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JPH0767159B2 - 固体電子撮像装置 - Google Patents
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JPH0767159B2 - 固体電子撮像装置 - Google Patents

固体電子撮像装置

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JPH0767159B2
JPH0767159B2 JP63003881A JP388188A JPH0767159B2 JP H0767159 B2 JPH0767159 B2 JP H0767159B2 JP 63003881 A JP63003881 A JP 63003881A JP 388188 A JP388188 A JP 388188A JP H0767159 B2 JPH0767159 B2 JP H0767159B2
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JP
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signal
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solid
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正史 乾谷
幸男 萩野
淳 稲田
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Fuji Photo Film Co Ltd
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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明はたとえば電子スチル・カメラ,ビデオ・カメ
ラ等において用いられる,いわゆる電子シャッタ付の固
体電子撮像装置に関する。
一般にカメラにおいては適正な露光料の被写体像を得る
ためにはシャッタ速度および絞りの調整が不可欠であ
る。これらの調整のためには測光情報が必要となるが,
従来は撮像素子から得られるシリアルなビデオ信号を直
接に用いて測光情報を得るか,1個または数個のフォト・
ダイオード等の測光素子を設け,その出力信号を測光情
報として用いるかのやり方が採用されていた。前者のや
り方においてはビデオ信号はシリアルに流れているもの
であるから制御,調整のために必要な所望の情報のみを
取出して処理することが困難であるとともに,少なくと
も1フィールド分のビデオ信号を読出すためには1/60秒
の時間が必要である。また後者のやり方では視野内の一
定の場所のみの測光情報または入射光量の平均値に関す
る情報しか得られないという問題がある。視野内の複数
の場合のそれぞれにおける入射光量を測定するいわゆる
マルチ測光のための測光素子も最近開発されているが,
高価であるし,測光可能な場所のパターン(受光領域の
分割パターン)が限られている。
発明の概要 この発明は,測光素子を必ずしも必要とすることなく測
光が可能であり,しかもマルチ測光も可能であり,さら
に比較的迅速に測光が完了する固体電子撮像装置を提供
することを目的とする。
この発明は,基板の受光領域上に2次元配列され,光電
変換を行ない受光量に応じた信号電荷を蓄積する光電変
換素子,上記光電変換素子に蓄積された信号電荷を垂直
方向に転送する垂直転送部,および上記垂直転送部から
入力する信号電荷を水平方向に転送する水平転送部より
構成される固体電子撮像装置において,予備撮影におい
て上記光電変換素子に蓄積された信号電荷を,上記受光
領域を分割した分割領域ごとに上記基板に掃出させるた
めの相互に絶縁された掃出電極,上記分割領域ごとに上
記基板に掃出させるために,上記掃出電極を順次走査す
る走査回路,および上記走査回路による走査によって上
記基板に掃出された信号電荷に基づいて上記分割領域ご
とに測光する測光回路を備えていることを特徴とする。
この発明による固体電子撮像装置は,MOSキャパシタ・タ
イプの光電変換素子に蓄積された信号電荷をクリアする
ために光電変換素子への印加電圧を下げると,信号電荷
が基板側に掃出されることを利用している。この発明に
よる固体電子撮像装置を用いた測光は予備撮影を通して
行なわれる。この予備撮影において蓄積された信号電荷
はクリア信号の印加によって基板側に掃出され,この掃
出された信号電荷量が測定される。そしてこの測定値に
基づいてシャッタ速度や絞り値が決定される。
被写体像を撮像するための固体電子撮像装置を用いて測
光しているので正確な測光が可能であり,適切な露光量
調整ができるようになる。また予備撮影において蓄積さ
れた信号電荷をMOSキャパシタ・タイプの光電変換素子
への印加電圧を下げることにより掃出しているので迅速
な測光ができる。
この発明によると被写体像を撮像するための固体電子撮
像装置を用いて測光しているのでフォト・ダイオード等
の測光専用の受光素子を必ずしも設ける必要はない。も
っとも,この発明は測光専用の受光素子を設けることを
排除するものではない。測光用受光素子からの測光信号
に基づいておおよその露光量を決定し,その後この発明
によて最適な露光量を決定するようにすることもでき
る。
またこの発明では固体電子撮像装置の受光領域を複数領
域に分割しこれらを相互に絶縁し,分割領域ごとに予備
撮影によって蓄積された信号電荷を掃出すようにしてい
るので,各分割領域における入射光量がそれぞれ得られ
る(マルチ測光)。この結果所望の分割領域に適合した
露光制御を行なうことが可能になる。とくにこの発明に
よると,予備撮影において信号電荷が光電変換素子に蓄
積される。この蓄積された信号電荷が,上記走査回路に
よって上記掃出電極が走査されることにより上記分割領
域ごとに測光値が得られる。
信号電荷は光電変換素子において蓄積されてから基板に
掃出され,測光されるので外乱光の影響を受けにくい。
実施例の説明 第1図にこの発明による固体電子撮像装置を電子スチル
・カメラに適用した実施例を示す。第2図は第1図のII
−II線にそう拡大断面図を示している。
固体電子撮像装置は,入射光量に応じた信号電荷を蓄積
するMOSキャパシタ・タイプと光電変換素子が一列状に
配列された多数の受光部列2,各受光部列2に隣接して配
置された多数の垂直転送部4,すべての垂直転送部4の出
力端子に接続されている水平転送部10,および水平転送
部10の出力側に接続した電荷増幅回路11から構成され
る。
受光部列2,垂直転送部4等が設けられた基板30には電荷
掃出し線13が接続されている。電荷掃出し線13はA/D変
換回路15と接続され,A/D変換回路15の出力側はCPU16に
接続されている。CPU16は走査パルス・タイミング信号
を出力してこの固体電子撮像装置の電荷掃出しを制御す
るとともに,このときA/D変換回路15から出力される信
号を取込み,この信号に基づいてシャッタ速度制御信
号,絞り制御信号を出力する。受光部列2の後述する透
明電極1はスイッチング素子17を介して走査回路18と接
続され,かつ所定の電圧Eが印加されている。走査回路
18はCPU16からの走査パルス・タイミング信号を入力
し,その信号に応じて走査パルスを出力する。
第2図を参照して,受光部列2の光電変換素子は,MOSキ
ャパシタ構造のものであり基板30の上に絶縁膜31および
透明電極1が形成されることにより構成されている。垂
直転送部4においては絶縁膜31の中に信号電荷を転送す
る転送電極9があり,この電極9に4相の転送信号φV1
〜φV4を与えることにより信号電荷が転送される。また
この電極9は,ゲート電極の機能も兼ね備え転送ゲート
・パルスが与えられることにより受光部列2に蓄積され
た信号電荷を垂直転送部4に転送する。
転送電極9の上面には遮光の遮光膜3があり,第1図に
おいてこの遮光膜3は斜線で示してある。また受光部列
2においても一画素(一光電変換素子)ごとに遮光膜3a
によって分離されている。すなわちこの遮光膜3aの下
(絶縁膜31と基板30との境界面)には図示は省略してあ
るがチャネル・ストッパが形成され垂直方向に隣り合う
画素の信号電荷が混在しないようになっている。
第2図に戻って基板30と絶縁膜31との境界面においては
過剰電荷が隣りの垂直転送部4へとあふれブルーミング
が生じるのを防止するためのチャネル・ストッパ6およ
びオーバーフロー・ドレイン7が形成されている。さら
にオーバーフロー・ドレイン7を制御するオーバーフロ
ー・ゲート8が形成されている。
垂直転送部4では電荷転送を,基板30と絶縁膜31との境
界面ではなく,基板30の内部で行なうためのN層5が形
成されている。この構造を埋込みチャネル・ディバイス
(BCCD)という。
再び第1図を参照してこのような固体撮像装置におい
て,透明電極1が基板30の全体において4つの領域に分
割され,互いに絶縁されている。この4つの分割領域ご
とに走査回路18によってスイッチング素子17を介して信
号電荷のクリア(掃出し)動作が別個に制御可能となっ
ている。
次に受光部列2に照射された光によって蓄積された信号
電荷の垂直転送部4への転送動作と,信号電荷を基板30
側に掃出す動作とを説明する。
透明電極1に所定の電圧Eが印加されることにより,基
板30の上面には第2図に鎖線で示すように電位井戸32が
生じる。受光部2に光が照射するとこの照射光量に応じ
て電位井戸32内に電荷が蓄積する。この蓄積した信号電
荷を転送部4に転送するには,まず転送電極9に転送ゲ
ート・パルスを与える。これにより受光部2の下に生じ
ている電位井戸32よりも深い電位井戸(図示略)が垂直
転送部4の下に生じる。そして受光部2の下の電位井戸
32に蓄積された信号電荷が垂直転送部4の下に生じる電
位井戸に転送される。垂直転送部4に転送された信号電
荷は転送信号φV1〜φV4によって垂直転送部4内を水平
転送部10まで転送される。
MOSキャパシタに形成された電位井戸32に蓄積された信
号電荷は次のようにして掃出される。スイッチング素子
17をオンとすることにより透明電極1に与えられている
電圧を下げる。これにより,基板30内に生じている電位
井戸32が削滅する。すると電位井戸32内に蓄積されてい
た信号電荷は基板30内に注入される。そこで多数キャリ
アと再結合して電流となり電荷掃出し線13から掃出され
る。4つの分割された領域に対してスイッチング素子17
が接続されているので,各分割領域ごとに電荷の掃出し
を別個に行なうことができる。
第3図は第1図に示す固体電子撮像装置を用いた測光,
露光制御,撮影の動作に一例を示すタイム・チャートで
ある。この図を参照してこの固体電子撮像装置を内蔵し
た電子スチル・カメラにおける撮像動作を説明する。
電子スチル・カメラのビデオ・フロッピーは1/60(s)
で1回転するように回転制御される。ビデオ・フロッピ
ーの回転位相と撮影タイミングとは同期をとる必要があ
るので,1/60(s)ごとに転送電極9に転送ゲート・パ
ルス(フィールド・シフト・パルス;これを同期転送ゲ
ート・パルスという)P1,P2,P3が与えられている。パル
スP1とP2との間は(1/60)×n(s)(nは正の整数)
に設定されている。n≧2の場合にはパルスP1とP2との
間に1/60(s)ごとに(n−1)個の転送ゲート・パル
スが与えられるのはいうまでもない。
測光のための予備撮影が行なわれる。予備撮影のために
同期転送ゲート・パルス間のあるタイミング(パルスP1
とP2の間の時刻t1)で走査回路18より走査パルスQ1がす
べてのスイッチング素子17に与えられる。このパルスQ1
と次の4つの走査パルスQ21,Q22,Q23,Q24までの時間は
固定的に定めておくことが好ましい。もっとも測光用受
光素子の出力に基づいてパルスQ1の出力時刻t1を可変と
することもできるが,これは予備撮影のシャッタ速度が
可変であることを意味するのでCPU16に与えられる測光
信号の表わす光量をある単位時間当りの光量に変換する
処理が必要となる。
走査パルスQ1が与えられることにより時刻t1以前に電位
井戸32に蓄積された不要電荷が基板30側に掃出される。
パルスQ1が出力されてから次の4つの走査パルスQ21,Q
22,Q23,Q24が出力されるまでの時刻(たとえばt1からt2
までの時間)はそれぞれ固定であり,この時間内におい
て予備撮影が行なわれ,この予備撮影において測光が行
なわれる。
予備撮影の結果電位井戸32に蓄積された電荷は4つの走
査パルスQ21,Q22,Q23,Q24が各スイッチング素子17に順
次与えられることにより,各分割領域ごとに,そこに蓄
積された信号電荷が順次電荷掃出し線13を通して掃出さ
れる。各電荷掃出し線13に掃出された信号電荷は順次A/
D変換回路15によってディジタル信号に変換されCPU16に
取込まれる。
CPU16は取込んだ各分割領域ごとの信号電荷量に基づい
て露光制御を行なう。固体電子撮像装置への露光量は絞
り値およびシャッタ速度によって制御される。測光した
入射光量に基づく絞り値およびシャッタ速度の制御に
は,次のようなやり方がある。その1つは,照度に対し
て最適絞り値および最適シャッタ速度をあらかじめ定め
たテーブル(プログラム線図)をCPU16のRAMまたはROM
に記憶しておき,測光値をキーとして最適絞り値および
最適シャッタ速度をこのテーブルから読出して行なうも
のである。もう1つは,CPU16のプログラムに最適絞り値
および最適シャッタ速度を求めるための計算式を組込ん
でおき,この計算式に測定した光量を代入して最適絞り
値および最適シャッタ速度を求めるものである。このさ
い,一般には測光量によって最適絞り値がまず求めら
れ,次にこの求めた絞り値を用いてシャッタ速度が算出
される。絞り値,シャッタ速度のいずれか一方を固定し
ておいて他方を調整するようにしてもよいし,両方を最
適値に調整してもよい。絞り値の調整は公知の絞り制御
によって行なえばよく,電子シャッタの場合にはシャッ
タ速度は後述する走査パルスQ3の出力タイミングを調整
することにより制御される。
この実施例では受光領域が4分割され,各場所における
入射光量が個別に測定できるので,4つの場所のうちの1
つを入力手段で指定することによりその場所の測定光量
にい基づいて全体の露光量を制御することが可能であ
り,撮影操作者は所望の場所の露光量を最適にして撮影
することができるようになる。4つの場所の測光量の総
和または平均値に基づいて露光量を決定することができ
るのはいうまでもない。
この後,定められた時刻t3において(シャッタ速度固定
の場合),または決定されたシャッタ速度に応じた時刻
t3において,走査パルスQ3が出力されるとすべてのスイ
ッチング素子17がオンとなり,4つのパルスQ21,Q22,Q23,
Q24の時点から電位井戸32に蓄積されていた電荷は不要
なものとして掃出される。パルスQ3から次の同期転送ゲ
ート・パルスP2までの時間(t3からt4までの時間)が本
撮影の時間帯である。この時間帯において露光がされる
ことによって電位井戸32に蓄積された信号電荷は,同期
転送ゲート・パルスP2が転送電極9に与えられることに
より垂直転送部4に転送される。垂直転送部4には転送
信号φV1〜φV4が与えられるので,垂直転送部4に転送
された電荷は順次水平転送部10に転送され,水平転送部
10から出力部11を経てビデオ信号として出力される。ビ
デオ信号はその1フィールド分が1/60(s)で読出さ
れ,上述したようにFM変調等の所定の処理が加えられた
のちビデオ・フロッピーに記録される。図示は省略され
ているが,水平転送部10にも水平転送パルスが与えられ
るのはいうまでもない。
上記実施例では固体電子撮像装置としてインターライン
転送方式のものが示されているが,他にたとえばジグザ
グ転送(ZT)方式のもの等,受光部にMOSキャパシタ・
タイプのものを用いたすべてのタイプの固体電子撮像装
置にこの発明は適用可能である。また転送パルスも4相
に限らず2相,3相等の撮像素子にも適用できる。
さらに,上記実施例ではインターレス走査かノンインタ
ーレス走査かについては言及しなかったがこの発明は両
方のタイプに適用できるし,モノクロかカラーかの別に
もかかわりなくこの発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明による固体電子撮像装置の実施例を示
す回路図,第2図は第1図のII−II線にそう拡大断面
図,第3図は第1図に示す実施例の動作を示すタイム・
チャートである。 1……透明電極, 2……受光部列(受光部), 4……垂直転送部, 10……水平転送部, 11……出力部, 13……電荷掃出し線, 15……A/D変換回路, 16……CPU, 18……走査回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板の受光領域上に2次元配列され,光電
    変換を行ない受光量に応じた信号電荷を蓄積する光電変
    換素子,上記光電変換素子に蓄積された信号電荷を垂直
    方向に転送する垂直転送部,および上記垂直転送部から
    入力する信号電荷を水平方向に転送する水平転送部より
    構成される固体電子撮像装置において, 予備撮影において上記光電変換素子に蓄積された信号電
    荷を,上記受光領域を分割した分割領域ごとに上記基板
    に掃出させるための相互に絶縁された掃出電極, 上記分割領域ごとに上記基板に掃出させるために,上記
    掃出電極を順次走査する走査回路,および 上記走査回路による走査によって上記基板に掃出された
    信号電荷に基づいて上記分割領域ごとに測光する測光回
    路, を備えた固定電子撮像装置。
JP63003881A 1987-12-11 1988-01-13 固体電子撮像装置 Expired - Fee Related JPH0767159B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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