(57)【要約】 【課題】  レンズのアイリス絞り以外の方法で信号量を調整する必要のある固体撮像装置において、従来の電子シャッタを用いた場合は、動きの速い被写体を撮像した場合にコマ送りのような不自然な映像になるという課題を解決し、動きの速い被写体でも自然な映像を得ることのできる固体撮像装置を実現することを目的とする。 【解決手段】  光を露光して電気信号に変換して蓄える光電変換部２と、前記光電変換部２に蓄えられた電気信号をリセットするリセット部３と、前記光電変換部２に蓄えられた信号を読み出して蓄積する蓄積部４と前記蓄積部４に蓄えられた信号を出力する出力部５を備えた固体撮像素子１の駆動タイミングをタイミング生成部６により制御し、リセット動作と読み出し動作を複数回行った後、出力部５より撮像信号を出力する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を露光して電気信号に変換し、蓄える光電変換部と、
前記光電変換部に蓄えられた電気信号をリセットするリセット部と、
前記光電変換部に蓄えられた電気信号を読み出して蓄積する蓄積部と、
前記蓄積部に蓄えられた信号を出力する出力部を有する固体撮像素子と、
前記光電変換の露光時間と、前記リセット部のリセット時間と、前記蓄積部の蓄積時間を決定するタイミング生成部を備え、
前記リセット部のリセット動作と前記蓄積部の蓄積動作を複数回繰り返した後、前記出力部から信号が出力されることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記出力部の出力タイミングは所定のテレビジョン規格に適合したタイミングで出力されることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記リセット部のリセット動作と、前記蓄積部の蓄積動作は、所定のテレビジョン規格の水平ブランキング期間、もしくは垂直ブランキング期間に行われることを特徴とする請求項２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、固体撮像装置に関し、特に光路を通って入る光の量を調整する固体撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤ（電荷結合素子）やＣＭＯＳといった固体撮像素子を用いた固体撮像装置は放送、業務用途から民生用途にいたるまで、様々な分野で用いられている。このような固体撮像装置はレンズを用いて集めた光を電気信号に変換して、様々な処理を施した後、映像信号として出力される。このような固体撮像装置の光収集能力はレンズの直径によって決まる。レンズの直径が大きければ大きいほど、対象に降り注ぐ光のうち固体撮像素子が捕らえる光の量が増す。レンズのアイリス絞りは光がレンズに入る開口を変化させる。光の入力はアイリス絞りを可変することによって制御できる。しかし、レンズの開口（アイリス絞り）を変えることにより、被写界深度が影響を受ける。被写界深度とは固体撮像装置に最も接近して焦点のあった点から最も離れて焦点があった点までの距離のことであり、広いレンズ開口、即ちアイリス絞りが開いた状態では小さくなり、狭いレンズ開口、即ちアイリス絞りが閉じた状態では大きくなる。このため、明るい撮影条件下で被写界深度が小さい映像を撮像したい場合は、アイリス絞りと別の方法で信号量を調整する必要がある。
【０００３】
これを解決するために電子シャッタという機能があるが、この基本原理は、固体撮像素子において信号が出力される直前の所定時間だけ電荷蓄積を行い、それ以前の信号電荷を別の場所（たとえば基板）に掃き出してしまうというものである。そのタイミングチャートを図５に示す。垂直同期信号ＶＤに同期したタイミングで信号電荷を読み出して、撮像信号が出力されるが、その読出しタイミングから遡ったある時期（露光タイミング）に、それ以前に光電変換部に蓄積された信号電荷を例えば基板内に掃き出す。この露光タイミングから読出しタイミングまでの期間ＴSHが露光期間となる。これに対し、通常動作時の撮像信号は期間Ｔとなるため、露光タイミングを適当な点に設定することにより、露光時間を制御でき、撮像信号を所望のレベルに調整することが可能になるのである。
【特許文献１】特開平６−９０４０３号公報（２頁）
【特許文献２】特開平８−１１６４９２号公報（２頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の従来の構成では、通常の露光時間Ｔに対して十分速く動くような被写体を撮像する際に、被写体の動きが不連続になり、コマ送りのような不自然な映像となるという問題点を有していた。
【０００５】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、コマ送りのような不自然な映像になることなく、信号量を調整できる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】
【０００６】
本発明の請求項１に記載の発明は、光を露光して電気信号に変換し、蓄える光電変換部と、前記光電変換部に蓄えられた電気信号をリセットするリセット部と、前記光電変換部に蓄えられた電気信号を読み出して蓄積する蓄積部と、前記蓄積部に蓄えられた信号を出力する出力部を有する固体撮像素子と、前記光電変換の露光時間と、前記リセット部のリセット時間と、前記蓄積部の蓄積時間を決定するタイミング生成部を備えており、前記リセット部のリセット動作と前記蓄積部の蓄積動作を複数回繰り返した後、前記出力部から信号が出力されるという作用を有する。
【０００７】
本発明の請求項２に記載の発明は、光を露光して電気信号に変換し、蓄える光電変換部と、前記光電変換部に蓄えられた電気信号をリセットするリセット部と、前記光電変換部に蓄えられた電気信号を読み出して蓄積する蓄積部と、前記蓄積部に蓄えられた信号を出力する出力部を有する固体撮像素子と、前記光電変換の露光時間と、前記リセット部のリセット時間と、前記蓄積部の蓄積時間を決定するタイミング生成部を備えており、前記出力部の出力タイミングは所定のテレビジョン規格に適合したタイミングで出力されるという作用を有する。
【０００８】
本発明の請求項３に記載の発明は、光を露光して電気信号に変換し、蓄える光電変換部と、前記光電変換部に蓄えられた電気信号をリセットするリセット部と、前記光電変換部に蓄えられた電気信号を読み出して蓄積する蓄積部と、前記蓄積部に蓄えられた信号を出力する出力部を有する固体撮像素子と、前記光電変換の露光時間と、前記リセット部のリセット時間と、前記蓄積部の蓄積時間を決定するタイミング生成部を備えており、前記リセット部のリセット動作と、前記蓄積部の蓄積動作は、所定のテレビジョン規格の水平ブランキング期間、もしくは垂直ブランキング期間に行われるという作用を有する。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本願の請求項１の発明による固体撮像装置によれば、動きのある被写体を撮像する際において、コマ送りのような不自然な映像ではなく、通常露光時間と同様な自然な映像を得ることができるという優れた効果が得られる。
【００１０】
また、本願の請求項３の発明による固体撮像装置によれば、上記効果に加えて、リセット動作や読出し動作に起因するノイズの影響を受けない良好な映像を得ることができるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図１から図３を用いて説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１を示すブロック図である。
【００１３】
固体撮像素子１は光を受けて電気信号に変換し、蓄積する光電変換部２と、光電変換部２に蓄えられた電気信号をリセットするリセット部３と、光電変換部２の電気信号を読み出して蓄積する蓄積部４と蓄積部４に蓄えられた信号を出力する出力部５を備えている。タイミング生成部６は固体撮像素子１に駆動信号を出力し、固体撮像素子１の動作タイミングを決定する。
【００１４】
ここで、以上のような機能を備えている固体撮像素子の例としてはフレームインターライン転送（ＦＩＴ）型ＣＣＤがよく知られている。以下の実施例ではこのＦＩＴ型ＣＣＤを用いて動作を説明する。
【００１５】
次に、図２、図３、図４を用いて本実施例の動作について説明する。図２は一般的なＦＩＴ型ＣＣＤの構造を示す図であり、図３は本実施例の動作を実現するためのＦＩＴ型ＣＣＤの駆動タイミングチャートであり、図４は本実施例の動作における露光時間を示す図である。
【００１６】
図２に示すように、入射光量に応じた量の電荷に光電変換する受光部７が多数マトリクス状に配され、更にこれら多数の受光部７のうち、列方向に配列された受光部７に対して共通とされた垂直転送レジスタ８が多数本、行方向に配列されたイメージ部（撮像部）９と、この撮像部９に隣接して配され、撮像部９に形成されているような受光部７はなく、撮像部９における多数本の垂直転送レジスタ１０のみが延長形成されたストレージ部（蓄積部）１１とを有する。また、蓄積部１１に隣接し、かつ多数本の垂直転送レジスタ１１に対して共通とされた水平転送レジスタ１２が１本設けられている。また、水平転送レジスタ１２の最終段には出力部１３が接続されている。出力１３は、水平転送レジスタ１２の最終段から転送されてきた信号電荷を電圧信号に変換するフローティング・ディフュージョンで構成される電荷―電圧変換部と、この電荷―電圧変換部からの電気信号を増幅するアンプを有して構成されている。
【００１７】
そして、これら撮像部９における垂直転送パルスΦＶＡ１〜ΦＶＡ４及び蓄積部ＶＢ１〜ＶＢ４の供給によって、撮像部９および蓄積部１１における各垂直転送電極下のポテンシャル分布が順次変化し、これによって、信号電荷がそれぞれ撮像部９における垂直転送レジスタ８および蓄積部１１における垂直転送レジスタ１０に沿って縦方向（水平転送レジスタ側）に転送されることになる。
【００１８】
ここで、受光部７は基板（ＳＵＢ）に一定期間高電圧（シャッタパルス）を印加することにより、それまで蓄えられた信号電荷を基板側に掃き出し、リセットすることができる。
【００１９】
また、受光部７に蓄えられた信号電荷はΦＶＡ１、およびΦＶＡ３に一定期間高電圧（読出しパルス）を印加することにより、撮像部９における垂直転送レジスタ８に読み出される。
【００２０】
次に、図３を用いて本発明における実施形態１の動作について、さらに詳しく説明する。
【００２１】
図３に示すＴＲ期間内のΦＶＡ１、およびΦＶＡ３に印加される読出しパルスＹ１、Ｙ２・・・、Ｙｎにより受光部７に蓄えられた信号電荷撮像部９における垂直転送レジスタ１０に転送される。また、ＴＲ期間内にＶＳＵＢに印加されるシャッタパルスＲ１、Ｒ２・・・、Ｒｎによりそれまで受光部に蓄えられていた信号電荷は、基板方向に排出されリセットされる。即ち、露光期間Ｔ１、Ｔ２・・・、Ｔｎに蓄えられた信号電荷はこれらの露光時間全ての信号電荷が加算されて撮像部９における垂直転送レジスタに蓄えられる。
【００２２】
その後、図３に示す期間ＦＳにおいて、上記垂直転送レジスタ８に蓄えられた信号電荷を高速に蓄積部１１の垂直転送レジスタ１０に転送する。
【００２３】
蓄積部１１は、期間ＦＳ内において垂直転送レジスタ９に転送された信号電荷を、その後の水平帰線期間ＨＢＬＫにおいて１行単位に水平転送レジスタ１２側に転送する。
【００２４】
そして、次の水平転送期間ＨＢＬＫにおいて、信号電荷が順次対応する出力部１３側に転送され、出力部１３の出力端子１４より撮像信号Ｓとして取り出されることになる。
【００２５】
即ち、図４に示すように、本実施例におけるトータルの露光時間はＶＳＵＢに印加されるシャッタパルスによって規定される露光タイミングとΦＶＡ１，およびΦＶＡ３に印加される読出しパルスによって規定される読出しタイミングの間の期間Ｔ１、Ｔ２・・・Ｔｎを全て加算した期間になる。
【００２６】
よって、図１に示すタイミング生成部６により出力される駆動信号を制御して露光タイミングと読出しタイミングを適当な位置に設定することにより、信号量を適当な値に調整できる。また、通常露光期間内でｎ回露光した信号を加算するため、時間的に積分されることになる。よって、ｎを十分に大きくすることにより、通常露光時間における映像と同様に、動きのある被写体を撮像した時にも、コマ送りのような不自然な映像ではなく、自然な映像を得ることが可能になるのである。
【００２７】
以上のように、本実施形態１によれば、通常の露光期間内に複数回の離散的な露光時間を持つようにしたため、動きのある被写体に対しても、コマ送りのような不自然な映像ではなく、自然な映像を得ることが可能になる。
【００２８】
なお、本実施の形態１についてはＦＩＴ−ＣＣＤを用いた場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば画素毎に蓄積部を有し、基板排出機能をもったＣＭＯＳ型固体撮像素子を用いた場合についても、広く適用できる。
【００２９】
また、本実施の形態１については、タイミング生成部６が固体撮像素子の外部に設けられている場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばＣＭＯＳ型固体撮像素子のように固体撮像素子と同一チップ内にタイミング生成部を内蔵する場合についても広く適用できる。
【００３０】
（実施の形態２）
固体撮像素子の駆動において、上述した読出し動作や、リセット動作を映像信号期間内に行うと、基板電位の変動や飛び込み等の影響により出力される映像が影響を受け、画質を劣化させる。よって、図３に示すように、上述の読出し動作とリセット動作をブランキング期間に設定する。
【００３１】
そうすることにより、読出し動作やリセット動作に起因して、基板電位が変動したり、飛び込みがあっても、影響を受けるのはブランキング期間であるため、出力される映像には悪影響を及ぼさなくなる。
【００３２】
このように、本実施形態２によれば、読み出し動作、およびリセット動作をブランキング期間に行うことにより、妨害等による画質劣化のない良好な映像が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明にかかる固体撮像装置は、動きのある被写体を撮像する際において、コマ送りのような不自然な映像ではなく、自然な映像を得ることが必要な、動画を撮像するカメラ等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施例の構成を示すブロック図
【図２】ＦＩＴ型ＣＣＤの構造図
【図３】本発明の１実施例における固体撮像素子のタイミングチャート
【図４】本発明の１実施例における露光時間を示す図
【図５】従来の電子シャッタの動作を示すタイミングチャート
【符号の説明】
【００３５】
１  固体撮像素子
２  光電変換部
３  リセット部
４  蓄積部
５  出力部
６  タイミング生成部
７  受光部
８  垂直転送レジスタ
９  撮像部
１０  垂直転送レジスタ
１１  蓄積部
１２  水平転送レジスタ
１３  出力部
１４  出力端
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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