와 셔터 스피드를 결정하고, 셔터 스피드가 1/60초를 넘는 경우에 스트로보 모드가 자동적으로 선택되도록 되어 있다. 현재, 시각 t1에서 촬상 소자 제어 회로(23)가 타이밍 발생기(51)에 신호 TRG1을 공급함으로써, 그 광 센서부(도 1의 포토다이오드 D1) 내의 전하를 방출함으로써 노광을 개시한다.

다음에 소정 시간 경과 후, 시각 tx에서 MPU(27)로부터 트리거가 들어가면, 스트로보 회로(200)는 스트로보(2)를 발광시킨다. 스트로보 발광에 의해 피사체(3)가 조사된다. 피사체(3)로부터의 반사광은 촬영 렌즈(21)를 통해 촬상 소자(22)에 입사한다. 그 동안, 스트로보 발광량은 도 14에 도시한 바와 같이 급격히 증가한다. 또한, 시각 tx에서 MPU(27)로부터의 스트로보 발광 신호와 동시에, 적분 개시 신호가 적분 회로(도시되지 않음)에 들어 간다. 이에 따라, 스트로보 광의 적분이 개시된다.

적분 회로는 제2군 화소(50b)의 출력을 적분하고, 그 출력은 시간과 함께 증가한다. 그리고, 그 출력이 사전에 정해진 기준 조광 레벨에 도달한 시각 ts'에서 비교기(7)가 동작하여 스톱 신호를 출력한다. 스톱 신호는 비교기(7)로부터 MPU(27)를 통해서 출력되어도 된다.

촬상 소자 제어 회로(23)는 이 스톱 신호를 받으면, 타이밍 발생기(51)(도 1)에 신호 TRG2를 출력함으로써, 촬상 소자(22)의 노광 동작을 종료한다. 이에 따라, 최적의 노광 상태에서의 피사체(3)의 화상 정보가 각 화소 내의 전하 축적부에 기억된다. 이 때, 촬상 소자(22)의 적분 시간은 t1 ∼ ts'가 되어 최초의 설정(t1 ∼ ts)보다 (ts-ts')만큼 짧아지지만, 이 양은 매우 짧고, (ts-t1》ts-ts')이기 때문에 문제가 되지 않고, 원래 스트로보 모드 시의 셔터 스피드(예를 들면 1/60초 t1 ∼ ts)도, 특히 의미가 있는 숫자가 아니기 때문에 전혀 문제가 되지 않는다.

한편, 스트로보(2)는 시각 ts' 경과 후에도 발광을 계속하고, 시각 ts에서 소광한다(스트로보(2)가 발광하고 있는 시간은 T2이다). 영역 A는 촬상 소자(22)에 적분되어 화상이 된 만큼의 노광량, 영역 B는 화상 형성에는 기여하지 않은 만큼의 노광량이다. 이와 같이, 본 실시 형태에 따르면 정밀한 발광량의 제어가 곤란한 스트로보 발광을 도중에 정지하지 않고, 최적 노광량에 도달한 시점의 충전 전하량을 기억부에 기억할 수 있다. 이 결과, 간단한 구성으로 스트로보 발광 시에 노광량을 고정밀도로 컨트롤할 수 있다.

전술한 노광 제어의 고려는, 대낮의 싱크로 시(피사체가 역광일 때 등 스트로보를 발광시킴으로써, 적절한 노출의 피사체상이 찍힘)에도 적용할 수 있고, 이 때는 최초로 설정하는 셔터 스피드(상기 예의 1/60초에 상당)이 피사체의 밝기에 의해 변하는 점을 제외하면, 전술한 예와 동일하다. 단, 이 때 너무 셔터 스피드가 짧아지면 상기 ts-t1》ts-ts'가 성립하지 않게 되어 노광 정밀도에 영향을 주기 때문에, 이 때는 조리개를 작게 하고, 셔터 스피드가 어느 정도 길어지도록 하는 등의 처리가 필요하다. 예를 들어 설명한다. 예를 들면, 스트로보가 발광한 직후에 설정된 노광량에 도달하여 셔터가 닫혔다고 한다. 즉 거의 스트로보의 최장 발광 시간만큼 셔터 스피드의 어긋남(ts-ts')이 있었다고 한다.

셔터 스피드의 어긋남을 -0.2EV 이내로 하기 위해서는 스트로보 발광 시간을 y ms, 스트로보 촬영 가능한 셔터 속도를 x ms라고 하면, y<(1-2^-0.2)x가 된다. 따라서 셔터 스피드 1/250까지를 가능하게 하기 위해서는 스트로보 발광 시간은 517㎲ 이하, 1/500까지를 가능하게 하기 위해서는 스트로보 발광 시간은 258㎲ 이하, 1/1000까지를 가능하게 하기 위해서는 스트로보 발광 시간은 129㎲ 이하가 된다. 또한, 셔터 스피드의 어긋남을 -0.4EV 이내로 하기 위해서는, 마찬가지로 y<(1-2^-0.4)x이므로, 셔터 스피드 1/250까지이면 968㎲ 이하, 1/500까지이면 484㎲ 이하, 1/1000까지이면 242㎲ 이하, 1/2000까지이면 121㎲ 이하가 되고, 셔터 스피드의 어긋남이 크면, 스트로보가 닿아 있는 피사체는 적정 노광이지만, 스트로보 광이 미치지 못한 부분은 노광 부족, 또는 노광 오버가 되게 된다.

또한, 스트로보 최장 발광 시간(50㎲ ∼ 500㎲)을 고정이 아니라, 도시하지 않은 AF(오토포커스) 시스템으로부터의 거리 정보에 연동시킬 수 있다. 예를 들면, 설정 조리개라고 상정하여 (피사체 거리)×(조리개)가 작으면, 발광량이 적어지기 때문에, ts'-tx를 작게 추정할 수 있다. 이것과 반대로 (피사체 거리)×(조리개)가 크면 발광량은 많이 필요해지고, ts'-tx를 길게 추정할 수 있다.

도 15는 (피사체 거리)×(조리개)가 작을 때의 스트로보 발광 특성을, 도 16은, (피사체 거리)×(조리개)가 클 때의 스트로보 발광 특성을 각각 나타낸 도면이다. 상술한 바와 같이, (피사체 거리)×(조리개)가 작을 때에는 발광량은 적어져서, 도 15에 도시한 바와 같이 A 영역은 작아진다. 이것에 대하여, (피사체 거리)×(조리개)가 큰 경우에는 발광량이 많이 필요해지고, 도 16에 도시한 바와 같이 A 영역은 커진다.

이러한 방법을 이용하면, 상술한 바와 같은 대낮의 싱크로 시에 셔터 스피드가 짧아져도, ts'-tx를 추정하고 있기 때문에 ts-ts'를 짧게 할 수 있고, 상기 예보다도 오차를 적게 할 수 있다. 따라서, 보다 고속의 대낮의 싱크로가 가능해진다. 물론, ts보다도 ts'가 뒤에 온 경우에는 최초에 설정된 ts는 무시되고, ts'까지, 즉 스톱 신호가 출력될 때까지 고체 촬상 소자의 적분은 속행된다. 단지, 도면에서는 도시하지 않았지만, 발광량이 모자라서 스톱 신호가 나오지 않은 경우에는 ts나 ts' 중 어느 한쪽에서 광 센서부의 축적된 전하를 배출한다. 즉 셔터를 닫는다. 또는 ts나 ts'보다도 더 긴 시간이 경과한 후 손 떨림 한계의 셔터 스피드(예를 들면 1/60초), 혹은 가장 느린 셔터 스피드(예를 들면 1/8초) 등으로 강제적으로 광 센서부의 축적된 전하를 전송하여 노광을 종료하도록 해도 된다.

다음에, 도 17에 도시한 제4 실시 형태의 촬영 제어 흐름에 대하여 설명한다. 도 17의 단계 S201에서 촬영자가 메인 스위치를 온 조작하면, 단계 S202에서 전력이 각부에 공급되고, 단계 S203에서 스트로보 발광 회로(200)에서의 컨덴서(도시하지 않음)가 충전된다. 스트로보 충전은 필요할 때만 행하도록 해도 된다. 또한, 단계 S204에서 촬영자가 릴리스 버튼을 누르는 것을 기다려서, 릴리스 버튼이 눌러졌을 때, 단계 S205에서, MPU(27)는 제2군 화소(50b)(또는 제1군 화소(50a), 혹은 쌍방)의 출력을 이용하여 노출 제어를 개시하고, 단계 S206에서 노출 제어가완료된 후, 단계 S207에서 스트로보 발광이 필요한지의 여부를 판단한다. 노출 제어의 상태로서는 여러가지가 상정되지만, 제2군 화소(50b)로부터 연속하여 판독한 데이터에 기초하여 최적의 노출 조건을 결정할 수 있다.

이 때에, 피사체 조도가 낮기 때문에 스트로보 발광이 필요하다고 판단된 경우, MPU(27)는 단계 S108에서 노광을 개시하고, 단계 S109에서 발광 회로(20)에 트리거 신호를 보내서 스트로보(2)를 발광시킨다.

노광 개시 후, 또는 발광 직전에 제2군 화소(50b)로부터의 신호 판독을 개시한다. 클럭마다 출력을 판독하여 그 출력치를 체크한다. 각 제2군 화소(50b)는 화소 신호를 그대로 사용한다. 클럭마다 각 화소로부터의 신호를 동시에 판독한다. 즉 각 화소의 출력을 가산하여 판독하게 된다. 스트로보 발광 전으로부터 판독을 시작하는 것은, 즉 발광 전에 각 화소의 리세트을 행하고 있는 것에 상당한다.

단계 S110에서, 제2군 화소(50b)로부터의 출력에 기초하여 스트로보 발광량이 소정치를 오버하지 않는지를 판단한다. 스트로보 발광량이 소정치를 오버하였다고 판단하면, MPU(27)는 발광 회로(20)에 중지 신호를 보냄으로써 스트로보 발광을 강제적으로 종료, 또는 노광을 종료(제1군 화소(50a)의 전하 축적의 중지 또는 전하 배출을)시킨다. 한편, 스트로보 발광량이 오버하지 않는다고 판단하면, MPU(27)는 단계 S213에서 예정된 노광 시간이 종료할 때까지 기다리고, 단계 S214에서 노광 동작을 완료한다.

이에 대하여, 피사체 조도가 높기 때문에 스트로보 발광이 불필요하다고 판단한 경우, MPU(27)는 스트로보 발광을 행하지 않고, 단계 S212에서 노광을 개시하고, 단계 S113에서 예정된 노광 시간이 종료할 때까지 기다리고, 단계 S214에서 노광 동작을 완료한다.

그 후, 단계 S215에서 MPU(27)는 제1군 화소(50a)로부터 화상 신호를 판독하여, 단계 S216에서 도시되지 않은 메모리에 기억시키도록 되어 있다. 필요에 따라서 전원의 공급이 차단된다(단계 S217).

이상의 제어를 보충 설명하면, 스트로보 발광 후는 발광을 트리거로 하여 발광 후에 판독된 제2군 화소(50b)의 화소 신호를 클럭 마다 적분해 가도록 하고 있다. 적분한 값을 비교기(7)에서 사전에 설정한 임계치(조광 레벨)와 비교하여, 임계치에 도달하였을 때에, 촬상 소자 제어 회로에 스톱 신호를 출력하고, 촬상 소자의 전자 셔터를 닫음으로써 노광을 종료시킨다.

신호의 추출 방법으로서는 클럭마다 판독하는 것 이외에 한번 리세트하여 클리어한 화소로부터 신호선을 직결한 상태에서 출력을 추출하여도 된다. 이 경우 화소에서 스트로보 광을 적분하게 된다. 각 화소(수광 소자)의 출력을 가산한 신호를 비교기(7)에서 비교하면 된다. 도 18을 참조하여 후술하지만, 경우에 따라서는 제2군 화소(50b)를 선별할 수도 있다. 예를 들면, 고휘도인 피사체로부터의 광을 수광하고 있는 화소를 제2군 화소로 한 경우, 스트로보 광의 강도에 대하여 무시할 수 없는 경우도 있을 수 있다. 이러한 화소의 출력을 조광 제어용으로서 이용한 경우, 스트로보 광의 광량 검출에 오차가 생길 가능성이 있다. 이것을 배제하기 위해서 사전에 제2군 화소를 스캔하여 고휘도 피사체 광을 수광하는지의 여부를 검출하고, 수광하고 있는 경우에는 이 화소를 수광 소자로서 이용하지 않도록 제외하는 것이다. 단, 스트로보 광은 단시간에 상대적으로 강한 광을 발하기 때문에, 발광 시간 내에서의 통상 광의 영향은 무시할 가능성이 있고, 그 경우에는 선택 작업은 생략해도 상관없다.

제4 실시 형태에서는 사전에 설정한 조광 레벨에, 제2군 화소의 출력이 도달하면 비교기(7)로부터 스톱 신호가 출력되어, 촬상 소자 제어 회로(23)에 입력된다. 이에 따라 촬상 소자 제어 회로는 촬상 소자의 노광을 종료시킨다. 상기 기능을 촬상 소자(22) 상에 집적시킬 수도 있다. 조광 레벨 등의 설정은 외부로부터 행해도 된다.

컬러 촬상 소자의 화소를 제2군 화소로서 사용하는 경우, BGR의 필터에 있어서는, 그린의 화소를 대표로 하는 방법과, BGR 각각의 화소를 밸런스있게 선택하여 대표로 하는 방법이 있다. 제2군 화소만 다른 색 필터를 구비하는 것도 가능하고, 혹은 구비하지 않는 것도 가능하다.

도 18은 도 17의 스트로보 노광 제어의 변형예에 대하여, 상세히 설명하는 촬영 제어 플로우를 나타내는 도면이다. 본 변형예에 대해서는, 예를 들면 라이트와 같은 발광체 등의 고휘도 피사체로부터의 광이 제2군 화소에 입사했을 때의 제어를 나타내고 있다. 도 17의 단계 S206에서 노광 제어가 종료한 후, 도 18의 단계 S301에서, MPU(27)는 고휘도 피사체로부터의 광을 받은 제2군 화소(50b)를 나누어야 할지를 사전에 모드로 정해둔다(684도 동일 정정). 화소를 나누어야 한다고 모드로 정한 경우, MPU(27)는 단계 S302에서 제2군 화소(50b)를 고속으로스캔한다(각 화소의 출력을 조사한다). 단계 S303에서 어느 하나의 화소 출력이 규정치(임계치)보다 낮으면 고휘도 피사체로부터의 광이 아니라고 판단하고, 단계 S304에서 MPU(27)는 이러한 화소를 등록한다. 한편, 어느 하나의 화소의 출력이 규정치(임계치) 이상이면 고휘도 피사체로부터의 광이라고 판단하고, 단계 S305에서 MPU(27)는 이러한 화소를 제외하여 스트로보 조광을 행한다. 임계치는 고정치라도 되지만, 3개 이상의 화소 신호가 있는 경우, 그 평균치를 구하고, 평균치보다 동떨어진 화소 신호를 제외하는 것도 상정된다.

단계 S306에서 모든 제2군 화소(50b)의 스캔이 종료한 경우, 또는 단계 S301에서 고휘도 피사체로부터의 광을 받은 제2군 화소(50b)를 나눌 필요는 없다고 판단한 경우, MPU(27)는 단계 S307에서 노광을 개시하고, 단계 S308에서 제2군 화소(50b)를 리세트하고, 단계 S309에서 스트로보 발광 회로(20)를 통해 스트로보(2)를 발광시킨다. 그 후, 단계 S310에서 MPU(27)는 제2군 화소(50b)로부터 출력되는 신호를 판독하여, 단계 S311에서 이러한 신호를 적분하고, 단계 S312에서 적분치를 규정치(임계치)와 비교하여 그것을 넘고 있으면 단계 S314에서 스트로보 발광을 중지하고, 또는 노광을 종료(제1군의 화소(50a)의 전하 축적의 중지 또는 전하 배출)하고, 넘지 않으면 단계 S313에서 예정 시간이 넘은 것을 기다린 후에, 도 17의 단계 S214에서 노광을 종료한다.

이상 진술한 본 실시 형태에서는, 화상 데이터 취득용 제1군 화소(50a)와, 노광 제어용 데이터 취득용 제2군 화소(50b)를 독립시키고 있다. 그러나, 제2군 화소(50b)를, 소위 비파괴 판독 가능한 화소라고 하면, 축적된 전하를 추출하지 않고, 그 양을 확인할 수 있기 때문에, 제2군 화소(50b)에 축적된 전하를 화상 데이터의 일부로서 이용할 수 있고, 그에 따라 화질의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 적분 개시를 제2군 화소(50b)의 전하가 다 배출한 후에, 제1군 화소(50a)의 전하를 출력할 수 있는 상태로 하고나서 행해도 된다.

이와 같이, CMOS형 촬상 소자를 이용하면, 임의의 화소의 전하를 판독할 수 있어, 본 실시 형태와 같이, 촬상 소자(22)의 화소의 일부를, 노광 제어용 데이터 취득을 위해 이용할 수 있고, 그에 의하여 종래 기술에서 설치하였던 것과 같은 피사계 휘도를 측정하기 위한 수광 소자가 불필요해져, 비용 저감이나 외관 디자인의 자유도를 높일 수 있다.

다음에, 도 19, 도 20을 참조하여 CMOS형 촬상 소자의 다른 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 19는 본 실시 형태에서의 CMOS형 촬상 소자의 회로 구성도이다. 도 19에 도시한 바와 같이, 이 CMOS형 촬상 소자는 2차원 어레이 센서의 구성을 채용하고 있고, 상기한 구조의 단위 화소가 열 방향 및 행 방향에 매트릭스 형상으로 배열하도록 배치되어 있다.

또한, 수직 주사 신호(VSCAN)의 발생 회로인 수직 시프트 레지스터(102)가 화소 영역의 좌측에 배치되어 있다. 행마다 행 방향으로 배열된 단위 화소(100) 내의 MOS 트랜지스터 Qxxa의 게이트에, 수직 시프트 레지스터(102)로부터 수행할 때마다 하나씩 나와 있는 수직 주사 신호 공급선 v1, v2가 각각 접속되어 있다.

또한, 수평 주사 신호(HSCAN)의 발생 회로인 수평 시프트 레지스터(103)가 화소 영역의 하측에 배치되어 있다. 열마다 열 방향으로 배열된 단위 화소(100)내의 MOS 트랜지스터 Qxxa의 소스가 열마다 다른 수직 출력선 h1, h2에 접속되어 있다. 각 수직 출력선 h1, h2는 열마다 다른 스위치로서의 MOS 트랜지스터 Q01, Q02의 드레인에 하나씩 접속되어 있다. 각 스위치 Q01, Q02의 게이트는 수평 주사 신호(HSCAN)의 발생 회로인 수평 시프트 레지스터(103)에 접속되어 있다.

또한, 셔터 신호(VSHT)와 드레인 전압(VDD)의 발생 회로인 타이밍 발생기(101)가 화상 영역의 우측에 배치되어 있다. 이차원으로 배치된 모든 단위 화소(100) 내의 MOS 트랜지스터의 드레인에, 드레인 전압(VDD)의 발생 회로인 타이밍 발생기(101)로부터 나와 있는 드레인 전압 공급선이 각각 접속되어 있다. 또한, 이차원으로 배치된 모든 단위 화소(100) 내의 MOS 트랜지스터의 게이트에, 셔터 신호(VSHT)의 발생 회로인 타이밍 발생기(101)로부터 나와 있는 셔터 신호 공급선이 각각 접속되어 있다.

또한, 각 스위치 Q01, Q02의 소스는 공통 정전류원(104)을 통해 증폭기(105)에 접속되어 있고, 또한 증폭기의 출력은 출력(106)에 접속되어 있다. 즉, 각 단위 화소(100) 내의 MOS 트랜지스터 Qxxb의 소스는 트랜지스터 Qxxa, Q01 및 Q02를 통해 정전류원(104)에 접속되며, 화소 단위의 소스 폴로워 회로를 형성한다. 따라서, 각 MOS 트랜지스터 Qxxb의 게이트-소스 사이의 전위차, 및 벌크-소스 사이의 전위차는 접속된 정전류원(부하 회로: 104)에 의해 결정된다.

수직 주사 신호(VSCAN) 및 수평 주사 신호(HSCAN)에 의해, 순차, 각 단위 화소의 MOS 트랜지스터 Qxxb를 구동하여 광의 입사량에 비례한 영상 신호(Vout)가 판독된다. 상기한 바와 같이, 단위 화소(100)는 수광 다이오드 Dxx 및 MOS 트랜지스터 Qxxb, Qxxa로 구성되기 때문에, 화소 부분을 CMOS 기술을 이용하여 작성할 수 있다. 따라서, 상기 화소 부분과, 주사 회로(101 ∼ 103) 및 정전류원(104) 등 주변 회로를 동일한 반도체 기판에 작성할 수 있다.

이 소자 구조의 특장은 프로그레시브 스캔형 CCD 촬상 소자과 같이 모든 화소가 동시에 노광을 개시하고, 종료할 수 있는 점에 있다. 이것은 스트로보와 같은 단시간밖에 발광하지 않은 광원을 이용하여 정확한 노광 제어를 행할 때에 유효하다. 통상의 CMOS형 촬상 소자로서는 1화소씩 순서대로 판독해가거나 또는 1 라인씩 판독해가게 된다. 이 경우, 통상의 노광에서는 문제없지만, 스트로보 광 같은 단시간의 발광에 의한 노광을 행하는 경우에는, 노광 조건이 한정된다. 즉, 모든 화소가 노광을 행하고 있는 동안에 발광 개시하고, 발광 종료해야 한다. 본 소자과 같이 전하의 전송을 중지함에 의한 노광 종료를 행할 수는 없다.

도 20은 도 19의 센서를 이용하여, D11을 제2군 화소로서 이용한 예에 대하여, 본 실시 형태의 CMOS형 촬상 소자를 동작시키기 위한 각 입력 신호의 타이밍차트이다. p형의 웰 영역을 이용하고, 또한 광 신호 검출용 트랜지스터 Qxxb가 nMOS인 경우에 적용한다. 소자 동작은 방출(掃出 : sweep out) 기간(초기화)-축적 기간(노광 기간)-판독 시간-방출 기간(초기화)- … 등을 반복하여 행할 수 있다.

이러한 구성의 동작에 대하여 상세히 진술한다. 전압치로서 0V, VL(예를 들면, 1V 정도), VM(예를 들면, 3V 정도), VH(예를 들면, 5V 정도)의 4개의 값이 있다. 방출 기간은 VDD, VSH에 VH를 더한다(t0). 이에 따라 포토다이오드 Dxx 및 MOS 트랜지스터 Qxxb의 게이트 하의 캐리어 포켓에 축적된 전하를 방출할 수 있다.초기화가 완료된 후, VDD를 VM로, VSH를 VL로 한다(t1). 이에 따라, 포토다이오드에 입사한 광량에 따라 전하가 발생하고, 발생한 전하는 MOS 트랜지스터의 게이트 하에 형성된 캐리어 포켓에 유입된다. 여기에서부터 노광이 개시된다. 노광 기간의 후반에 스트로보를 발광시킨다(t3). 시각 t3의 조금 전의 시각 t2에서, I11, D11로부터의 신호의 판독을 개시한다. h1을 이용하여 일정 시간 간격마다 D11로부터 신호를 판독하여 적분해간다. 적분치가 임의의 임계치에 도달하였을 때, 즉 스트로보의 발광량이 적정치가 된 시점에서 노광을 종료시킨다. 이 때 VSH를 VL로부터 VM으로 함으로써 그것을 실현한다(t4). 이에 따라 노광 기간 중에 포토다이오드 Dxx로부터 MOS 트랜지스터 Qxxb의 게이트 하의 캐리어포켓에 유입되어 있는 전하의 흐름이 멈추고 노광이 종료한다. 이 후 수평 시프트 레지스터, 수직 시프트 레지스터를 동작시킴으로써 판독이 개시된다. 예를 들면 H1, V1을 각각 0V로부터 H로 함으로써(t5), Q11b로부터의 신호를 판독할 수 있다. 마찬가지로 Hx, Vx의 조합에 의해 모든 화소의 신호를 판독할 수 있다. 모든 신호를 판독한 후, 다시 VDD와 VSH를 VH로 함으로써 초기화를 행하고, 다음의 노광에 준비한다. 이 후 일정 시간, 혹은 스트로보 발광이 종료한 후, 각 화소로부터의 신호를 판독한다. 이 때, D11을 포함하는 화소로부터의 신호는 이미 판독되어 있기 때문에, 전하는 그다지 남아 있지 않다. 상기 예는 4 화소의 센서를 이용하고, 이 중 1 화소를 수광 소자로서 이용한 것이다. 화소 수가 증가하여도 기본적으로는 동일하다. 단, 제2군 화소가 복수개가 되기 때문에, 이들 화소로부터의 신호가 동시에 판독할 수 있도록 각 화소의 판독 트랜지스터가 ON하도록 어드레스를 설정한다. 판독한 신호는가산되어 판독된다. 가산했을 때의 출력 신호가 너무 크게 되어 출력 증폭기의 다이내믹 범위를 넘게 되는 경우도 상정된다. 이 경우에는 판독을 위한 클럭을 빠르게 하여, 제2군 화소를 1화소씩, 또는 몇개씩으로 통합하여 전부 동시가 아닌, 분할하여 1화면분의 신호를 판독하는 것도 가능하다. 출력 신호는 외부에서 가산, 적분되게 된다. 이상 진술한 CMOS형 촬상 소자의 기본적 구조에 대해서는, 예를 들면 특개평 11-195778호 공보에 개시되어 있기 때문에 이하에서 상세하게는 기재하지 않는다.

이상, 본 발명을 실시 형태를 참조하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정하여 해석되어서는 안되며, 적절하게 변경·개량이 가능한 것은 물론이다. 예를 들면, 스트로보 조광에 한하지 않고, 본 발명은 노광 제어 전반에 이용할 수 있다. 또한, 본 발명은 전자 스틸 카메라에 한하지 않고, 방사선 촬영 장치 등, 각종 촬영 장치에 적용할 수 있다.

또한, G 필터가 있는 화소만을 노광 제어 데이터 취득용 제2군 화소로서 이용하는 것도 상정된다. 또한, 제2군 화소의 위치를 고정할 필요는 없고, 예를 들면 중앙 중점 측광의 경우, 촬상부의 중앙의 화소로부터 제2군 화소를 선택하고, 평균 측광인 경우, 촬상부 전체로부터 제2군 화소를 선택할 수도 있다.

화상 데이터 취득용 단자와, 노광 데이터 취득용 단자를 공용해도 되고, 별도로 스트로보 광량 적분 출력 단자를 설치하여도 된다. 제2군 화소로부터의 신호를 스캔하여 판독할 때에, 부분마다 나누어서 판독할 수 있다. 예를 들면, 중요한 피사체는 중심부에 있는 경우가 많기 때문에, 중심으로부터 판독해가거나, 열 또는행마다 판독하거나, 나사 형상으로 판독하는 것도 상정된다. 하나의 화소 내에 메모리(전하 축적부)를 2개 설치하고, 스트로보 발광 전의 화상 전하와, 발광 후의 화상 전하를 각각 기록함으로써, 발광 전의 데이터는 흠이 없이 취득할 수 있다. 스트로보 발광 시각의 제어를 위해 사전에 적정광량을 추정하여, 노광 종료 시각보다도 그 만큼, 이전에 발광시킬 수 있다.

본 발명의 화상 처리 시스템에 따라, 필요한 부품수나 조정 공정수를 감소시킴으로써, 비용이 낮고, 디자인면으로도 제약이 적고 또는 오차가 작은 조광이 가능한 촬영 장치 및 그것에 이용하는 촬상 소자를 제공할 수 있다.

Claims (51)

1. 촬상 장치에 있어서,

   화상을 촬상하는 제1 광전 변환 소자;

   측광을 목적으로 광량을 측정하는 제2 광전 변환 소자; 및

   촬영 개시 신호를 출력하는 신호 출력 수단을 포함하고,

   상기 제1 광전 변화 소자에 의해 행해지는 제1 광전 변환 동작 및 상기 제2 광전 변환 소자에 의해 행해지는 제2 광전 변환 동작은 상기 촬영 개시 신호에 응답하여 개시되고, 상기 제2 광전 변환 소자에 의해 행해지는 상기 제2 광전 변환 동작의 결과로서 얻어진 신호 값이 소정치에 도달할 때 상기 제1 광전 변환 소자에 의해 행해지는 상기 제1 광전 변환 동작이 종료되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 신호 출력 수단이 릴리스 스위치인 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
3. 촬상 장치에 있어서,

   화상을 촬상하는 제1 광전 변화 소자;

   측광을 목적으로 광량을 측정하는 제2 광전 변환 소자; 및

   상기 장치의 회로에 전원을 공급하는 전원 스위치를 포함하고,

   상기 제1 광전 변환 소자에 의해 행해지는 제1 광전 변환 동작 및 상기 제2 광전 변환 소자에 의해 행해지는 제2 광전 변환 동작은 상기 전원 스위치가 온될 때 개시되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제2 광전 변환 소자에 의해 행해지는 상기 제2 광전 변환 동작의 결과로서 얻어진 신호 값이 소정치에 도달할 때, 상기 제1 광전 변환 소자에 의해 행해지는 상기 제1 광전 변환 동작이 종료되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 제1 광전 변환 동작이 개시된 이후로 소정 시간이 경과했을 때 상기 신호 값이 상기 소정치에 도달하지 않은 경우에, 경고를 발생하는 경고부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 제1 광전 변환 동작이 개시된 이래로 소정 시간이 경과하더라도 상기 신호 값이 상기 소정치에 도달하지 않은 경우에, 상기 제1 광전 변환 소자에 의해 행해지는 상기 제1 광전 변환 동작이 종료되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 제1 광전 변환 동작이 개시된 이래로 소정 시간이 경과하더라도 상기 신호 값이 상기 소정치에 도달하지 않은 경우에, 상기 제1 광전 변환 소자에 의해 행해지는 상기 제1 광전 변환 동작이 소정의 조작에 응답하여 속행되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 제1 광전 변환이 상기 소정의 조작에 응답하여 속행되는 제1 모드와 상기 광전 변환 소자가 상기 소정의 조작에 응답하여 상기 제1 광전 변환 동작을 속행하는 것 이외의 동작을 행하는 제2 모드 중 하나를 선택하는 모드 선택 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
9. 제7항에 있어서,

   상기 소정의 조작이 릴리스 스위치 조작인 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
10. 제1항에 있어서,

    피사체와 상기 제1 광전 변환 소자간에 배치되어 조리개의 직경을 변경하는 조리개 수단을 더 포함하고,

    상기 제1 광전 변환 동작이 개시된 이후로 소정 시간이 경과하더라도 상기 신호값이 상기 소정치에 도달하지 않은 경우에, 상기 조리개 수단이 상기 조리개의 직경을 증가시키는 것을 특징으로 하는 촬상 장치
11. 제10항에 있어서,

    상기 조리개 수단이 무단계로 상기 조리개의 상기 직경을 변경하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
12. 제10항에 있어서,

    상기 조리개 수단이 단계적으로 상기 조리개의 상기 직경을 변경하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
13. 피사체를 포함하는 화상을 촬상하는 촬상 장치에 있어서,

    촬영 렌즈;

    상기 피사체를 비추는 발광 소자; 및

    복수의 화소들이 2차원적으로 배치되어 있고, 수신된 광으로부터 광전 변환되어 상기 복수의 화소 각각에 축적된 전하가 다른 화소들의 순차 배출 순서에 대기하지 않고 임의의 화소로부터 배출될 수 있도록 구성된 촬상 소자를 포함하고,

    상기 촬상 소자는 상기 피사체를 포함하는 상기 화상의 상기 픽셀들에 대응하고 화상 데이터로 변환되는 전하들을 생성하는 제1군 화소와, 상기 피사체로부터의 광량에 대응하고 검출된 값으로 변환되는 전하들을 생성하는 제2군 화소를 포함하고, 상기 검출된 값이 임계치를 초과할 때 상기 발광 소자의 발광 동작이 즉시 중단되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
14. 피사체를 포함하는 화상을 촬상하는 촬상 장치에 있어서,

    촬영 렌즈; 및

    복수의 화소들이 2차원적으로 배치되어 있고, 수신된 광으로부터 광전 변환되어 상기 복수의 화소 각각에 축적된 전하가 다른 화소들의 순차 배출 순서에 대기하지 않고 임의의 화소로부터 배출될 수 있도록 구성된 촬상 소자를 포함하고,

    상기 촬상 소자는 상기 피사체를 포함하는 상기 화상의 상기 픽셀들에 대응하고 화상 데이터로 변환되는 전하들을 생성하는 제1군 화소와, 상기 피사체로부터의 광량에 대응하고 검출된 값으로 변환되는 전하들을 생성하는 제2군 화소를 포함하고, 상기 검출된 값이 임계치를 초과할 때 상기 제1군 화소의 상기 전하들의 생성 동작을 중단하는 조작 및 상기 제1군 화소에서 상기 전하들을 배출하는 조작 중 적어도 하나의 조작이 행해지는 것을 특징을 하는 촬상 장치.
15. 제13항에 있어서,

    상기 촬상 소자는 상기 전하가 특정 트리거 신호에 응답하여 특정 화소로부터 배출될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
16. 제13항에 있어서,

    상기 제2군 화소는 상기 제1군 화소의 일부이거나 또는 상기 제1군 화소와 혼합되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
17. 제16항에 있어서,

    상기 제2군 화소의 주변에 위치되는 상기 제1군 화소로부터 얻어진 제1 화상 데이터에 기초하여, 상기 제2군 화소의 위치에 대응하는 제2 화상 데이터가 얻어질 수 있는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
18. 제13항에 있어서,

    상기 촬상 소자는 상기 검출된 값이 상기 임계치를 초과하는지 여부를 검출하는 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
19. 제13항에 있어서,

    상기 촬상 소자는 상기 제2군 화소에 축적된 상기 전하를 외부로 출력할 수 있는 출력 포트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
20. 제13항에 있어서,

    상기 촬상 소자가 상기 제2군 화소로 기능하는 3개 이상의 화소군을 포함하는 경우, 상기 화소군들 중 어느 하나에 축적된 전하의 값이 다른 화소군들에 축적된 전하들의 평균값 보다 소정치 이상이면, 상기 화소군들 중 상기 어느 하나의 화소군에 축적된 상기 전하를 제외하고 상기 다른 화소군들에 축적된 전하들로부터 상기 검출값이 유도되어, 상기 검출값과 상기 임계치를 비교하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
21. 제13항에 있어서,

    상기 제2군 화소에 축적된 상기 전하들은 동시에 배출되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
22. 제13항에 있어서,

    상기 제2군 화소에 축적된 상기 전하들은 클럭 신호에 응답하여 배출되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
23. 제13항에 있어서,

    상기 촬상 소자는 상기 제2군 화소에 축적된 상기 전하들의 각 전하량이 상기 각 전하들을 배출하지 않고도 검출될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
24. 제13항에 있어서,

    상기 제2군 화소 각각에 트리거 신호들을 하나씩 순차 인가하여, 상기 제2군 화소에 축적된 상기 전하들 각각을 상기 트리거 신호를 인가한 순서대로 배출하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
25. 제13항에 있어서,

    상기 제2군 화소 각각은 적어도 2개의 전하 축적부를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
26. 제13항에 있어서,

    상기 제2군 화소는 상기 촬상 소자의 촬상 영역 중심부 근처에 배치되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
27. 제13항에 있어서,

    상기 촬상 소자의 촬상 영역 중심부 근처에 배치된 화소군들이 먼저 배출되는 방식으로 상기 제2군 화소에 축적된 상기 전하들이 하나씩 순차 배출되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
28. 피사체를 조명하는 발광 소자를 포함하고, 상기 피사체를 포함하는 화상을 촬상하는 촬상 장치에 이용되며, 복수의 화소들이 2차원적으로 배열되고, 수신된 광으로부터 광전 변환되어 상기 복수의 화소에 각각 축적된 전하들이 다른 화소들의 순차 배출 순서에 대기하지 않고도, 임의의 화소로부터 배출될 수 있도록 구성된 촬상 소자에 있어서,

    상기 피사체를 포함하는 상기 화상의 상기 픽셀들에 대응하는 전하로서 화상 데이터로 변환되는 전하들을 생성하는 제1군 화소; 및

    상기 피사체로부터의 인입 광량에 대응하는 전하로서 검출값으로 변환되는 전하들을 생성하는 제2군 화소를 포함하고,

    상기 발광 소자의 발광 동작은 상기 검출값이 임계치를 초과하는 즉시 정지되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
29. 복수의 화소들이 2차원적으로 배치되고, 수신된 광으로부터 광전 변환되어 상기 복수의 화소 각각에 축적된 전하들이 다른 화소들의 순차 배출 순서에 대기하지 않고도 임의의 화소로부터 배출될 수 있도록 구성된 촬상 소자에 있어서,

    피사체를 포함하는 화상의 픽셀에 대응하고 화상 데이터로 변환되는 전하를 생성하는 제1군 화소; 및

    상기 피사체로부터의 인입 광량에 대응하고 검출값으로 변환되는 전하를 생성하는 제2군 화소를 포함하고,

    상기 검출값이 임계치를 초과하면, 상기 제1군 화소에서의 상기 전하 생성 동작 정지 및 상기 제1군 화소로부터의 상기 전하 배출 동작 정지 중 적어도 하나를 행하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
30. 제28항에 있어서,

    상기 전하는 특정 트리거 신호에 응답하여 특정 화소로부터 배출될 수 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
31. 제28항에 있어서,

    상기 제2군 화소는 상기 제1군 화소의 일부이거나 또는 상기 제1군 화소와 혼합되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
32. 제31항에 있어서,

    상기 제2군 화소의 주변에 배치된 상기 제1군 화소로부터 얻어진 제1 화상 데이터에 기초하여, 상기 제2군 화소의 위치에 대응하는 제2 화상 데이터가 얻어질 수 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
33. 제28항에 있어서,

    상기 검출값이 상기 임계치를 초과하는지 여부를 검출하는 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
34. 제28항에 있어서,

    상기 제2군 화소에 축적된 전하를 외부로 출력할 수 있는 출력 단자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
35. 제28항에 있어서,

    상기 촬상 소자가 상기 제2군 화소로 기능하는 3개 이상의 화소군을 포함하는 경우, 상기 화소군들 중 어느 하나에 축적된 전하의 값이 다른 화소군들에 축적된 전하들의 평균값 보다 소정치 이상이면, 상기 화소군들 중 상기 어느 하나의 화소군에 축적된 상기 전하를 제외하고 상기 다른 화소군들에 축적된 전하들로부터 상기 검출값이 유도되어, 상기 검출값과 상기 임계치를 비교하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
36. 제28항에 있어서,

    상기 제2군 화소에 축적된 상기 전하들은 동시에 배출되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
37. 제28항에 있어서,

    상기 제2군 화소에 축적된 상기 전하들은 클럭 신호에 응답하여 배출되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
38. 제28항에 있어서,

    상기 제2군 화소에 축적된 상기 전하들의 각 전하량이 상기 각 전하들을 배출하지 않고도 검출될 수 있는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
39. 제28항에 있어서,

    상기 제2군 화소 각각에 트리거 신호들을 하나씩 순차 인가하여, 상기 제2군 화소에 축적된 상기 전하들 각각을 상기 트리거 신호를 인가한 순서대로 배출하는것을 특징으로 하는 촬상 소자.
40. 제28항에 있어서,

    상기 제2군 화소 각각은 적어도 2개의 전하 축적부를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
41. 제28항에 있어서,

    상기 제2군 화소는 상기 촬상 소자의 촬상 영역 중심부 근처에 배치되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
42. 제28항에 있어서,

    상기 촬상 소자의 촬상 영역 중심부 근처에 배치된 화소군들이 먼저 배출되는 방식으로 상기 제2군 화소에 축적된 상기 전하들이 하나씩 순차 배출되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
43. 촬상 소자에 있어서,

    촬상 영역에 2차원적으로 배열되는 복수의 화소; 및

    상기 복수의 화소 사이에 배치되는 복수의 수광 소자를 포함하고,

    상기 복수의 수광 소자는 상기 복수의 화소에 포함되는 2개 이상의 화소간 거리에 각각 상당하는 간격을 갖는 라인형상으로 배열되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
44. 피사체를 포함하는 화상을 촬상하는 촬상 장치에 있어서,

    복수의 화소들이 2차원적으로 배열되는 촬상부;

    상기 화상을 상기 촬상부에 포커스하는 촬영 렌즈;

    상기 촬상부 외부에 배치된 수광 소자; 및

    상기 피사체로부터 반사되어 상기 촬영 렌즈로부터 상기 촬상부로 인입되는 광의 일부를 상기 수광 소자에 유도하는 광학 시스템

    을 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
45. 피사체를 포함하는 화상을 촬상하는 촬상 장치에 있어서,

    촬영 렌즈;

    색 필터; 및

    상기 화상을 촬상하는 제1군 화소 및, 측광 데이터 얻는 제2군 화소가 2차원적으로 배열되어 있고, 상기 제1군 화소 및 상기 제2군 화소 각각이 상기 화상의 각각의 픽셀들에 대응하는 촬상 소자를 포함하고,

    상기 피사체에서 반사된 광은 상기 색 필터를 통과한 후에 상기 제1군 화소에 의해 수신되고, 상기 피사체에서 반사된 상기 광은 색 필터를 통과하지 않고 상기 제2 색 필터에 의해 수신되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
46. 피사체를 포함하는 화상을 촬상하는 촬상 장치에 있어서,

    촬영 렌즈;

    복수의 화소들이 2차원적으로 배열되어 있는 촬상 소자를 포함하고,

    상기 촬상 소자는 상기 화상을 촬상하는 제1군 화소, 측광 데이터를 얻는 제2군 화소, 및 각각이 컬러 화상를 재생하기 위한 원색들 중 하나에 대응하고, 상기 원색들에 대응하는 화상 데이터 세트들을 생성하도록 상기 제1군 화소의 각각을 커버하는 색 필터들을 포함하며, 상기 제2군 화소는 상기 컬러 필터들에 의해 커버되지않고, 상기 제2군 화소의 각각은 임의의 방향에서 나란히 배열되지 않고 상기 제1군 화소에 의해 둘러싸여진 위치에서 배치되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
47. 피사체를 포함하는 화상을 촬상하는 장치에 있어서,

    촬영 렌즈;

    상기 이미지를 촬상하는 제1군 화소 및 측광 데이터를 얻는 제2군 화소가 2차원적으로 배열되는 촬상 소자; 및

    상기 제1군 화소 및 제2군 화소 모두를 커버하고, 각각이 컬러 화상을 재생하기위해 3원색 중 하나에 대응하는 색 필터들을 포함하고,

    상기 제2군 화소는 상기 색 필터들 중 제1 색 필터를 통해 상기 피사체로부터의 광을 수신하는 제1 색 화소들, 상기 색 필터들 중 제2 색 필터를 통해 상기 피사체로부터의 광을 수신하는 제2 색 화소들 및 상기 색 필터들 중 제3 색 필터를 통해 상기 피사체로부터의 광을 수신하는 제3 색 화소들을 포함하고, 측광 데이터는 상기 제1 색 화소들, 상기 제2 색 화소들 및 제3 색 화소들의 출력 값들을 기초로 얻어지는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
48. 제47항에 있어서,

    상기 제1 색 화소들, 상기 제2 색 화소들 및 제3 색 화소들의 출력 값들은 상기 측광 데이터를 얻는 처리에서 가중되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
49. 제47항에 있어서,

    상기 색 필터들은 각각 적색, 녹색 및 청색 필터인 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
50. 제1항에 있어서,

    상기 제1 광전 변환 소자에 의해 행해지는 상기 제1 광전 변환 동작 및 상기 제2 광전 변환 소자에 의해 행해지는 상기 제2 광전 변환 동작은 상기 화상 촬상 개시 신호에 응답하여 동시에 개시되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
51. 제3항에 있어서,

    상기 제1 광전 변환 소자에 의해 행해지는 상기 제1 광전 변환 동작 및 상기 제2 광전 변환 소자에 의해 행해지는 제2 광전 변환 동작은 상기 전원 스위치가 온될 때 동시에 개시되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.