KR20060080127A

KR20060080127A - 촬상 장치 및 촬상 방법

Info

Publication number: KR20060080127A
Application number: KR1020060000479A
Authority: KR
Inventors: 나오끼 하야시; 세이신 아사또; 겐지 다나까
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 2005-01-04
Filing date: 2006-01-03
Publication date: 2006-07-07
Also published as: CN1801901A; DE602006018678D1; CN100574384C; EP1677514A3; JP2006191236A; US20060157760A1; EP1677514A2; ATE491302T1; JP4325557B2; ES2357617T3; KR101215124B1; EP1677514B1

Abstract

XY 판독 방식의 고체 촬상 소자에 의한 촬상 화상의 왜곡이 방지됨과 함께, 화소 회로 내에의 광의 누설에 기인하는 노이즈의 발생량이 억제된 촬상 장치를 제공한다. 전송 트랜지스터와 리세트 트랜지스터를 온으로 하고, 포토다이오드의 축적 전하와 플로팅 디퓨전의 전위를 리세트하여, 포토다이오드에의 노광을 개시한다(타이밍 T12). 그리고, 소정의 노광 시간의 경과 후에, 메카니컬 셔터를 닫아 노광 기간을 종료시키고(타이밍 T13), 그 상태로, 포토다이오드로부터 전송된 신호 전하에 따른 전압을 플로팅 디퓨전으로부터 행마다 순차적으로 판독한다(타이밍 T14∼T15).

포토다이오드, 노광, 메카니컬 셔터, 전송 트랜지스터, 리세트 트랜지스터, 화소 신호

Description

촬상 장치 및 촬상 방법{IMAGING APPARATUS AND IMAGING METHOD}

도 1은 롤링 셔터를 이용한 종래의 노광·전하 전송 타이밍과, 그것에 의한 촬상 화상의 예를 도시하는 도면.

도 2는 모든 행 동시에 셔터를 절단하는 것이 가능한 CMOS형 이미지 센서에서의 각 화소의 회로 구성예를 도시하는 도면.

도 3은 도 2의 회로에 의한 노광·전하 전송 타이밍과, 그것에 의한 촬상 화상의 예를 도시하는 도면.

도 4는 종래의 CMOS형 이미지 센서의 포토다이오드 주변부의 구조를 도시하는 단면도.

도 5는 실시 형태에 따른 촬상 장치의 구성을 도시하는 도면.

도 6은 촬상 소자와 그 주변의 아날로그 회로의 개략 구성예를 도시하는 도면.

도 7은 촬상 소자의 각 화소부의 회로 구성예를 도시하는 도면.

도 8은 촬상 화상의 모니터링 시 및 동화상 촬상 시에서의 셔터 동작을 도시하는 타이밍차트.

도 9는 정지 화상 촬상 시에서의 셔터 동작을 도시하는 타이밍차트.

도 10은 1/30초마다의 연속 촬상 시에서의 셔터 동작을 도시하는 타이밍차 트.

도 11은 도 10의 동작에 적합한 메카니컬 셔터의 구성예를 도시하는 도면.

도 12는 도 11의 메카니컬 셔터의 동작을 설명하기 위한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101 : 광학 블록

102 : 촬상 소자

103 : CDS/AGC 회로

104 : AD 컨버터

105 : 카메라 신호 처리 회로

106 : 인코더/디코더

107 : 제어부

108 : 입력부

109 : 표시부

110 : 기록 매체

200 : 반도체 소자 기판

210 : 화소부

211 : 행 선택 신호선

212 : 전송 신호선

213 : 리세트 신호선

214 : 수직 신호선

215 : 정전류원

216 : FD

220 : 정전류부

230 : 열신호 처리부

240 : 수직 선택부

250 : 수평 선택부

260 : 수평 신호선

270 : 출력 처리부

280 : TG

PD11 : 포토다이오드

M12 : 전송 트랜지스터

M13 : 증폭 트랜지스터

M14 : 선택 트랜지스터

M15 : 리세트 트랜지스터

[특허 문헌1] 일본 특개2001-238132호 공보(단락 번호〔0023〕∼〔0030〕, 도 2)

[특허 문헌2] 일본 특개2004-140149호 공보(단락 번호〔0029〕∼〔0042〕, 도 4)

본 발명은, 고체 촬상 소자를 이용하여 화상을 촬상하는 촬상 장치 및 촬상 방법에 관한 것으로, 특히, XY 어드레스 방식으로 각 화소 신호를 판독하는 CMOS형 이미지 센서 등의 고체 촬상 소자를 이용하여 촬상하는 촬상 장치 및 촬상 방법에 관한 것이다.

최근, 디지털 스틸 카메라나 디지털 비디오 카메라 등, 고체 촬상 소자를 이용하여 촬상하고, 촬상 화상을 디지털 데이터로서 보존할 수 있는 촬상 장치가 널리 보급되고 있다. 이러한 촬상 장치에 이용하는 촬상 소자로서는, CCD(Charge Coupled Device)형 이미지 센서가 가장 일반적이었지만, 최근에는, 고체 촬상 소자의 한층 더한 다화소화가 진행됨에 따라, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)형 이미지 센서가 주목받고 있다. CMOS형 이미지 센서는, 화소 신호의 랜덤 액세스가 가능한 점이나, CCD형 이미지 센서와 비교하여 판독이 고속이며, 고감도, 저소비 전력 등의 특징이 있다.

그런데, 대부분의 CMOS형 이미지 센서는, 전자 셔터 기능을 구비하고 있다. 그러나 그 셔터 기능은, CCD형 이미지 센서와 달리, 2차원 배열된 다수의 화소를 화소 행마다 순차적으로 주사하여 신호를 행하는, 소위 롤링 셔터(혹은 포컬 프레인 셔터라고도 함)이기 때문에, 행마다 노광 기간이 어긋난다고 하는 과제가 있다.

도 1은 롤링 셔터를 이용한 종래의 노광·전하 전송 타이밍과, 그것에 의한 촬상 화상의 예를 도시하는 도면이다.

도 1a에 도시한 바와 같이, 예를 들면 L1행∼Ln행(n은 2 이상의 정수)의 화소를 구비하는 CMOS형 이미지 센서에서는, 각 행을 리세트한 후에 포토다이오드에의 노광을 개시하고, 소정의 노광 시간의 경과 후에 축적된 전하를 전송하여, 신호를 출력한다. 그리고, 이러한 동작이 L1행∼Ln행을 향하여 순서대로 지연되어 행해진다. 이 때문에, 예를 들면 상하 방향으로 직선 형상의 피사체 S가 좌우 방향으로 이동하고 있는 경우에, 이 피사체 S를 촬상한 정지 화상에서는, 도 1b에 도시한 바와 같이 피사체 S가 기울어진 상태로 찍히게 된다.

이에 대하여, 모든 행에 대하여 동시에 셔터를 눌러서, 노광 기간을 일치시키도록 한 촬상 소자가 있었다. 이 촬상 소자에서는, 포토다이오드를 임의의 시점에서 모든 행 동시에 리세트하고, 소정의 노광 시간의 경과 후에 포토다이오드의 전하를 플로팅 디퓨전(FD)에 전송한다. 그리고, 이 FD의 신호를 1행씩 순서대로 출력한다. 또한, 포토다이오드의 신호 전하를 모든 행 동시에 리세트하기 위해, 포토다이오드의 잉여 전하를 FD를 경유하지 않고 직접 드레인에 배출할 수 있는 배출 트랜지스터를 구비하는 촬상 소자도 있었다(예를 들면, 특허 문헌1 참조).

도 2는 모든 행 동시에 셔터를 누르는 것이 가능한 CMOS형 이미지 센서에서의 각 화소의 회로 구성예를 도시하는 도면이다.

도 2에 도시한 화소 회로는, 포토다이오드 PD11, 전송 트랜지스터 M12, 증폭 트랜지스터 M13, 선택 트랜지스터 M14, 리세트 트랜지스터 M15, 배출 트랜지스터 M16을 구비한다. 또한 여기서는, 각 트랜지스터는 n채널 MOSFET(MOS Field-Effect Transistor)이다.

또한, 전송 트랜지스터 M12, 선택 트랜지스터 M14 및 리세트 트랜지스터 M15의 각 게이트에는, 전송 신호선(212), 행 선택 신호선(211), 리세트 신호선(213)이 각각 접속되어 있다. 이들 신호선은 수평 방향으로 연장되어, 동일 행에 포함되는 화소를 동시에 구동하도록 되어 있으며, 이에 의해 롤링 셔터의 구동을 제어 가능하게 되어 있다. 또한, 선택 트랜지스터 M14의 소스 및 배출 트랜지스터 M16의 각 게이트에는, 수직 신호선(214) 및 배출 신호선(217)이 접속되어 있다. 수직 신호선(214)의 한쪽의 단부는, 정전류원(215)을 개재하여 접지되어 있다. 또한, 배출 신호선(217)은 모든 화소 공통으로 설치되어 있다.

포토다이오드 PD11은, 광전 변환에 의해 생성된 전하를 축적하는 것으로, 그 P측이 접지되며, N측이 전송 트랜지스터 M12의 소스에 접속되어 있다. 전송 트랜지스터 M12가 온되면, 포토다이오드 PD11의 전하가 FD(216)에 전송되지만, FD(216)에는 기생 용량이 있기 때문에, 이 부분에 전하가 축적된다.

증폭 트랜지스터 M13의 드레인은 전원 전압 Vdd로 되며, 게이트는 FD(216)에 접속되어 있다. 이 증폭 트랜지스터 M13은 FD(216)의 전위 변동을 전기 신호로 변환한다. 선택 트랜지스터 M14는, 신호를 판독하는 화소를 행 단위로 선택하기 위한 것으로, 그 드레인은 증폭 트랜지스터 M13의 소스에, 소스는 수직 신호선(214)에 접속되어 있다. 이 선택 트랜지스터 M14가 온하였을 때에는, 증폭 트랜지스터 M13과 정전류원(215)이 소스 폴로워를 구성하기 때문에, FD(216)의 전압에 연동하는 전압이 수직 신호선(214)에 출력된다.

리세트 트랜지스터 M15의 드레인은 전원 전압 Vdd로 되며, 소스는 FD(216)에 접속되어 있다. 이 리세트 트랜지스터 M15는 FD(216)의 전위를 전원 전압 Vdd로 리세트한다. 배출 트랜지스터 M16의 드레인은 전원 전압 Vdd로 되고, 소스는 전송 트랜지스터 M12의 소스에 접속되어 있다. 이 배출 트랜지스터 M16은, 포토다이오드 PD11의 축적 전하를 직접, 전원 전압 Vdd로 리세트한다.

도 3은 도 2의 회로에 의한 노광·전하 전송 타이밍과, 그것에 의한 촬상 화상의 예를 도시하는 도면이다.

우선, 도 3a를 이용하여, 상기의 화소 회로의 동작에 대하여 설명한다.

우선, 모든 화소의 리세트 트랜지스터 M15를 온하여, 모든 화소의 FD(216)를 전원 전압 Vdd로 세트한다. 다음으로 리세트 트랜지스터 M15를 오프한 후, 모든 화소의 전송 트랜지스터 M12를 온하여, 모든 화소의 포토다이오드 PD11로부터 축적 전하에 비례한 전압을 FD(216)에 전달시킨다. 또한, 전송 트랜지스터 M12를 오프하고, 모든 화소의 배출 트랜지스터 M16을 온하여, 모든 화소의 포토다이오드 PD11을 전원 전압 Vdd로 세트한다.

다음으로, 배출 트랜지스터 M16을 오프하면, 이에 의해 모든 화소의 포토다이오드 PD11에서 광 신호의 축적이 동시에 개시된다(타이밍 T21). 그리고, 소정의 노광 시간이 경과한 후, 모든 화소의 전송 트랜지스터 M12를 온하면, 포토다이오드 PD11의 축적 전하에 비례한 전압이 FD(216)에 모든 행 동시에 전송된다(타이밍 T22). 그 후, 전송 트랜지스터 M12를 오프한 후, 행 선택 신호선(211)을 제1 행부터 순차적으로 고전압으로 하여, 각 행의 선택 트랜지스터 M14를 순차적으로 온함으로써, 광 신호가 판독된다. 우선, 포토다이오드 PD11에 따른 FD(216)의 전압을 수직 신호선(214)에 출력한 후, 또한, 리세트 트랜지스터 M15를 온하여, FD(216)의 리세트 전위에 대응하는 전압을 수직 신호선(214)에 출력한다. 이들의 차가 신호 전압으로 된다.

또한, 모든 화소의 신호 전송이 종료된 후, 다시 모든 화소의 리세트 트랜지스터 M15를 온하여 FD(216)를 리세트하고, 이것을 오프한 후에 전송 트랜지스터 M12를 온하여 축적 전하를 FD(216)에 방출한다. 또한 이것을 오프한 후에 배출 트랜지스터 M16을 온함으로써, 포토다이오드 PD11이 전원 전압 Vdd로 세트되어, 포토다이오드 PD11의 잉여 전하가 배출 트랜지스터 M16의 드레인에 직접 배출된다. 그리고, 배출 트랜지스터 M16을 오프하면, 다시 포토다이오드 PD11에서의 광 신호의 축적이 개시된다(타이밍 T23).

이상과 같이, 배출 트랜지스터 M16의 온/오프에 의해 모든 행의 포토다이오드 PD11이 동시에 리세트되어 노광이 개시된 후, 전송 트랜지스터 M12가 온되어 축적 전하가 모든 행 동시에 FD(216)에 전송되기 때문에, 모든 화소의 노광 기간이 일치한다. 이 때문에, 예를 들면 상하 방향으로 직선 형상의 피사체 S가 좌우 방향으로 이동하고 있는 경우에, 이 피사체 S를 촬상한 정지 화상에서는, 도 3b에 도시한 바와 같이 피사체 S를 기울이지 않고, 직립된 상태로 찍을 수 있게 된다.

또한, 배출 트랜지스터 M16을 온하였을 때의 채널 전위와 전송 트랜지스터 M12를 온하였을 때의 채널 전위의 양방을, 포토다이오드 PD11의 완전 공핍화 전위보다 높게 설정함으로써, 노광 시간이 받는 제약을 경감하여 충분한 노광 시간을 확보하여, 출력 화상의 화질을 향상시킨 촬상 장치도 있었다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조).

그러나, 도 2에서 설명한 모든 행 동시 셔터 방식의 CMOS형 이미지 센서에서는, FD(216)에 대하여 신호 전압을 모든 행 동시에 전송한 후, 신호 전압을 행마다 순서대로 출력할 때까지의 동안에, FD(216)에 대하여 광이 누설되어, 그 양이 먼저 출력하는 행과 후에 출력하는 행 사이에서 서로 다르기 때문에, 촬상 화상을 열화시킨다고 하는 문제가 있었다.

여기서, 도 4는 종래의 CMOS형 이미지 센서의 포토다이오드 주변부의 구조를 도시하는 단면도이다. 이하, 이 도 4를 이용하여, 상기 문제점을 상세히 설명한다.

도 4에 도시한 CMOS형 이미지 센서는, 반도체 기판(N형 실리콘 기판)(10)의 상층부에 소자 형성 영역으로서의 P웰 영역(11, 12)이 형성되고, P웰 영역(11, 12)에 포토다이오드(13)나 각종 게이트 소자가 형성되어 있다. 또한, 이 예에서는, P웰 영역(11)에 포토다이오드 PD(13), 전송 게이트(MOS 트랜지스터)(14), FD(15)가 형성되고, P웰 영역(12)에 주변 회로부의 MOS 트랜지스터(16)가 형성되어 있다.

또한, 반도체 기판(10) 상에는, 게이트 절연막(21)을 개재하여 각 게이트의 폴리실리콘 전송 전극(22)이 형성되며, 또한 그 상층에 각각 층간 절연막을 개재하여 다층 배선층(23, 24, 25)이 형성되어 있다. 그리고, 상층의 다층 배선층(25)의 배선막이 차광막으로서 형성되어 있다. 또한, 다층 배선층 상에는, 보호막(SiN)(30)을 개재하여 색 필터(41) 및 마이크로 렌즈(42)가 배치되어 있다.

이와 같이, CMOS형 이미지 센서에서는, 화소도 주변 회로와 동일한 CMOS 프로세스를 이용하여 제조하기 때문에, 포토다이오드(13)의 바로 근방까지 차광막(다층 배선층(25))을 배치할 수 없어, 포토다이오드(13)에만 광을 입사시키는 구조을 만들 수 없다. CCD형 이미지 센서에서는, 알루미늄 등의 금속층에 의해 차광막을 형성하기 때문에, 차광막을 포토다이오드의 바로 근방까지 배치하여, 수직 전송 레지스터에 누설되는 광을 비교적 억제할 수 있다. 또한, CMOS형 이미지 센서에서는, 금속 배선층이 몇층이나 있기 때문에, 각 층에서 광이 난반사하게 되므로, FD(15)에는 CCD형 고체 촬상 소자의 경우와 비교하여 다량의 광이 누설되게 된다고 하는 문제도 있다.

이와 같이, CMOS형 고체 촬상 소자에서는, FD에 대한 입사광의 누설량이 비교적 많다. FD에서도 광전 변환이 행해지기 때문에, FD에 전송된 신호 전압에 누설 광량에 따른 전하가 가해져, 노이즈나 셰이딩이 발생하여, 촬상 화상의 화질을 크게 열화시킨다. 또한, 광이 강한 경우에는 포화 신호량을 초과하여, 소위 하얗게 들뜨는 현상이 발생하는 경우도 있다. 그리고, 상기 도 2의 CMOS형 이미지 센서에서는, 포토다이오드로부터 FD에 전하가 모든 화소 동시에 전송된 후, FD로부터 판독되기까지의 시간이, 선두 행과 맨 마지막 행 사이에서 1프레임의 판독 시간분만큼 다르며, 맨 마지막 행에 가까울 수록 노이즈의 발생량이 증가하여 화질 열화가 심하게 된다고 하는 문제가 있었다.

또한, 상기 도 2의 CMOS형 이미지 센서와 같이, FD에서 신호 전하를 유지하는 구조를 갖는 경우에는, 포토다이오드에서 유지하는 경우와 비교하여, 암전류의 영향을 강하게 받아 다크 노이즈가 증가하여, 화질이 열화된다고 하는 문제도 있었다.

또한, 도 2에 도시한 회로 구성에서는, 배출 트랜지스터가 설치되어 있기 때문에, 개구부의 면적이 작아지게 되어, 감도가 저하된다고 하는 문제도 있었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, XY 판독 방식의 고체 촬상 소자에 의한 촬상 화상의 왜곡이 방지됨과 함께, 화소 회로 내에의 광의 누설에 기인하는 노이즈의 발생량이 억제된 촬상 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, XY 판독 방식의 고체 촬상 소자에 의한 촬상 화상의 왜곡을 방지함과 함께, 화소 회로 내에의 광의 누설에 기인하는 노이즈의 발생량을 억제하는 것이 가능한 촬상 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에서는 상기 과제를 해결하기 위해, XY 어드레스 방식으로 각 화소 신호를 판독하는 고체 촬상 소자를 이용하여 화상을 촬상하는 촬상 장치에서, 상기 고체 촬상 소자의 수광면에 대한 입사광을 차단하는 메카니컬 셔터와, 상기 고체 촬상 소자의 각 화소의 검출 신호를 모든 행 동시에 리세트하여 상기 고체 촬상 소자에의 노광을 개시하고, 소정의 노광 시간의 경과 후에 상기 메카니컬 셔터를 닫고, 그 상태로 상기 고체 촬상 소자의 각 화소 신호를 행마다 순차적으로 판독하도록 제어하는 제어 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 장치가 제공된다.

이러한 촬상 장치에서는, 고체 촬상 소자의 각 화소의 검출 신호를 모든 행 동시에 리세트하여 고체 촬상 소자에의 노광을 개시하고, 그 후에 메카니컬 셔터를 닫음으로써, 모든 행의 노광 기간이 일치한다. 또한, 메카니컬 셔터를 닫은 후에, 그 상태로 고체 촬상 소자의 각 화소 신호를 행마다 순차적으로 판독하도록 제어함으로써, 그 동안에 고체 촬상 소자의 회로 내부에 광이 누설되지 않게 된다.

또한, 본 발명에서는, XY 어드레스 방식으로 각 화소 신호를 판독하는 고체 촬상 소자를 이용하여 화상을 촬상하기 위한 촬상 방법에서, 제어 수단이, 상기 고체 촬상 소자의 각 화소의 검출 신호를 모든 행 동시에 리세트하여 상기 고체 촬상 소자에의 노광을 개시시키는 노광 개시 스텝과, 상기 제어 수단이, 소정의 노광 시간의 경과 후에, 메카니컬 셔터를 닫아 상기 고체 촬상 소자의 수광면에 대한 입사광을 차단하고, 그 상태로 상기 고체 촬상 소자의 각 화소 신호를 행마다 순차적으로 판독하도록 제어하는 노광 종료 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 방법이 제공된다.

이러한 촬상 방법에서는, 노광 개시 스텝에서, 고체 촬상 소자의 각 화소의 검출 신호를 모든 행 동시에 리세트하여 고체 촬상 소자에의 노광을 개시하고, 노광 종료 스텝에서 메카니컬 셔터를 닫음으로써, 모든 행의 노광 기간이 일치한다. 또한, 노광 종료 스텝에서는, 메카니컬 셔터를 닫은 후에, 그 상태로 고체 촬상 소자의 각 화소 신호를 행마다 순차적으로 판독하도록 제어함으로써, 그 동안에 고체 촬상 소자의 회로 내부에 광이 누설되지 않게 된다.

<실시예>

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 설명에서는, 촬상 장치의 예로서 디지털 스틸 카메라를 상정한다.

도 5는 실시 형태에 따른 촬상 장치의 구성을 도시하는 도면이다.

도 5에 도시한 촬상 장치는, 광학 블록(101), 촬상 소자(102), CDS(Correlated Double Sampling)/AGC(Auto Gain Control) 회로(103), AD 컨버터(104), 카메라 신호 처리 회로(105), 인코더/디코더(106), 제어부(107), 입력부(108), 표시부(109), 및 기록 매체(110)를 구비한다.

광학 블록(101)은, 피사체로부터의 광을 촬상 소자(102)에 집광하기 위한 렌즈, 렌즈를 이동시켜 포커스 맞춤이나 줌잉을 행하기 위한 구동 기구, 메카니컬 셔터 기구, 아이리스 기구(모두 도시 생략) 등을 구비하고 있다. 이들 중의 가동부는, 제어부(107)로부터의 제어 신호에 기초하여 구동된다. 또한, 메카니컬 셔터 기구와 아이리스 기구는 공통으로 설치되어 있어도 된다.

촬상 소자(102)는, CMOS형 이미지 센서 등의 XY 판독 방식의 고체 촬상 소자로 이루어지며, 제어부(107)로부터의 제어 신호에 따라, 노광이나 신호 판독, 리세트 등의 타이밍이 제어된다.

CDS/AGC 회로(103) 및 AD 컨버터(104)는, 제어부(107)의 제어 하에서 동작하는 프론트 엔드 회로이다. CDS/AGC 회로(103)는, 촬상 소자(102)의 출력 신호에 대하여, CDS 처리에 의해, 화소 회로 내의 트랜지스터의 임계값의 변동에 기인하는 고정 패턴 노이즈를 제거하여, S/N(Signal/Noise)비를 양호하게 유지하도록 샘플 홀드를 행하고, 또한 AGC 처리에 의해 이득을 제어한다. AD 컨버터(104)는, CDS/AGC 회로(103)로부터의 아날로그 화상 신호를 디지털 화상 신호로 변환한다.

카메라 신호 처리 회로(105)는, 제어부(107)의 제어 하에서, AD 컨버터(104) 에 의해 디지털화된 화상 신호에 대하여, 화이트 밸런스 조정 처리나 색 보정 처리, AF(Auto Focus) 처리, AE(Auto Exposure) 처리 등의 카메라 신호 처리를 실시한다.

인코더/디코더(106)는, 제어부(107)의 제어 하에서 동작하고, 카메라 신호 처리 회로(105)로부터의 화상 신호에 대하여, JPEG(Joint Photographic Coding Experts Group) 방식 등의 소정의 정지 화상 데이터 포맷으로 압축 부호화 처리를 행한다. 또한, 제어부(107)로부터 공급된 정지 화상의 부호화 데이터를 신장 복호화 처리한다. 또한, MPEG(Moving Picture Experts Group) 방식 등에 의해 동화상의 압축 부호화/신장 복호화 처리를 실행 가능하도록 해도 된다.

제어부(107)는, 예를 들면, CPU(Central Processing Unit), ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory) 등으로 구성되는 마이크로컨트롤러로서, ROM 등에 기억된 프로그램을 실행함으로써, 이 촬상 장치의 각 부를 통괄적으로 제어한다.

입력부(108)는, 예를 들면 셔터 릴리스 버튼 등의 각종 조작 키나 레버, 다이얼 등으로 구성되며, 유저에 의한 입력 조작에 따른 제어 신호를 제어부(107)에 출력한다.

표시부(109)는, LCD(Liquid Crystal Display) 등의 표시 디바이스나, 이것에 대한 인터페이스 회로 등으로 이루어지며, 제어부(107)로부터 공급된 화상 신호로부터 표시 디바이스에 표시시키기 위한 화상 신호를 생성하고, 이 신호를 표시 디바이스에 공급하여 화상을 표시시킨다.

기록 매체(110)는, 예를 들면, 가반형의 반도체 메모리나, 광 디스크, HDD(Hard Disk Drive), 자기 테이프 등으로서 실현되며, 인코더/디코더(106)에 의해 부호화된 화상 데이터 파일을 제어부(107)로부터 수취하여 기억한다. 또한, 제어부(107)로부터의 제어 신호에 기초하여 지정된 데이터를 판독하여, 제어부(107)에 출력한다.

여기서, 상기의 촬상 장치에서의 기본적인 동작에 대하여 설명한다.

정지 화상의 촬상 전에는, 촬상 소자(102)로부터 출력된 화상 신호가 CDS/AGC 회로(103)에 순차적으로 공급되어, CDS 처리, AGC 처리가 실시된 후, 다시 AD 컨버터(104)에서 디지털 신호로 변환된다. 카메라 신호 처리 회로(105)는, AD 컨버터(104)로부터의 디지털 화상 신호에 대하여 화질 보정 처리를 실시하고, 카메라 스루 화상의 신호로서, 제어부(107)를 통해 표시부(109)에 공급한다. 이에 의해, 카메라 스루 화상이 표시되어, 유저는 표시 화상을 보고 화각 맞춤을 행하는 것이 가능하게 된다.

이 상태에서, 입력부(108)의 셔터 릴리스 버튼이 눌려지면, 제어부(107)의 제어에 의해, 촬상 소자(102)로부터의 1프레임분의 촬상 신호가, CDS/AGC 회로(103) 및 AD 컨버터(104)를 통해 카메라 신호 처리 회로(105)에 취득된다. 카메라 신호 처리 회로(105)는, 취득된 1프레임분의 화상 신호에 화질 보정 처리를 실시하고, 처리 후의 화상 신호를 인코더/디코더(106)에 공급한다. 인코더/디코더(106)는, 입력된 화상 신호를 압축 부호화하고, 생성한 부호화 데이터를 제어부(107)를 통해 기록 매체(110)에 공급한다. 이에 의해, 촬상된 정지 화상의 데이터 파일이 기록 매체(110)에 기록된다.

한편, 기록 매체(110)에 기록된 정지 화상의 데이터 파일을 재생하는 경우에는, 제어부(107)는, 입력부(108)로부터의 조작 입력에 따라, 선택된 데이터 파일을 기록 매체(110)로부터 판독하여, 인코더/디코더(106)에 공급하여 신장 복호화 처리를 실행시킨다. 복호화된 화상 신호는 제어부(107)를 통해 표시부(109)에 공급되며, 이에 의해 정지 화상이 재생 표시된다.

또한, 동화상을 기록하는 경우에는, 카메라 신호 처리 회로(105)에서 순차적으로 처리된 화상 신호에 인코더/디코더(106)에서 압축 부호화 처리를 실시하고, 생성된 동화상의 부호화 데이터를 순차적으로 기록 매체(110)에 전송하여 기록한다. 또한, 기록 매체(110)로부터 동화상의 데이터 파일을 판독하여 인코더/디코더(106)에 공급하고, 신장 복호화 처리시켜, 표시부(109)에 공급함으로써, 동화상이 표시된다.

도 6은 촬상 소자(102)와 그 주변의 아날로그 회로의 개략 구성예를 도시하는 도면이다.

본 실시 형태의 촬상 소자(102)(CMOS형 이미지 센서)는, 도 6에 도시한 바와 같이, 반도체 소자 기판(200) 상에 화소부(촬상 영역부)(210), 정전류부(220), 열신호 처리부(230), 수직(V) 선택부(240), 수평(H) 선택부(250), 수평 신호선(260), 출력 처리부(270), 및 TG(Timing Generator)(280) 등을 설치한 것이다.

화소부(210)는, 다수의 화소를 2차원 매트릭스 형상으로 배치한 것으로, 각 화소에는 도 7에서 후술하는 화소 회로가 설치되어 있다. 이 화소부(210)로부터의 각 화소의 신호는, 화소 열마다 도시하지 않은 수직 신호선을 통해 열신호 처리부(230)에 출력된다.

정전류부(220)에는, 각 화소에 바이어스 전류를 공급하기 위한 정전류원이 화소 열마다 배치되어 있다. 수직 선택부(240)는, 화소부(210)의 각 화소를 1행씩 선택하여, 각 화소의 셔터 동작이나 판독 동작을 구동 제어한다.

열신호 처리부(230)는, 각 화소의 신호를 수직 신호선을 통해 1행분씩 수취하여, 열마다 소정의 신호 처리를 행하고, 그 신호를 일시 유지한다. 예를 들면 CDS 처리, AGC 처리, AD 변환 처리 등을 적절하게 행하는 것으로 한다. 수평 선택부(250)는, 열신호 처리부(230)의 신호를 1개씩 선택하여, 수평 신호선(260)에 공급한다.

출력 처리부(270)는, 수평 신호선(260)으로부터의 신호에 소정의 처리를 행하여, 외부에 출력하는 것으로, 예를 들면 게인 컨트롤 회로나 색처리 회로를 갖고 있다. 또한, 열신호 처리부(230)에서 AD 변환을 행하는 대신에, 출력 처리부(270)에서 행하도록 해도 된다. TG(280)는, 제어부(107)의 제어 하에서, 기준 클럭에 동기하여 각 부의 동작에 필요한 각종 펄스 신호 등을 출력한다.

도 7은 촬상 소자(102)의 각 화소부(210)의 회로 구성예를 도시하는 도면이다.

도 7에 도시한 바와 같이, 화소부(210)에는, 포토다이오드 PD11, 전송 트랜지스터 M12, 증폭 트랜지스터 M13, 선택 트랜지스터 M14, 및 리세트 트랜지스터 M15가 설치되어 있다. 또한 여기서는, 각 트랜지스터는 n채널 MOSFET이다.

또한, 전송 트랜지스터 M12, 선택 트랜지스터 M14 및 리세트 트랜지스터 M15의 각 게이트에는, 전송 신호선(212), 행 선택 신호선(211), 리세트 신호선(213)이 각각 접속되어 있다. 이들 신호선은 수평 방향으로 연장되어, 동일 행에 포함되는 화소를 동시에 구동하도록 되어 있으며, 이에 의해 라인 순차 동작형의 롤링 셔터나, 모든 화소 동시 동작형의 글로벌 셔터의 동작을 제어하는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 선택 트랜지스터 M14의 소스에는 수직 신호선(214)이 접속되며, 수직 신호선(214)의 한쪽의 단부는, 정전류원(215)을 통해 접지되어 있다.

포토다이오드 PD11은, 광전 변환에 의해 생성된 전하를 축적하는 것으로, 그 P측이 접지되고, N측이 전송 트랜지스터 M12의 소스에 접속되어 있다. 전송 트랜지스터 M12가 온되면, 포토다이오드 PD11의 전하가 FD(216)에 전송되지만, FD(216)에는 기생 용량이 있기 때문에, 이 부분에 전하가 축적된다.

증폭 트랜지스터 M13의 드레인은 전원 전압 Vdd로 되고, 게이트는 FD(216)에 접속되어 있다. 이 증폭 트랜지스터 M13은, FD(216)의 전위 변동을 전기 신호로 변환한다. 선택 트랜지스터 M14는, 신호를 판독하는 화소를 행 단위로 선택하기 위한 것으로, 그 드레인은 증폭 트랜지스터 M13의 소스에, 소스는 수직 신호선(214)에 접속되어 있다. 이 선택 트랜지스터 M14가 온하였을 때에는, 증폭 트랜지스터 M13과 정전류원(215)이 소스 폴로워를 구성하기 때문에, FD(216)의 전압에 연동하는 전압이 수직 신호선(214)에 출력된다.

리세트 트랜지스터 M15의 드레인은 전원 전압 Vdd로 되고, 소스는 FD(216)에 접속되어 있다. 이 리세트 트랜지스터 M15는, FD(216)의 전위를 전원 전압 Vdd로 리세트한다.

이하, 이 화소부(210)의 기본적인 동작예에 대하여 설명한다. 이 회로에서는, 롤링 셔터 및 글로벌 셔터의 2가지의 전자 셔터 동작을 행하는 것이 가능하게 되어 있다.

롤링 셔터의 동작을 행하는 경우, 각 행의 화소부(210)에서는, 리세트 신호선(213) 및 전송 신호선(212)에 펄스 신호를 공급하여 리세트 트랜지스터 M15 및 전송 트랜지스터 M12를 온하고, FD(216) 및 포토다이오드 PD11을 리세트한 후, 이들을 오프한 시점부터 포토다이오드 PD11의 노광 기간이 개시된다.

그리고, 노광 기간의 종료 직전에, 그 행의 리세트 신호선(213)을 고전위로 하여 리세트 트랜지스터 M15를 온하고, FD(216)를 전원 전압 Vdd로 세트한다. 이 상태에서, 이 행의 행 선택 신호선(211)을 고전위로 하여 선택 트랜지스터 M14를 온하고, FD(216)의 리세트 전압에 대응하는 전압을 수직 신호선(214)에 출력한다. 다음으로, 리세트 신호선(213)을 저전위로 하여 리세트 트랜지스터 M15를 오프한 후, 전송 신호선(212)을 고전위로 하여 전송 트랜지스터 M12를 온한다. 이에 의해 노광 기간이 종료되고, 포토다이오드 PD11의 축적 전하에 비례한 전압이 FD(216)에 전송되며, 이 FD(216)의 전압이 수직 신호선(214)에 출력된다.

리세트 전압 및 축적 전하의 비례 전압에 각각 대응하는 전압의 차가 신호 전압으로 되며, 이 신호 전압은 예를 들면 대응하는 열의 열신호 처리부(230)의 CDS 처리에 의해 추출된다. 그리고, 각 열이 H 선택부(250)에 의해 순차적으로 선택되어, 1행분의 화소 신호가 출력된다.

이 후, 상기의 행의 선택 트랜지스터 M14 및 전송 트랜지스터 M12를 오프한 후, 리세트 트랜지스터 M15 및 전송 트랜지스터 M12를 온하고, 이들을 오프한 후에 다음 노광 기간이 개시된다. 이상의 동작이, 수평 동기 신호에 동기하여 선두 행으로부터 1행씩 지연되어 행해져, 각 행의 화소 신호가 순차적으로 출력된다. 따라서, 각 행의 노광 기간이 1행씩 어긋나게 된다.

한편, 글로벌 셔터의 동작을 행하는 경우에는, 리세트 트랜지스터 M15 및 전송 트랜지스터 M12를 온하고, FD(216) 및 포토다이오드 PD11을 리세트하는 동작을, 모든 행에서 일제히 행한다. 이에 의해 모든 행에서 동시에 노광 기간이 개시된다.

또한, 그 후의 노광 기간의 종료 시의 동작은, 후술하는 바와 같이 본 실시 형태에서는 메카니컬 셔터를 사용하기 때문에, 상기의 롤링 셔터의 경우와 마찬가지로, 포토다이오드 PD11의 축적 전하를 행마다 순차적으로 FD(216)에 전송하고, 신호 전압을 행마다 수직 신호선(214)에 출력해 간다.

그런데, 상술한 바와 같이, 롤링 셔터 방식의 전자 셔터 동작에서는, 노광 시간이 각 행에서 서로 다르기 때문에, 이 방식으로 정지 화상을 촬상하면 화상이 왜곡된다고 하는 문제가 있다. 예를 들면, 화면 상의 수평 방향으로 이동하는 피사체를 촬상하면, 본래 수직 방향으로 신장되어 있는 직선이 기울어진 상태로 찍히게 된다.

이에 대하여, 본 실시 형태에서는, 글로벌 셔터 방식으로 모든 행 동시에 노광을 개시시키고, 그 후에 광학 블록(101)의 메카니컬 셔터(또는 아이리스)를 닫아 노광을 종료시킴으로써, 모든 행의 노광 기간을 일치시킨다. 또한, 노광 종료 시에 메카니컬 셔터를 닫음으로써, 노광 종료 후부터 화소 신호를 수직 신호선(214)에 출력하기까지의 동안에, 포토다이오드 PD11이나 FD(216)에 대하여 피사체로부터의 입사광이 누설되는 현상을 회피할 수 있다.

〔셔터 동작의 제어예1〕

제어예1에서는, 촬상 화상의 모니터링 시(카메라 스루 화상의 표시 시)와, 동화상 촬상 시에는, 롤링 셔터 방식에 의한 전자 셔터 동작을 행하고, 정지 화상의 촬상 시에는, 글로벌 셔터 방식에 의한 리세트 동작과, 메카니컬 셔터에 의한 노광 시간 제어 동작을 병용한다.

도 8은 촬상 화상의 모니터링 시 및 동화상 촬상 시에서의 셔터 동작을 도시하는 타이밍차트이다.

도 8에서는 예로서, 매초 30프레임(60필드)의 인터레이스 판독을 행하는 경우를 상정하고 있다. 이 경우, 촬상 소자(102)로부터는 1/60초 동안에 1필드분의 화상 신호가 출력된다. 도 8에 도시한 바와 같이, 수직 동기 신호가 하강한 후, 노광 시간에 따른 소정 타이밍에서, 롤링 셔터 방식에 의해 FD(216) 및 포토다이오드 PD11의 리세트 동작을 행마다 순차적으로 행한다. 그리고, 다음 수직 동기 신호의 하강 타이밍에서, 축적 전하의 행마다의 순차 판독을 개시한다. 또한, 이 예에서는, 리세트 동작 및 판독 동작을 1행 걸러 행하고, 수직 동기 기간마다 짝수행, 홀수행의 동작을 교대로 행하도록 하여, 인터레이스 판독을 행하고 있다.

이러한 동작에 의해, 촬상 소자(102)의 노광 시간은 행마다 어긋나게 된다. 그러나, 카메라 스루 화상의 표시 시나, 기록한 동화상의 재생 표시 시에는, 화면의 절환이 고속으로 행해지기 때문에 화면 수직 방향의 화상의 왜곡은 눈에 띄지 않는다. 따라서, 롤링 셔터 방식의 셔터 동작을 행하고, 메카니컬 셔터는 사용하지 않도록 한다.

도 9는 정지 화상 촬상 시에서의 셔터 동작을 도시하는 타이밍차트이다.

카메라 스루 화상을 표시하고 있는 상태로부터, 입력부(108)의 셔터 릴리스 버튼이 눌러지면(타이밍 T11), 제어부(107)의 노광 제어 모드는 도 8에 도시한 모니터링/동화상 촬상 모드로부터 정지 화상 촬상 모드로 이행하여, 다음 수직 동기 타이밍에서 화소 신호를 행마다 순차적으로 판독한 후, 롤링 셔터 방식의 리세트 동작을 행하지 않고 다음 수직 동기 타이밍을 대기한다.

그리고, 다음 수직 동기 신호를 수신한 후, 노광 시간에 따른 소정의 타이밍에, 글로벌 셔터 방식에 의한 모든 행 동시의 리세트 동작을 행한다(타이밍 T12). 이에 의해 노광 기간이 개시된다. 또한, 전자 셔터를 이용함으로써 예를 들면 메카니컬 셔터의 동작에 의해 노광을 개시하는 것보다, 노광 시간을 보다 정밀하고 정확하게 제어하는 것이 가능하게 된다.

그 후, 노광 기간의 종료 타이밍에서, 제어부(107)는, 메카니컬 셔터를 닫을지의 여부를 제어하는 클로즈 신호를 고전위로 하여, 메카니컬 셔터를 닫는다(타이밍 T13). 이에 의해, 모든 화소의 포토다이오드 PD11 및 FD(216)에의 입사광이 완전히 차단된다. 그리고, 그 후의 수직 동기 타이밍에서, 축적 전하의 포토다이오드 PD11로부터 FD(216)에의 전송과, 신호 전하의 판독을 행마다 순차적으로 행한다 (타이밍 T14∼T15). 또한, 이 때는 모든 행으로부터의 판독을 연속적으로 행한다. 또한, 모든 행의 신호 판독이 종료되면, 클로즈 신호를 저전위로 변화시켜, 메카니컬 셔터를 연다.

이상의 동작에서는, 글로벌 셔터 방식에서의 전자 셔터의 개방 동작에 의해 노광 기간이 개시되며, 메카니컬 셔터의 폐색 동작에 의해 노광 기간이 종료된다. 이 때문에, 모든 행의 노광 시간이 일치하여, 촬상 화상의 왜곡이 발생하지 않게 된다.

이에 더하여, 노광 기간의 종료로부터 화소 신호가 모두 판독되기까지의 동안, 메카니컬 셔터에 의해 포토다이오드 PD11 및 FD(216)에의 입사광이 완전히 차단된다. 이 때문에, 포토다이오드 PD11이나 FD(216)에 대한 광의 누설에 기인하는 노이즈가 발생하지 않게 되어, 촬상 화상의 화질이 향상된다.

또한, 상기의 정지 화상 촬상 시의 셔터 동작에서, 메카니컬 셔터를 닫은 후, 포토다이오드 PD11의 축적 전하를 FD(216)에 전송할 때에는, 모든 행의 축적 전하를 동시에 전송해도 된다. 이 경우에는, 축적 전하에 대응하는 전압을 FD(216)로부터 수직 신호선(214)에 출력한 후, 리세트 트랜지스터 M15를 온하여 리세트 전압에 대응하는 전압을 FD(216)로부터 수직 신호선(214)에 출력함으로써, 신호 전압을 추출할 수 있다.

그러나, FD(216)에의 전송을 동시에 행하지 않고 행마다 순차적으로 행하고, 전송 후에 단시간에 신호를 판독하도록 함으로써, FD(216)에서의 신호 전압의 축적 시간이 짧아지기 때문에, 화소 신호에 대한 암전류의 영향이 작아져, 촬상 화상 상 에서의 다크 노이즈의 발생량이 억제되어, 그 화질을 향상시킬 수 있다.

또한, 이와 같이 FD(216)에의 전송을 행마다 행함으로써, 도 2에 도시한 종래 회로와 같이, 노광 개시 전에 포토다이오드 PD11의 잉여 전하를 배출하기 위한 배출 트랜지스터를 설치할 필요가 없어져, 도 7에 도시한 바와 같은 일반적인 회로 구성의 화소 회로를 사용할 수 있게 된다. 이 때문에, 회로 소자수가 감소하여 회로의 제조 코스트를 저감할 수 있음과 함께, 수광면의 개구 면적을 크게 하여 입사광량을 증가시킬 수 있어, 보다 밝은 화상을 촬상할 수 있게 된다.

또한, 정지 화상의 촬상 시에서, 노광 시간이 예를 들면 0.1초 이상과 같이 비교적 긴 경우에는, 이동하는 피사체를 촬상하면 그 상은 뿌옇게 되기 때문에, 이러한 경우에는, 롤링 셔터 방식에 의한 셔터 동작을 행해도, 그 셔터 동작에 기인하는 촬상 화상의 왜곡은 화질에 대하여 크게 영향을 미치지 않는다. 따라서, 셔터 릴리스 버튼이 눌려졌을 때에, 카메라 신호 처리 회로(105) 혹은 제어부(107)에 의해 연산된 노광 시간이 일정값 이하인 경우에만, 도 9에 도시한 바와 같은 글로벌 셔터와 메카니컬 셔터를 병용하는 셔터 동작 제어를 행하고, 그 이외에서는 롤링 셔터 방식을 이용하여 제어하도록 해도 된다. 이에 의해, 메카니컬 셔터의 여분의 동작이 억제되어, 소비 전력을 저감할 수 있다.

〔셔터 동작의 제어예2〕

그런데, 도 9에 도시한 바와 같은 글로벌 셔터와 메카니컬 셔터를 병용하는 셔터 동작 제어는, 1프레임의 정지 화상 촬상 시에 한하지 않고, 정지 화상의 연속 촬상 시나 동화상 촬상 시에 행하도록 해도 된다.

도 10은 1/30초마다의 연속 촬상 시에서의 셔터 동작을 도시하는 타이밍차트이다.

이 도 10의 제어예에서는, 노광 시간을 1수직 동기 기간 내(1/60초 이하)로 하고, 다음 1수직 동기 기간에 모든 행의 화소 신호를 판독하도록 함으로써, 1/30초마다 1프레임분의 화소 신호를 출력하고 있다. 즉, 수직 동기 신호를 수신한 후의 소정 타이밍에서, 글로벌 셔터 방식에 의한 모든 행 동시의 리세트 동작을 행하여, 노광 기간을 개시한다. 그리고, 다음 수직 동기 신호의 수신까지의 동안에 메카니컬 셔터를 폐색하여, 노광 기간을 종료시키고, 수직 동기 신호를 수신하면, 포토다이오드 PD11로부터 FD(216)에의 축적 전하의 전송과, FD(216)로부터의 신호 전압의 판독을 행마다 순차적으로 행한다. 또한, 다음 수직 동기 신호를 수신한 후, 소정 타이밍에서 다시 노광을 개시한다.

이상의 동작에 의해, 정지 화상의 연속 촬상 시나 동화상 촬상 시에도, 왜곡이 없고 노이즈가 적은 고화질의 촬상 화상을 얻는 것이 가능하게 된다.

이러한 셔터 동작을 행하기 위해서는, 약 1/60초마다 고속으로 또한 정확하게 동작하는 것이 가능한 메카니컬 셔터를 설치할 필요가 있다.

도 11은 도 10의 동작에 적합한 메카니컬 셔터의 구성예를 도시하는 도면이다.

도 11에 도시한 메카니컬 셔터는, 중심축(301)의 주위를 회전하는 2개의 부채형의 차광 부재(311, 312)를 구비하고 있다. 차광 부재(311, 312)는 모두 중심축(301)으로부터의 반경이나 외주의 곡선부의 길이가 동일하며, 각각 역방향으로 동일한 속도로 회전된다. 그리고, 각 차광 부재(311, 312)의 통과 영역의 일부에 광학계의 광축 C를 배치하고, 그 광축 C를 중심으로 한 일정 범위가 차광 부재(311, 312)의 회전에 따라 개방 상태/폐색 상태로 절환되도록 한다.

도 12는 도 11의 메카니컬 셔터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 11의 동작에서는, 메카니컬 셔터를 1/30초마다 일정 시간만큼 닫도록 하면 된다. 이러한 메카니컬 셔터의 동작은, 도 12에 도시한 바와 같이, 차광 부재(311, 312)를 일정 속도(1/30초에 1회전)로 각각 역방향으로 회전함으로써 실현된다. 또한, 메카니컬 셔터의 폐색 시간은, 차광 부재(311, 312)의 각각의 양측 직선부가 중심축(301)에 대하여 이루는 각도에 따라 결정할 수 있다. 이러한 메카니컬 셔터에 의해, 간단한 구조로 안정적인 고속 셔터 동작을 실현할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상술한 CMOS 이미지 센서에 한하지 않고, 다른 MOS형 이미지 센서 등, 포토다이오드의 신호 전하를 플로팅 디퓨전에 축적하고, XY 어드레스 방식으로 판독하는 타입의 고체 촬상 소자에 적용 가능하다.

또한, 상기의 각 실시 형태에서는, 본 발명을 디지털 스틸 카메라에 적용한 경우에 대해 설명하였지만, 이에 한하지 않고, 예를 들면, 디지털 비디오 카메라를 비롯하여, 정지 화상이나 동화상의 촬상 기능을 구비한 휴대 전화기 및 PDA(Personal Digital Assistant) 등에도, 본 발명을 적용할 수 있다.

본 발명에 따르면, 고체 촬상 소자의 각 화소의 검출 신호를 모든 행 동시에 리세트하여 고체 촬상 소자에의 노광을 개시하고, 그 후에 메카니컬 셔터를 닫음으 로써, 모든 행의 노광 기간이 일치하기 때문에, 촬상 화상의 왜곡이 발생하지 않게 된다. 이와 함께, 메카니컬 셔터를 닫은 후에, 그 상태로 고체 촬상 소자의 각 화소 신호를 행마다 순차적으로 판독하도록 제어함으로써, 그 동안에 고체 촬상 소자의 회로 내부에 광이 누설되지 않게 되기 때문에, 누설되는 광에 기인하는 노이즈가 촬상 신호에 가해지지 않게 된다. 따라서, XY 판독 방식의 고체 촬상 소자에 의한 촬상 화상의 화질을 향상시킬 수 있다.

Claims

XY 어드레스 방식으로 각 화소 신호를 판독하는 고체 촬상 소자를 이용하여 화상을 촬상하는 촬상 장치에 있어서,

상기 고체 촬상 소자의 수광면에 대한 입사광을 차단하는 메카니컬 셔터와,

상기 고체 촬상 소자의 각 화소의 검출 신호를 모든 행 동시에 리세트하여 상기 고체 촬상 소자에의 노광을 개시하고, 소정의 노광 시간의 경과 후에 상기 메카니컬 셔터를 닫고, 그 상태로 상기 고체 촬상 소자의 각 화소 신호를 행마다 순차적으로 판독하도록 제어하는 제어 수단

을 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
제1항에 있어서,

상기 고체 촬상 소자의 각 화소는,

수광량에 따른 신호 전하를 생성하는 광전 변환 소자와,

상기 광전 변환 소자에 의해 생성된 신호 전하량을 검출하는 플로팅 디퓨전부와,

상기 광전 변환 소자에 의해 생성된 신호 전하를 상기 플로팅 디퓨전부에 전송하는 전송 트랜지스터와,

상기 플로팅 디퓨전부를 일정 전위로 리세트하는 리세트 트랜지스터

를 구비하고,

상기 제어 수단은, 상기 고체 촬상 소자에의 노광 개시 시에는, 상기 전송 트랜지스터와 상기 리세트 트랜지스터를 온으로 하고, 상기 광전 변환 소자의 축적 전하와 상기 플로팅 디퓨전부의 전위를 리세트하며, 상기 메카니컬 셔터를 닫은 후에는, 상기 광전 변환 소자로부터 전송된 신호 전하에 따른 전압을 상기 플로팅 디퓨전부로부터 행마다 순차적으로 판독하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
제2항에 있어서,

상기 제어 수단은 또한, 상기 메카니컬 셔터를 닫은 후에는, 상기 전송 트랜지스터를 행마다 순차적으로 온으로 하여, 상기 광전 변환 소자의 신호 전하를 상기 플로팅 디퓨전부에 전송하고, 전송된 신호 전하에 따른 전압을 상기 플로팅 디퓨전부로부터 그 때마다 판독하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
제1항에 있어서,

상기 제어 수단은,

유저의 조작 입력에 따라 적어도 정지 화상의 촬상 요구를 받은 경우에는, 상기 각 화소의 검출 신호를 모든 행 동시에 리세트하여 상기 고체 촬상 소자에의 노광을 개시하고, 소정의 노광 시간의 경과 후에 상기 메카니컬 셔터를 닫으며, 그 상태로 상기 고체 촬상 소자의 각 화소 신호를 행마다 순차적으로 판독하도록 제어하는 제1 셔터 동작 제어에 의해 정지 화상의 촬상 동작을 제어하고,

그 이외의 경우에는, 상기 각 화소의 검출 신호를 리세트하여 상기 고체 촬 상 소자의 해당하는 행에의 노광을 개시하는 동작과, 소정의 노광 시간의 경과 후에 그 행에서 검출된 화소 신호를 판독하는 동작을 행마다 실행하는 제2 셔터 동작 제어에 의해 촬상 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
제4항에 있어서,

상기 고체 촬상 소자로부터의 출력 신호에 기초하여 노광 시간을 산출하는 노광 시간 검출 수단을 더 갖고,

상기 제어 수단은, 상기 정지 화상의 촬상 요구를 받았을 때, 상기 노광 시간 검출 수단에 의해 산출된 노광 시간이 소정의 임계값 이하인 경우에는, 상기 제1 셔터 동작 제어에 의해 정지 화상의 촬상 동작을 제어하고, 그 이외의 경우에는 상기 제2 셔터 동작 제어에 의해 정지 화상의 촬상 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
제1항에 있어서,

상기 제어 수단이, 정지 화상의 연속 촬상 시 및 동화상의 촬상 시 중의 적어도 한쪽에서, 상기 각 화소의 검출 신호를 모든 행 동시에 리세트하여 상기 고체 촬상 소자에의 노광을 개시하고, 소정의 노광 시간의 경과 후에 상기 메카니컬 셔터를 닫으며, 그 상태로 상기 고체 촬상 소자의 각 화소 신호를 행마다 순차적으로 판독하도록 제어하는 셔터 동작 제어를 실행하는 경우에,

상기 메카니컬 셔터는, 동일한 중심축을 갖고 형상 및 크기가 동일한 부채형 형상의 2개의 차광 부재를 구비하며, 상기 2개의 차광 부재가 중첩하여 배치되어 상기 중심축의 주위에 각각 역방향으로 동일한 일정 속도로 회전됨으로써, 상기 각 차광 부재의 통과 영역의 일부를 통과하는 상기 고체 촬상 소자에의 입사광을 선택적으로 차단하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
XY 어드레스 방식으로 각 화소 신호를 판독하는 고체 촬상 소자를 이용하여 화상을 촬상하기 위한 촬상 방법에 있어서,

제어 수단이, 상기 고체 촬상 소자의 각 화소의 검출 신호를 모든 행 동시에 리세트하여 상기 고체 촬상 소자에의 노광을 개시시키는 노광 개시 스텝과,

상기 제어 수단이, 소정의 노광 시간의 경과 후에, 메카니컬 셔터를 닫아 상기 고체 촬상 소자의 수광면에 대한 입사광을 차단하고, 그 상태로 상기 고체 촬상 소자의 각 화소 신호를 행마다 순차적으로 판독하도록 제어하는 노광 종료 스텝

을 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 방법.
제7항에 있어서,

상기 고체 촬상 소자의 각 화소가,

수광량에 따른 신호 전하를 생성하는 광전 변환 소자와,

상기 광전 변환 소자에 의해 생성된 신호 전하량을 검출하는 플로팅 디퓨전부와,

상기 광전 변환 소자에 의해 생성된 신호 전하를 상기 플로팅 디퓨전부에 전 송하는 전송 트랜지스터와,

상기 플로팅 디퓨전부를 일정 전위로 리세트하는 리세트 트랜지스터

를 구비하는 구조로 하고,

상기 노광 개시 스텝에서는, 상기 제어 수단이, 상기 전송 트랜지스터와 상기 리세트 트랜지스터를 온으로 하고, 상기 광전 변환 소자의 축적 전하와 상기 플로팅 디퓨전부의 전위를 리세트하도록 제어하며,

상기 노광 종료 스텝에서는, 상기 제어 수단이, 상기 메카니컬 셔터를 닫은 후, 상기 광전 변환 소자로부터 전송된 신호 전하에 따른 전압을 상기 플로팅 디퓨전부로부터 행마다 순차적으로 판독하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 촬상 방법.
제8항에 있어서,

상기 노광 종료 스텝에서는, 또한, 상기 제어 수단이, 상기 메카니컬 셔터를 닫은 후에, 상기 전송 트랜지스터를 행마다 순차적으로 온으로 하여, 상기 광전 변환 소자의 신호 전하를 상기 플로팅 디퓨전부에 전송하고, 전송된 신호 전하에 따른 전압을 상기 플로팅 디퓨전부로부터 그 때마다 판독하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 촬상 방법.
제7항에 있어서,

상기 제어 수단이, 유저의 조작 입력에 따라 촬상 요구를 받는 촬상 요구 스 텝과,

상기 제어 수단이, 상기 각 화소의 검출 신호를 리세트하여 상기 고체 촬상 소자의 해당하는 행에의 노광을 개시하는 동작과, 소정의 노광 시간의 경과 후에 그 행에서 검출된 화소 신호를 판독하는 동작을 행마다 실행시키는 순차 노광 스텝

을 더 포함하고,

상기 제어 수단은, 상기 촬상 요구 스텝에서 적어도 정지 화상의 촬상 요구를 받은 경우에는, 상기 노광 개시 스텝 및 상기 노광 종료 스텝을 실행하고, 그 이외의 경우에는 상기 순차 노광 스텝을 실행하는 것을 특징으로 하는 촬상 방법.