(57)【要約】【課題】フォーカルプレーン読み出し方式の固体撮像素子を用いた固体撮像装置において、動く物体を撮像した時に生じる画像の歪みを防止する。【解決手段】遮光手段１と固体撮像素子２とタイミング発生手段３と蓄積手段４とをそなえ、固体撮像素子２を１フィールドまたは１フレーム期間よりも短い期間で高速に読み出し、その読み出し期間中は遮光手段１により入射する光信号を遮断する。固体撮像素子２から出力された信号は蓄積手段４により１フィードまたは１フレームの期間かけて出力される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を電気信号に変換して１フィールドまたは１フレーム期間よりも短い期間で出力する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子に入射する光信号を所定時間遮光する遮光手段と、
前記固体撮像素子の読出しタイミングと前記遮光手段の遮光タイミングを規定するタイミング発生手段と、
前記固体撮像素子の出力を蓄積して、１フィールドまたは１フレーム期間で出力する蓄積手段と、を有し、
前記固体撮像素子の読出し期間中は前記遮光手段により、入射光が遮光されることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
露光時間を可変できる電子シャッタ機能を有することを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置にかかわり、特にフォーカルプレーン読出し方式の固体撮像素子を用いた固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像領域内で撮像時期がラインやピクセル（画素）によって異なるフォーカルプレーン読み出し方式の固体撮像素子として、例えば増幅型固体撮像素子、Ｘ−Ｙアドレス型固体撮像素子等が知られている。
【０００３】
例えば、増幅型固体撮像素子は、画素毎に光信号を増幅するための画素トランジスタを備え、画素等に蓄積された電荷を画素トランジスタの電流変調として信号を読み出すものである。図３は、容量負荷動作方式の増幅型固体撮像素子の回路構成を示す図である。この増幅型固体撮像素子５は、複数の単位画素を構成する受光素子、即ち画素トランジスタ、例えば画素ＭＯＳトランジスタ６が行列状に配置され、各画素トランジスタ６の行毎のゲートがシフトレジスタ等から構成される垂直走査回路７からの垂直走査信号（即ち垂直選択パルス）ΦＶ［ΦＶ１，・・・・ΦＶｉ，ΦＶｉ＋１，・・・・］にて選択される垂直選択線８に接続され、その列毎のソースが垂直信号線９に接続される。
【０００４】
垂直信号線９には、動作ＭＯＳスイッチ１０を介して信号電圧（電荷）を保持する負荷容量素子１１が接続される。負荷容量素子１１は垂直選択線８と接地電位との間に接続される。動作ＭＯＳスイッチ１０のゲートには動作パルスΦDPSが印加される。
【０００５】
画素ＭＯＳトランジスタ６のソースと動作ＭＯＳスイッチ１０間の垂直信号線９は、負荷容量素子１１のリセットと垂直信号線のリセットを兼ねるリセットＭＯＳスイッチ１２を介してリセットバイアス電圧供給端子ΦRBに接続される。リセットＭＯＳスイッチ１２のゲートにはリセットパルスΦRSTが供給されるようになされる。
【０００６】
水平走査回路１３はシフトレジスタ等から構成されており、この水平走査回路１３は水平信号線１４に接続された水平ＭＯＳスイッチ１５のゲートへ順次水平走査パルスΦＨ［ΦＨ１，・・・・ΦＨｎ，ΦＨｎ＋１，・・・・］を供給している。
【０００７】
この増幅型固体撮像素子５では、図４の駆動タイミングチャートに示すように、まず、水平ブランキング期間ＨＢＫ中において、画素ＭＯＳトランジスタ６の読出し動作期間Ｔ２の前に、即ちリセット期間Ｔ１において垂直信号線９と負荷容量素子１１をリセットバイアス電圧ＶRBにリセットする。即ちリセットパルスΦRSTと動作パルスΦDSPを与えてリセットＭＯＳスイッチ１２と動作ＭＯＳスイッチ１０とを同時にオンする。この結果、画素ＭＯＳトランジスタ６のの読み出し動作期間Ｔ２前の垂直信号線９と負荷容量素子１１の初期電圧は、リセットバイアス電圧ＶRBにリセットされる。
【０００８】
この後、リセットＭＯＳスイッチ１２をオフして、垂直選択線、例えばｉ行の垂直選択線８に垂直選択パルスΦＶｉが与えられる。このとき、動作パルスΦDSPは引き続き与えられ、動作ＭＯＳスイッチ１２はオン状態となっている。この時点で選択されたｉ行の画素トランジスタ６の１水平ライン分の信号電圧が夫々の負荷容量素子１１に保持される。水平ブランキング期間ＨＢＫの終わりの画素リセット期間Ｔ３で例えば基板に基板パルスΦSUBが印加され、画素ＭＯＳトランジスタ６に蓄積されている信号電荷が基板側に排出される。
【０００９】
次いで、これら負荷容量素子１１に保持された信号電圧が、水平走査期間ＴＡ中に水平走査回路１３からの水平走査信号ΦＨ［ΦＨ１，・・・・ΦＨｎ，ΦＨｎ＋１，・・・・］で順次水平ＭＯＳスイッチ１５をオンすることによって、信号電荷として水平信号線１４に流れ、出力回路を通じて信号電圧として出力される。
【００１０】
ｉ行の画素トランジスタ６が負荷容量素子１１に読み出された後、次のｉ＋１行等順次各行の画素ＭＯＳトランジスタが負荷容量素子１１に読み出される。画素ＭＯＳトランジスタ６は、水平ブランキング期間ＨＢＫに負荷容量素子１１に読み出された後は、露光期間に入る。
【００１１】
図５は、上記増幅型固体撮像素子の通常動作における各水平ライン毎の露光、読み出し状態を示す図である。この例はインターレース読み出しの方式の場合で、第１フィールドでは一方の垂直方向に隣り合う２画素の信号を混合して読み出し、第２フィールドでは他方の垂直方向に隣り合う２画素の信号を混合して読み出すものである。１フィールドに対応する画素は１フィールド期間（例えば１／６０秒）かけて読み出される。１番目のラインからｎ番目のラインが第１フィールドに対応し、ｎ＋１番目のラインから２ｎ番目のラインが第２フィールドに対応し、第１フィールドおよび第２フィールドで１フレームが形成される。各水平ラインの露光時間Ｔａ１は、１フィールド期間に対応すると共に、読み出し期間の１水平ブランキング期間ＨＢＫと有効走査期間ＴＡからなる１水平期間だけ順次ずれている。
【００１２】
図６は、電子シャッタ動作をしたときの各水平ラインの露光、読み出し状態を示す図である。斜線の期間Ｔｂで蓄積電荷が排出され、残りの期間が露光時間Ｔａ２となる。即ち、通常の電子シャッタは、通常の動作で読み出し速度を変えずに露光時間を短くしただけの動作となる。
【００１３】
このような方式では、上のラインと下のラインとで読み出し時期が異なる。特に、電子シャッタ動作を行うと、図６に示すように、露光期間に対する読み出し時期の差が大きくなってしまう。
【００１４】
このため、動く物体、又は撮像装置自体が動いた場合、撮像した画像の上下で時差が生じ、その結果、図７に示すように、実際の被写体に対し、撮像した画像は歪んでしまう。特に、電子シャッタ動作を行った時にひずみが顕著にあらわれる。
【００１５】
このような歪みを低減させるために、特開平９−１８１９８６号公報に記載されたものが知られている。その構成を示すブロック図を図８に示す。図８において固体撮像素子１６は図３に示す増幅型固体撮像素子であり、タイミング発生部１７は増幅型固体撮像素子の動作タイミングを規定するタイミング信号を生成し、固体撮像素子１６に入力する。メモリ１８は固体撮像素子１６の出力が入力され、蓄積された後、入力と異なった速度で出力される。
【００１６】
次に、図９を用いてこの動作を説明する。図９はインターレース読み出し方式の増幅型固体撮像素子において、電子シャッタ動作した場合の露光、読み出し状態を示す図である。図９に示すように１フィールドあたりの画素読み出しを、１フィールド期間よりも短い期間で高速に読み出す。そしてその出力はメモリ１８に入力される。メモリ１８はこの信号を１フィールドに対応する期間かけて読み出す。
【００１７】
上述のようにすれば、読み出し速度を１フィールド期間よりも短い期間で高速に行うために、上のラインと下のラインの露光時期の差を通常動作に比べ、少なくできる。このため、動く物体や撮像装置自体を動かした時に生じる撮像画像の歪みを低減させることができるのである。
【特許文献１】特開平９−１８１９８６号公報  （段落［０００２］〜［００１３］、段落［００２１］〜［００３５］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら上記の従来の構成では、上と下のラインの露光時間はの差はゼロにはならないため、動く被写体を撮像した場合に生じる歪みは完全にはなくならない。特に電子シャッタ機能を使用して露光時間を短くすればするほど、生じる歪みはより顕著になる。
【００１９】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、動く被写体を撮像しても歪みを全く生じない固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の請求項１に記載の発明は、
光信号を電気信号に変換して１フィールドまたは１フレーム期間よりも短い期間で出力する固体撮像素子と、前記固体撮像素子に入射する光信号を所定時間遮光する遮光手段と、前記固体撮像素子の読出しタイミングと前記遮光手段の遮光タイミングを規定するタイミング発生手段と、前記固体撮像素子の出力を蓄積して、１フィールドまたは１フレーム期間で出力する蓄積手段と、を有し、前記固体撮像素子の読出し期間中は前記遮光手段により、入射光が遮光されることを特徴とする固体撮像装置である。
【００２１】
本発明の請求項２に記載の発明は、露光時間を可変できる電子シャッタ機能を有することを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置である。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように本発明によれば、画像の上のラインと下のラインの露光時間が全く同一になるため、動く被写体を撮像して、電子シャッタを用いてどんなに露光時間を短くしても歪みを全く生じないというすぐれた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図１と図２を用いて説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は本発明の固体撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。
【００２５】
図１において、２は例えば従来技術で説明したような増幅型固体撮像素子であり、ライン毎に露光時期が異なるような方式の固体撮像素子である。１は固体撮像素子２に入射する光信号を所定時間遮光する遮光手段であり、例えば、機械的なシャッタや、液晶のような透過光を制御できるような電子デバイス等を用いれば容易に実現できる。３は固体撮像素子２の読み出しタイミングと遮光手段１の遮光タイミングを規定するタイミング発生部であり、例えば、固体撮像素子２の読み出し開始タイミング、および遮光手段１の遮光タイミングパルスを出力することにより、各々のタイミングを制御する。４は固体撮像素子２の出力を入力し、一定時間蓄積した後、入力と異なった速度で出力する蓄積手段であり、メモリ等を用いれば容易に実現できる。
【００２６】
以上のように構成された固体撮像装置について、図２を用いて、その動作を説明する。図２はインターレース読み出し方式の増幅型固体撮像素子において、電子シャッタ動作した場合の露光、読み出し状態を示す図である。図２に示すように１フィールドあたりの画素読み出しを、１フィールド期間よりも短い期間で高速に読み出し、その出力は蓄積手段４に入力され、蓄積手段４はこの信号を１フィールドに対応する期間かけて読み出す。ここまでの動作については従来の動作と同一である。本発明の実施の形態１の動作においてはこの固体撮像素子２の高速に読み出されている期間、遮光手段２によって入射される光信号が遮光され、さらに、蓄積電荷の排出動作が全てのラインの画素で同一タイミングで行われる。このため、露光時間が全てのラインにおいて同一時期となり、従来のようなラインによる時差を全く生じなくなる。
【００２７】
以上のように本実施の形態によれば、固体撮像素子の読み出しを１フィールド期間よりも短い期間で高速に行い、さらにその読み出し期間中は遮光しているため、全ての画素における露光時間が全く同一になる。よって、動く被写体を撮像して露光時間をどんなに短くしても、歪みのない良好な映像を撮像することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明における固体撮像装置は、動く被写体を撮像して、電子シャッタを用いてどんなに露光時間を短くしても歪みを全く生じないというすぐれた効果を有しており、動画を撮像するのに使用する固体撮像装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態１における構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１の動作における露光、読み出し状態を示す説明図
【図３】増幅型固体撮像素子の回路構成図
【図４】増幅型固体撮像素子の駆動タイミングチャート
【図５】従来の撮像方式の動作における露光、読み出し状態を示す説明図
【図６】従来の電子シャッタ動作時における露光、読み出し状態を示す説明図
【図７】従来の方式で撮像した場合の画像の歪む様子を示す説明図
【図８】従来の歪みを低減させる撮像装置の一例の構成を示すブロック図
【図９】従来の歪みを低減させる撮像装置の一例の動作における露光、読み出し状態を示す説明図
【符号の説明】
【００３０】
１  遮光手段
２  固体撮像素子
３  タイミング発生手段
４  蓄積手段
５  増幅型固体撮像素子
６  画素ＭＯＳトランジスタ
７  垂直走査回路
８  垂直選択線
９  垂直信号線
１０  動作ＭＯＳスイッチ
１１  負荷容量素子
１２  リセットＭＯＳスイッチ
１３  水平走査回路
１４  水平信号線
１５  水平ＭＯＳスイッチ
１６  固体撮像素子
１７  タイミング発生手段
１８  メモリ
【図１】
2006109037.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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