JPH01181288A - 固体電子撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の要約 電子シャッタ付ＣＣＤセンサにより撮像するものにおい
て、多数のＭＯＳキャパシタ・タイプの光電変換素子を
備えた受光領域を複数の領域に分割してこれらを相互に
絶縁する。予備撮影を行ない、このとき光電変換素子に
蓄積された信号電荷を分゛割領域ごとに基板側に掃出す
。掃出された信号電荷量に基づいて露光量を決定する（
シャッタ速度、絞り値の決定）。分割領域ごとに掃出さ
れる信号電荷量を測定することによりマルチ測光が可能
となる。

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Φ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量の被写体像を得る
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７１１１ｊ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フイ一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。

視野内の複数の場所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、　ｊｌｌＪ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次元配列された多数の
ＭＯＳキャパシタ・タイプの光電変換素子、前記光電変
換素子によって光電変換された信号電荷を垂直方向に転
送する垂直転送部、および前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
、り□リア信号を加えたときに光電変換素子の信号電荷
が基板に掃出される固体電子撮像装置において、前記基
板の受光領域を複数の領域に分割しこれらを相互に絶縁
するとともに分割領域ごとに掃出される信号電荷の量に
基づいて入射光量を測定する測定回路を備えたことを特
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１峯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
れた信号型゛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ａ１１Ｊ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
によっ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１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。

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
■−■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φタイプの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ｌＯの出力側に接続した電荷増幅回路１１か
ら構成きれる。

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１８が接続されている。電荷掃出し線１
３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。ＣＰＵ１
８は走査パルス拳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ＣＰＵ１
Ｂ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、ＭＯ
Ｓキャパシタ構造のものであり基板３ｏの上に絶縁膜３
１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φ９□〜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は斜線で示しである。また
受光部列２においても一画素（−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
示は省略しであるがチャネル・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争ドレイン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３ｏ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・デイ
バイス（ＢＣＣＤ）という。

再びｍ１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３
０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３
２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
路）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φ９□〜φｖ４によって垂直
転送部４内を水平転送部１ｏ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３
０内に生じている電位井戸３２が消滅する。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がら掃出される。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、撮影の動作の一例を示すタイム・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／［１０
（ｓ）で１回転するように回転制御される。

ビデオΦ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、　　１／８０（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）Ｐ、Ｐ
２．Ｐ３が与えられている。パルスＰ　とＰ２との間は
（１／　８０）　Ｘ　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Ｐ　とＰ２との間に１７８０（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Ｐ
ｌとＰ２の間の時刻１１）で走査回路１８より走査パル
スＱｌ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Ｑ　　、Ｑ　　
、Ｑ　　、Ｑ　　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Ｑｌ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ＣＰＵ梓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Ｑｌが出力されてから次の４つの走査パルスＱ　
　、Ｑ　　、Ｑ　　、Ｑ　　が出力されるまでの時刻（
たとえばｔ　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？の
走査パルスＱ、Ｑ　　、Ｑ、Ｑ　　が各ス２１　　　　
２２　　　　２ｇ　　　　　２４イツチング素子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１
３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ＣＰＵ１Ｂに取込まれる
。

ＣＰＵｌ８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９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、ＣＰＵ１１３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１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１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１１１
１定光量に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力
（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Ｑ
、ＱＱ、Ｑ ２１　　２２′２３　　２４ 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Ｑ８から次の同期転送ゲ
ート・パルスＰ２までの時間（ｔ３から１４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〜φ、４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フイ一ルド分が
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争フロッピ
ーに記録される。図示は省略されているが、水平転送部
ｌＯ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がノンインタ
ーレス走査かについては言及しなが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■−■線にそう拡大断面図
、Ｍ３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。 以　　上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　基板の受光領域上に２次元配列された多数のＭＯＳキ
   ャパシタ・タイプの光電変換素子、前記光電変換素子に
   よって光電変換された信号電荷を垂直方向に転送する垂
   直転送部、および前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、クリア
   信号を加えたときに光電変換素子の信号電荷が基板に掃
   出される固体電子撮像装置において、 前記基板の受光領域を複数の領域に分割しこれらを相互
   に絶縁するとともに分割領域ごとに掃出される信号電荷
   の量に基づいて入射光量を測定する測定回路を備えた、 固体電子撮像装置。