JPH02149074A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、被写体の静止画を記録する撮像装置に関する
ものである。

（従来の技術） 近年、被写体の静止画を記録する撮像装置が電子スチル
カメラとして、あるいは工業用検査カメラとして等の用
途に使用されている。このようなカメラでは、幅広い光
量に対応すべく、また幅広い露光秒時間に対応すべくメ
カニカルシャッタが利用される。また、カメラの小型・
軽量化の要求から撮像デバイスとしては固体撮像デバイ
スが使用される。

このような撮像装置として、シャッタに半開式シャッタ
を使用し、固体撮像デバイスに、フレームトランスファ
型ＣＣＤ　（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉ
ｃｅ）にしてブルーミング防御のために電子・正孔再結
合による過剰電荷の除去を行うアンチプルーミングゲー
トを有するイメージセンサを使用した撮像装置が知られ
ている。

第４図は半開式シャッタの動きを説明する図である。こ
こでは開放絞り値がＦ２であるレンズシャッタの場合を
示す。被写体の光量に応じて、たとえば半開式シャッタ
はシャッタボタンをおされた後にクローズ状態からＦ２
２→Ｆ１６→Ｆｉｌ→Ｆ８→Ｆ５．６とアナログ的に絞
りが開いて必要な光量を得られる絞り値まで開いた後に
絞りを閉じる。

被写体の輝度のＡＰＥＸ値をＢＶ、絞り値のＡＰＥＸ値
をＡＶ、有効露出時間のＡＰＥＸ値をＴＶ、イメージセ
ンサの感度を銀塩フィルムの感度に換算した場合のＡＰ
ＥＸ値をＳｖとすると、これらの関係は、 ＳＶ＋ＢＶ＝ＴＶ＋ＡＶ となるように設定される。

第４図の横軸Ｔは絞りの開き始めからの時間を示し、再
び絞りを閉しきるまでの時間が全露光時間となる。

次に電子・正孔再結合による過剰電荷の除去のためのア
ンチブルーミング・ゲートについて説明する。

第５図は、アンチブルーミングゲートを有する撮像素子
ＣＣＤを説明する図で（ａ）はＣＣＤの構造図である。

このＣＣＤは仮想位相ＣＯＤで、仮想ゲート領域中の仮
想バリアと仮想ウェルの中間にアンチブルーミングゲー
ト１７が設けられる。なお、１５は転送ゲート電極、１
６はＮ型不純物層、１８はＰ＋層である。第５図（ｂ）
は（ａ）に対応する部分の電荷蓄積モード中のポテンシ
ャル分布図である。このとき、アンチブルーミングゲー
トには任意の周波数のクロックが加えられる。

第６図はアンチブルーミングゲート下の深さ方向のポテ
ンシャル分布を示すものであり、アンチブルーミングゲ
ートに加えられる電圧レベルが旧ｇｈのときのものであ
る。この状態の時に信号電荷すなわち電荷蓄積モードの
ときに光電変換によって発生した電荷が、表面ポテンシ
ャルとチャネル・ポテンシャル最大値とより決まる容量
以上になると、それ以上の電荷は界面にあふわ、表面準
位にトラップされる。ここでアンチブルーミングゲート
のレベルを表面がピンニング状態となるようなＬＯ胃レ
しルとしてやるとチャネルストップ領域と仮想ゲート領
域のＰ″″層を供給源として表面に正孔が充満し、表面
準位にトラップされた電子は正孔と再結合する。この動
作を電荷蓄積中に繰り退すことで過剰電荷により生じる
ブルーミング現象を防御することができる。従来、電荷
蓄積中のアンチブルーミングゲートに加えられるパルス
の周波数は一定とされ、その周波数は露光時間に応じて
、たとえば短秒時露光となるほど高い周波数を加えるこ
とがなされていた。

第８図は、上述のようなアンチブルーミングゲートを有
する固体撮像素子と半開式シャッタを用いた従来の電子
スチルカメラの動作を示すタイムチャートである。

図において、φＳＳは半開式シャッタの開閉命令のパル
スで、第１のパルスはシャッタを開ける命令である。こ
の命令により、固体撮像素子のアンチブルーミングゲー
トには、周波数ｆ２のクロックφＡＢが加えられる。こ
の周波数は被写体の輝度を測光した結果決まるシャッタ
の露光時間によって異なるが、−回の蓄積動作中は一定
の周波数のクロックが加えられる。又、φＳＳの第１の
パルスで半開式シャッタは動作を始め、メカニカル構造
によって決まる時間Ｔ　ｄ　ｌｆｉに開口し始める。φ
ＳＳの第２のパルスは被写体の輝度を測光した結果決ま
るシャッタの露光時間に応じて第１のパルスの所要時間
後に出される。半開式シャッタはφＳＳの第２のパネル
に応答して閉口のための動作を開始し、メカニカル構造
によって決まる遅れ時間後に閉口を完了する。固体撮像
素子のアンチブルーミングゲートに加えられているクロ
ックは、メカニカル構造によって決まる遅れ時間とその
ばらつきを含めた時間後に停止する。

この後に固体撮像素子に蓄積された電荷は読み出される
。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述の第８図の従来例では、プルーミン
グ防御のためのアンチブルーミングゲートにパルスを加
えることにより発生する暗電流があり、このためにカメ
ラの性能上望ましからぬ影響を与える。以下にそれを詳
述する。過剰電荷を除去するためのアンチブルーミング
ゲートの動作は先に説明したが、その動作の一過程とし
て、表面ピンニングの後に正孔がその供給源であるＰ＋
層のチャネルストップ領域と仮想ゲート領域にもどる過
程がある。アンチブルーミングゲート１７のバイアスが
、ゲート下の表面ポテンシャルがピンニングとなるレベ
ルから正のバイアスに変わった直後、正孔の多くはゲー
ト下に残る。そして、その後ゲートバイアスは旧ｇｈで
あるので、アンチブルーミングゲート領域のエッヂと仮
想ゲート領域のエツジあるいはチャネルストップ領域の
エッチの中間が大きなフリンジングフィールドとなる。

アンチブルーミングゲート領域に残っている正孔は、こ
のフィールドにそってＰ＋であるチャネルストップ領域
と仮想ゲート領域とにもどるが、フリングングフィール
が大きいために正孔は熱い正孔となり、衝突電離を起こ
す。これによって生じた電子は偽信号として集められる
。このようなメカニズムによって発生する暗電流を以下
ホットホール性暗電流と呼ぶ。

このようなアンチブルーミングゲートをもつ固体撮像素
子にあっては、アンチブルーミングゲートに加えられる
クロック−周期における過剰電荷の除去量と偽信号の発
生量はクロックの周波数が一定であれば一定となる。

このような固体撮像素子と上述のようなメカニカルシャ
ッタとによって構成される撮像装置においては、アンチ
ブルーミングゲートにパルスを加える時間は以下の要因
によって決まる。

ここで全露光時間は上述のような半開式シャッタでは最
大で有効露光時間の４倍にもなる。またメカニカルシャ
ッタの電気信号に対する動作の遅れ時間は、シャッタを
動作させるモータ、マグネット、メカニカルの構成等に
よって決まるので数十ミリセカンドとなる。また、入射
光量については瞬時の入射光量は理想シャッタの瞬時の
入射光量を越える期間があり、最大で２倍に達する。

このためにアンチブルーミングゲートに加えるパルスの
周波数は理想シャッタあるいはフォーカルブレーンシャ
ッタの２倍の周波数を必要とする。

また、全露光時間は、理想シャッタの４倍近くとなるう
えに、全露光時間にメカニカルシャッタの電気信号に対
する動作の遅れ時間を一定量として加えた時間アンチブ
ルーミングゲートにパルスを加えねばならない。特にア
ンチブルーミングゲートにパルスを加える時間は短秒時
露光になるほど全露光時間に対する比は増加し、有効露
光時間１／１０００ｓｅｃぐらいになると、その比は数
十倍となる。かつ、このような短秒時露光では瞬時の入
射光量はきわめて高くなるのでアンチブルーミングゲー
トに加えるパルスの周波数は高くしなければならず、そ
のための全体として加えるアンチブルーミングゲートの
パルス数は多くなり、暗電流も増加する。

したがって、アンチブルーミング能力を良くしようとす
れば、暗電流が増加し、暗電流を少なくしようとすれば
、アンチブルーミング能力は減じる。ことに短秒時露光
においては、アンチブルーミング能力も暗電流も適当な
レベルを得られないことになる。

本発明は、このような事情のもとでなされたもので、高
いアンチブルーミング能力でかつ低暗電流である撮像装
置を提供することを目的とするものである。

〔課期を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するため、シャッタの羽根の
動き出しを検知してから、アンチブルーミングのための
クロックの印加を開始し、変化するシャツタ開口径に応
じて該クロックの周波数を変更するもので、詳しくは撮
像装置をつぎの（１）、（２）のとおりに構成するもの
である。

（１）つぎのａ、ｂ、ｃの構成要素を備えるようにする
。

ａ、過剰電荷を電子・正孔再結合により除去するための
ゲートを有する固体撮像素子。

ｂ、絞りの開口前の、絞りを形成する羽根の動き出しに
応じた電気信号を発生する第１の信号発生手段と、該羽
根の動きにしたがい変化する絞りの開口径に応じた電気
信号を発生する第２の信号発生手段とを有する絞り兼用
の半開式シャッタ。

ｃ、上記第１の信号発生手段の出力に応じて上記ゲート
にクロックの印加を開始するクロック印加手段。

（２）上記（１）において、第２の信号発生手段の出力
に応じて上記ゲートに印加するクロックの周波数を変更
するクロック周波数変更手段を備えるようにする。

（作用） 上記（１）、（２）の構成により、アンチブルーミング
のためのクロックの印加時間が減少し、更に上記（２）
の構成によれば、光量に応じた最適のアンチブルーミン
グのクロック周波数を選択できる。

（実施例） 以下、本発明を実施例で説明する。

第１図は本発明の一実施例である電子スチルビデオカメ
ラの構成を示すブロック図である。

図において、１はレンズ、２は絞り開口前の、絞りを形
成する羽根の動き出しに応じた電気信号を発生する手段
と、変化する絞りの開口径に応じた電気信号を発生する
手段とを有する絞り兼用の半開式シャッタユニット、３
は過剰電荷を電子・正孔再結合により除去するアンチブ
ルーミングゲートを有する固体撮像素子、４は適正露出
を決定するための測光回路、５はホワイトバランスを決
定するための測色回路、６は固体撮像素子３のゲートパ
ルスを発生するドライブ回路、７は本装置全体の動作タ
イミングパルスを発生したり、制御信号を発生したりす
るシステムコントロール回路、８は固体撮像素子３の出
力信号から色差信号（Ｒ−ＹおよびＢ−Ｙ）と輝度信号
中同期信号（ｙ＋５ｙｎｃ）とを作り出す撮像信号処理
回路、９は撮像信号処理回路８よりの信号をＦＭ変調す
る変調回路、ｌＯは変調回路９よりの信号を増幅する記
録アンプ、１１は記録アンプ１０よりの信号を電磁変換
するための磁気ヘッド、１２は磁気ヘッド１１よりの磁
気信号を記録するための磁気シート、１３は磁気シート
１２を回転させるためのモータ、１４はモータ１３の回
転を制御するためのサーボ回路である。

第２図は本実施例に使用される絞り兼用の半開式シャッ
タの動作を示すものである。（ａ）は横軸がシャッタ（
絞り）羽根の動作開始からの時間を、縦軸が絞り値を示
すものである。表中の線は本シャッタの最長秒時での動
作を表わすが、たとえば被写体の輝度によっては、仮に
Ｆ５．６が適正露出であるならばＦ５．６に達した後点
線に示すように急峻に閉じる。第２図（ｂ）は（ａ）の
横軸に対応するもので縦線は該シャッタ動作に応じて発
生する電気信号のパルスφＦである。

ここで、第７図により本シャッタの機構、動作と電気信
号のパルスφＦ発生のメカニズムの説明をする。２１は
本シャッタを駆動する正逆動作を行うモータ、２２．２
３はモータ２１の回転を減速するギヤ列、２４はモータ
２１の正転により図中右方向に移動し、図示しない固定
部に設けたストッパにより動作範囲を規制されたラック
ギヤ、２８は該ラックギヤ２４に設けた軸受部２４ａに
その軸が嵌挿され、軸受部２４ａを軸とし、図中の上下
方向に回転可能に保持され、バネ２９により図中下方に
付勢されたクラッチ、３０は該クラッチ２８の先端部２
８ａに当接する突起３０ａを有し、軸受部３０ｄを軸と
して回転可能に保持された制御板、３１は制御板３０に
一体的に構成された複数の光線を透過するスリット部を
有するパルス板、３２は制御板３０を右回転方向に図示
しないストッパに当接するまで付勢するためのシャッタ
バネ、３３は制御板３０の回動する時、パルス板３１の
スリット部を検出しパルスとして出力するフォトインタ
ラプタ、３４と３５は光量を調整する開口部３４ｂ、３
５ｂをそれぞれ有し制御板３０から突出した軸３０ｂ、
３０ｃが嵌挿される溝３４ａ、３５ａを有する絞り羽根
、３６は絞り羽根３４．３５に設けられた長溝と制御板
３０の軸受部３０ｄを貫通する軸、３８は回転軸４０を
中心として回動可能に保持され、コイル３９に通電され
た時、コイル３９に吸着されることにより図中上方に回
動しクラッチ２８を押し上げるためのアーマチュアであ
る。

上記構成において、シャッタ動作を行うべくモータ２１
に正転方向に通電されると、ラックギヤ２４はギヤ列２
２．２３を介して固定軸２５゜２６にガイドされ、図中
右方向に移動する。この時クラッチ２８もラックギヤ２
４と一体的に移動しながら、先端部２８ａが制御板３０
の突起３０ａを押し出す。このため制御板３０は軸３６
を中心として左回転させられる。制御板３０から突出し
た軸３０ｂ、３０ｃにより、軸３６．３７にガイドされ
絞り羽根３４は左方向へ、絞り羽根３５は右方向へ移動
させられる。この時開口部３４ｂと３５ｂは、初め互い
に開口部を塞ぎ合ったクローズの状態から開口部のとが
った部分から接近し、開口部３４ｂ、３５ｂが重ね合わ
された形状に対応して開口部を透過する光量が制御され
る。この時の絞り羽根３４．３５の移動量すなわち制御
板３０の回転量に応じて任意の絞り値が決定されること
になる。よって、シャッタの動作開始からの時間と絞り
値の関係は、パルス板３１に設けられたスリットがフォ
トインタラプタ３３の検出部を通過する時に発生するパ
ルスにより検出でき、第２図（ａ）、（ｂ）に示す関係
として表現される。

ここで先述べたような、仮に適正露出と判断されるＦ５
．６に対応したパルス数を検知した時にコイル３９に一
定期間通電してやるとアーマチュア３８が吸引され、ク
ラッチ２８が図中上方に跳ね上げられるため、制御板３
０はシャッタバネ３２により右回転方向に急速に回動さ
れ絞り羽根３４．３５はクローズの状態にもどされ、シ
ャッタ動作が完了する。その後モータ２１を一定期間逆
回転させることにより、ラックギヤ２４．クラッチ２８
を初期状態にもどすことによって一連のシャッタ動作が
終了する。

第３図は本実施例の動作を示すタイムチャートである。

以下に第１図、第２図、第３図及び第７図によって本実
施例の動作を説明する。

測光回路４によって被写体の輝度の情報はシステムコン
トロール７に伝達される。システムコントロール７では
この情報をもとに半開式シャッタ２の最大開口値を判断
する。ここではＦ５．６であったとして以下の説明を進
める。

第３図φＳＳは半開式シャッタ２の動作命令にして、第
１のパルスはシャッタを開けの命令、第２のパルスはシ
ャッタを閉じるの命令である。

φＳＳの第１のパルスで半開式シャッタ２のメカニカル
は動作を開始し、モータ、マグネット、メカニカル構造
等による遅れ時間Ｔｄ後にシャッタ羽根３４．３５は動
き出す。シャッタ羽根３４゜３５は動き出すとパルス板
３１が回転し、ホトインタラプタ３３により第２図（ｂ
）に示すパルスφＦを発生し、システムコントロール７
に伝ｉＩされる。シャツタ開口直前を示すφＦの２発目
のパルスを得るとシステムコントロール７は固体撮像素
子３のアンチブルーミングゲートに加えるクロックパル
スφＡＢの動作を命令する。なお、システムコントロー
ル７のこの機能を請求項ではクロック印加手段と表現し
ている。この時のクロックφＡＢの周波数は従来例のＦ
５．６の時のφＡＢ周波数ｆ２の１／４の周波数ｆ４で
あればよい。

半開式シャッタ２は更に開口を続ける。最大開口より３
段低い開口Ｆ１６まで達し、φＦｉ１発目のパルスを受
けるとシステムコントロール７は、クロックφＡＢの周
波数をここまでの周波数ｆ４の２倍の周波数ｆ３に切り
換える命令を出す。さらに半開式シャッタ２が最大開口
より２段低い開口Ｆｉｌまで開くと、すなわちφＦ１５
発目のパルスを得るとシステムコントロール７は、クロ
ックφＡＢの周波数はざらにｆ３の２倍のｆ２とする。

そして、最大関口Ｆ５．６より１段低いＦ８では従来例
のＦ５．６の時のクロックφＡＢ周波数の２倍の周波数
ｆ、となる。最大開口より１段低い開口まで半開式シャ
ッタ２が開いた所でシステムコントロール７は半開式シ
ャッタ２に閉口の指示であるφＳＳ２発目のパルスを出
す。半開式シャッタ２はその命令から１段間いた後、急
激に閉口する。クロックφＡＢの周波数は、半開式シャ
ッタ２の開口が最大口径により１段以上閉じた時点でｆ
２以下の周波数に切り換えられる。そして、半開式シャ
ッタ２が完全に閉じたしばらく後に、クロックφＡＢは
停止する。

なお、システムコントロール７におけるこのクロック周
波数変更機能を請求項ではクロック周波数変更手段と表
現している。

さてこのように、最大開口からその一段下までの間を従
来のクロック周波数の２倍とし、最大開口の一段下から
二段下を従来と同じクロック周波数、以下開口径が小さ
くなるに従いさらに低いクロック周波数とすることでア
ンチブルーミング能力としては従来例の場合の２倍近い
能力が得られる。なぜならアンチブルーミングゲートを
使った過剰電荷の除去は微少時間の除去量で定議できる
ので微少時間での入射光量の小さい所では除去量は小さ
くてもよく微少時間での入射光量が大である所で除去量
を大きくしてやればよいからである。そして、微少時間
の除去量はクロック周波数を変えることで変えられる。

さらに、アンチブルーミングゲート・クロックをシャツ
タ開口直前から加えられることと、蓄積中の開口径の小
さいときのアンチブルーミングゲート・クロック周波数
を小さくしたことで、このパルス数に比例するホットホ
ール性暗電流も低くなる。このようにしてアンチブルー
ミング能力が高く、かつ暗電流も低い撮像装置が実現で
きた。

又、アンチブルーミング能力を従来例と同じで暗電流を
大幅に低減するのであればアンチブルーミングゲートの
クロック周波数は上記説明の周波数を各々１／２として
やればよい。

上記説明は最大関口径Ｆ５．６であるが最大関口径がＦ
８であるなら最大関口径からその一段下の開口径までの
アンチブルーミングゲートのクロック周波数をＦ５．６
の場合の２倍の値とし、他もそれに準じた周波数とすれ
ばよい。

なお、本実施例では、絞り兼用の半開式シャッタ２に、
パルス板３１．ホトインタラプタ３３を備え、絞り羽根
の動き比しに応じた電気信号と絞り羽根の動きにしたが
い変化する絞り開口径に応じた電気信号とを発生する手
段（機構）としているが、絞り羽根の動き出しに応じた
電気信号を発生する手段と、絞り開口径に応じた電気信
号を発生する手段とを別個に設けてもよいことはもちろ
んである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、過剰電荷を電子
−正孔再結合により除去するためのゲートに印加するク
ロックを、絞り兼用半開式シャッタの絞りを形成する羽
根の動き出しを検出して開口直前から印加しているので
、クロックのパルス数が少くてすみホットホール性暗電
流を低くでき、更に、上記羽根の動きにしたがって変化
する絞り開口径に応じて上記クロック周波数を最適値に
選定できるので、アンチブルーミング能力を高め、かつ
ホットホール性暗電流を低下させることができて、良画
像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は、同
実施例で用いる半開式シャッタの動作を示す図、第３図
は同実施例の動作を示すタイミングチャート、第４図は
半開式シャッタの動きを示す図、第５図はアンチブルー
ミングゲートを有する撮像素子を説明する図、第６図は
アンチブルーミングゲート下の深さ方向のポテンシャル
図、第７図は上記実施例で用いる半開式シャッタの機構
図、第８図は従来例の動作を示すタイムチャートである
。 ２−−−−絞り兼用の半開式シャッタ ３・・・−・アンチブルーミングゲートを有する固体撮
像素子 ７−−−−システムコントロール ７−−−−アンチブルーミングゲート ３４゜ ３５−−−一絞り羽根

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）つぎのａ，ｂ，ｃの構成要素を備えていることを
   特徴とする撮像装置。 ａ、過剰電荷を電子・正孔再結合により除去するための
   ゲートを有する固体撮像素子。 ｂ、絞りの開口前の、絞りを形成する羽根の動き出しに
   応じた電気信号を発生する第１の信号発生手段と、該羽
   根の動きにしたがい変化する絞りの開口径に応じた電気
   信号を発生する第２の信号発生手段とを有する絞り兼用
   の半開式シャッタ。 ｃ、上記第１の信号発生手段の出力に応じて上記ゲート
   にクロックの印加を開始するクロック印加手段。
2. （２）第２の信号発生手段の出力に応じて上記ゲートに
   印加するクロックの周波数を変更するクロック周波数変
   更手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の撮
   像装置。