JPH0473835B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電子的撮像装置、詳しくはストロボ撮
像用の電子的撮像装置に関する。

（従来の技術とその問題点） 固体撮像装置は小型、軽量、長寿命、低消費電
力等の利点を有し、近時撮像管に代わり広く用い
られている。第５図に電荷結合素子（CCD）に
より形成した、いわゆるインターライン転送方式
（ILT方式）の電子カメラ用固体撮像装置の従来
例を示す。

第５図において半導体基板１上に、pnダイオ
ード又はMOS構造からなる受光素子２ａをそれ
ぞれ列状に複数個配列してなる受光素子列２が複
数列設けられ、複数の受光素子２ａがマトリツク
ス状に配置されている。各受光素子列２の右脇に
沿つて垂直シフトレジスタ３，３，…が設けられ
るとともに各垂直シフトレジスタ３の一端に接し
て水平シフトレジスタ４が形成されている。

上記構成において、半導体基板１への露光に応
じ各受光素子列２中の各受光素子２ａに蓄積され
た電荷は、一定時間間隔で図示しない転送ゲート
を介して対応する垂直シフトレジスタ３に転送さ
れる。各垂直シフトレジスタ３に転送された信号
電荷は引続き一行ずつ、すなわち各受光素子列２
中の横方向の同一線上に位置する受光素子２ａ群
からの信号電荷ごとに同期して順次水平シフトレ
ジスタ４へ転送され、更に各行の信号電荷群が該
水平シフトレジスタ４から出力増幅器５を介して
読み出される。

ところで上記のような撮像装置において、１回
の撮像期間中における半導体基板１への露光量が
不充分であると出力信号が小さくなり、その結果
出力信号の信号雑音比Ｓ／Ｎが不満足な値とな
る。一方、上記露光量が過剰になると、受光素子
２ａから電荷が溢出し、いわゆるブルーミングが
生じる。従つて、上記露光量は適正な値に調整す
る必要がある。

そこで、露光量測定用の測光素子を設け、該測
光素子で検出される露光量が所定値に達した時点
で１回の撮像を終了するようにした撮像装置が知
られている。

しかしながら、上記測光素子は受光素子が形成
されている半導体基板とは別体とされる構造上、
半導体基板上の受光素子列によつて画定される撮
像領域と上記測光素子間の測光系路に、当該半導
体基板の外部周辺に発生する種々の雑音、特にス
トロボ撮像にあたりストロボ発光に伴つて発射さ
れる雑音等が介在して精確に露光量を検出するこ
とができず、適正な露光量をもつてストロボ撮像
を行い難いという重大な問題点があつた。これに
対し、上記撮像領域と別体の測光素子とを結ぶ測
光系路に雑音遮蔽手段を付加設することが考えら
れるが、この方策は、装置全体が複雑化しかつ高
価なものとなり、即座に実施し難い。

又第６図に示すように、半導体基板１の前方に
ハーフミラー６を設置するとともに該ハーフミラ
ー６の側方に測光素子７を配置し、撮像レンズ８
を透過して半導体基板１へ入射する光の一部を測
光素子７側に反射させて測光するようにしたもの
が知られており、この構成によれば、実質的に被
写体と基板１を結ぶ光路内で測光することができ
る。しかしながら第６図の構成では、入射光の一
部を反射させているので、基板１に入射する光量
が減少して感度が低下するという問題がある。又
レンズ８と基板１間にハーフミラー６を挿入して
いるので、入射光に収差が生じ、画質も悪化す
る。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記問題点を完全に解決するためにな
されたもので、その目的を達成するため、本発明
の電子的撮像装置は、半導体基板の中央部に測光
素子が一列状に並びかつ該測光素子の両側にこの
測光素子に関して対称的に受光素子列と該受光素
子列に対応する垂直シフトレジスタとが交互に並
列状に並ぶ配置関係をもつて、これら測光素子、
受光素子列及び垂直シフトレジスタを一つの半導
体基板上に一体的に集積形成した固体撮像素子
と、上記測光素子の出力に基づいて制御されるス
トロボ装置とを備えることを特徴とする。

なお、上記測光素子を直線上に複数個配列する
とともに各測光素子に対し上記直線上の中心から
離間するにつれて小さくなる係数を設定し、各測
光素子出力とそれに対応する係数の乗算値を加算
した値を全測光素子出力とすることが好適であ
る。

それとも、測光素子を直線上に複数個配列する
とともに上記直線上の中心から離間するにつれて
その面積を小さくし、各測光素子出力の和を全測
光素子出力としても良い。

また、上記各受光素子及びシフトレジスタは例
えば電荷結合素子により形成することができる。

（実施例） 以下、本発明を一実施例を示す添付図面ととも
に説明する。

第１図は本発明の電子的撮像装置における固体
撮像素子部を示す。この固体撮像素子部は従来例
と同様、ITL方式のCCDを用いて構成したもので
ある。

第１図に示すように、半導体基板１上には、従
来例同様それぞれ複数の受光素子２ａからなる複
数の受光素子列２，２，…が図中左右方向に等間
隔を置いて互いに平行に形成され、複数の受光素
子２ａがマトリツクス状に配置されている。しか
しながら、本実施例では従来例と異なり左側の２
列の受光素子列２，２に対応する垂直シフトレジ
スタ３，３は、各受光素子列２の左脇に沿つて受
光素子列２と平行に配置される一方、右側の２列
の垂直シフトレジスタ３，３は、それぞれ対応す
る受光素子列２の右脇に沿つて受光素子列２と平
行に配置されている。各受光素子列２と対応する
垂直シフトレジスタ３間にはそれぞれ転送ゲート
１０が介設されている。又、各垂直シフトレジス
タ３の一端は水平シフトレジスタ４に接続され、
該水平シフトレジスタ４は出力増幅器５を介して
信号出力端子１１に接続されている。

基板１上における中央の２列の受光素子列２，
２間の間〓には、各受光素子列２の伸びる方向
（第１図上下方向）に長辺を有する矩形状の測光
素子１２が設けられている。この測光素子１２
は、例えば各受光素子２ａと同様にn⁺不純物拡
散領域からなるフオトダイオードとして形成され
る。上記のように測光素子１２の両側において、
それぞれ各垂直シフトレジスタ３を対応する受光
素子列２の基板１外方側、つまり測光素子１２と
反対側の脇に沿つて配置すれば、中央の２列の受
光素子列２，２間にはシフトレジスタ３は配置さ
れず、測光素子１２が配置されるのみであるか
ら、受光素子列２，２…の配列を乱すことなしに
測光素子１２を受光領域内に設けることができ
る。

上記測光素子１２は、測光増幅器１３、測光出
力端子１４及び積分器１５を介して比較器１６に
接続されている。この比較器１６は積分器１５か
ら送信される測光出力の積分値Monが予め設定
した基準値Voと等しくなつた時点で、撮像規定
信号を駆動回路１７に出力するようになつてい
る。なお、基準値Voとしては１回の撮像期間に
おける受光領域への適正な露光量に見合つた値が
選定される。

駆動回路１７は、その内部又は外部に設けられ
た回路により発生される垂直同期パルスVD（第
２図参照）及び上記撮像規定信号等に基づいて各
垂直シフトレジスタ３に垂直シフトパルスΦV
を、水平シフトレジスタ４に水平シフトパルス
ΦHを、各転送ゲート１０に転送パルスΦTをそ
れぞれ出力する。なお、上記比較器１６及び駆動
回路１７は基板１の外部に配置される。

第２図において、上記垂直同期パルスVDは一
定時間間隔を置いて高レベルＨと低レベルＬの間
で切り換えられ、このVDの１つの立ち上がり
（ＨからＬへの切り換わり）から次の立ち上がり
までが１周期をなす。ΦTは上記転送パルス、
ΦVは上記垂直シフトパルスである。この垂直シ
フトパルスΦVは転送周波数として、信号電荷出
力用の通常転送周波数fv（例えば15.75KHz）と、
残留電荷掃き出し用の高速駆動周波数fc（例えば
1MHz）とを備えている。Sigは信号出力端子１１
からの信号出力、Monは上記測光出力の積分値
である。

以下、上記固体撮像素子部の基本的動作を時刻
を追つて具体的に説明する。

時刻T₁におけるVDの立ち上がりに同期して転
送パルスΦTが低レベルＬから高レベルＨに切り
換えられ、その直後のVDの立ち上がりに同期し
てΦTが再び低レベルＬとされる。この転送パル
スΦTにより時刻T₁以前に各受光素子２ａに蓄積
されていた電荷、すなわち残留電荷が各受光素子
列２から各転送ゲート１０を介して対応する垂直
シフトレジスタ３に転送される。それにより、時
刻T₁から各受光素子２ａに露光量に応じて新た
に信号電荷が蓄積され始める。

又、時刻T₁におけるVDの立ち下がりに同期し
て積分器１５の出力が初期基準値とされ、積分器
１５において露光量に比例した測光出力の積分が
開始される。更に駆動回路１７は、時刻T₁以降
各垂直シフトレジスタ３に高速駆動周波数fc＝
1MHzの垂直シフトパルスΦVを出力し、それに
より各受光素子列２から垂直シフトレジスタ３に
転送された残留電荷が水平シフトレジスタ４及び
出力増幅器５を介して出力端子１１に高速で掃き
出される。なお、このようにして掃き出される残
留電荷は、画像信号としては利用されない。

時刻Q₂において測光出力の積分値Monが基準
値Voに達すると、前述のように比較器１６から
駆動回路１７に撮像規定信号が出力される。それ
に応じて駆動回路１７は各転送ゲート１０に転送
パルスΦTを出力する。この転送パルスΦTに基
づいて、時刻T₁−T₂間に各受光素子２ａに蓄積
された信号電荷が対応する垂直シフトレジスタ３
に転送される。なお上記残留電荷は高速で掃き出
されるので、該掃き出しは時刻T₂以前に終了す
る。

時刻T₂において各垂直シフトレジスタ３に転
送された信号電荷は一時的に各垂直シフトレジス
タ３に保持される。時刻T₃におけるVDの立ち上
がりに同期して各垂直シフトレジスタ３が通常転
送周波数fv＝15.75kHzで駆動され、それまで各垂
直シフトレジスタ３に保持されていた信号電荷が
水平シフトレジスタ４へ転送される。更に該信号
電荷が水平シフトレジスタ４及び出力増幅器５を
介して出力端子１１に読み出される。このように
して、第１周期における時刻T₁−T₂間に各受光
素子２ａに蓄積された信号電荷が、第２周期T₃
−T₄中に読み出される。その際、１回の撮像期
間T₁−T₂における露光量は、常に基準値Voと等
しくなる。時刻T₂−T₄間に各受光素子２ａに蓄
積された電荷は、時刻T₄から開始される周期中
に高速駆動周波数fcで掃き出される。

なお以上の説明では、ΦV，ΦHはそれぞれ１
相のみとしたが、使用されるCCDの構造により、
それぞれ２相〜４相のパルスとされる。

又、露光制御用の機械的シヤツタを用い、時刻
T₁で該シヤツタが開、時刻T₂で該シヤツタが閉
となるように露光制御を行うことができる。

更に又、各転送ゲート１０を省略し、各垂直シ
フトレジスタ３の電極を転送電極に兼用するとと
もに垂直シフトパルスΦVのパルス値を適宜に変
更することにより、各受光素子２ａに蓄積された
電荷を直接垂直シフトレジスタ３へ転送すること
も可能である。

次に、本発明の電子的撮像装置の一例について
第３図のタイムチヤートとともに説明する。

上記実施例の固体撮像素子部は第１図に示され
るものと同様のものであり、該固体撮像素子部の
半導体基板１の外部の駆動回路１７に図示しない
公知の電池駆動式ストロボ装置が接続される。

第３図において、STは上記ストロボ装置から
発射されたストロボ光出力を、VD，ΦT，ΦV，
Sig及びMonは前述した同様のパルス又は信号を
示す。この場合、垂直シフトパルスΦVとして通
常転送周波15.75KHzを有するパルスが使用され
る。

時刻T₁における垂直同期パルスVDの立ち下が
りと同時に開始される第１周期中の時刻T₂にお
いてストロボによる発光が開始される。このスト
ロボ発光に基づいて前記積分器１５で測光出力の
積分が行われる。

時刻T₃において測光出力の積分値Monが基準
値Voに達し、露光量が所定値になるとストロボ
発光を停止する。実際にはストロボ発光は時刻
T₃よりやや遅れて終了する。なおストロボ発光
出力中に点線で示しているのは、測光出力に基づ
くストロボ発光を停止しない場合の出力状態であ
る。

次に時刻T₄におけるVDの立ち上がりに同期し
た転送パルスΦTにより、第１周期T₁−T₄におけ
るストロボ発光期間中に各受光素子２ａに蓄積さ
れた電荷が対応する垂直シフトレジスタ３へ転送
される。引続きこの電荷は、第２周期T₄−T₅中
に、各垂直シフトレジスタ３から水平シフトレジ
スタ４及び出力増幅器５を介して出力端子１１に
順次転送され、出力信号Sigとして読み出される。
このようにして２周期ごとに１回の撮像を行うこ
とができる。

次に、本発明のもう１つの実施例を第４図とと
もに説明する。

第４図において、上述した第１図の固体撮像素
子部における測光素子１２と異なり、３つの測光
素子１３ａ，１３ｂ及び１３ｃが使用され、これ
ら測光素子１３ａ〜１３ｃは、上記第１図の固体
撮像素子部におけると同様、半導体基板１の中央
部における２つの受光素子列２，２の間部に一直
線状に配置されている。そして各測光素子１２
ａ，１２ｂ，１２ｃはそれぞれ測光増幅器１３
ａ，１３ｂ，１３ｃ及び測光出力端子１４ａ，１
４ｂ，１４ｃを介して加算器１５に接続されてい
る。該加算器１５においては、直線上の中心に位
置する測光素子１２ａからの出力Mon−１に大
きな係数が乗算されるとともに、直線上の端部寄
りに位置する測光素子１２ｂ，１２ｃの出力には
中心の測光素子１２ａに対する係数に比して小さ
な係数が乗算される。更に加算器１５において測
光出力と係数の各乗算値が加算された後該加算値
が積分される。積分された全測光出力Monは比
較器１６へ入力される。

上記構成の実施例においては、受光領域の中心
に位置する測光素子１２ａからの出力信号に対し
端部寄りに位置する測光素子１２ｂ，１２ｃから
の出力信号より大きな係数を乗算するようにした
ので、全測光出力Monに対し中心の測光素子１
２ａからの測光出力Mon−１が大きく反映され
ることになり、それによつて一層好ましい測光が
行える。なお、これについては、各測光素子の面
積を受光領域の中心から離れるにつれて小さくな
るように変化させることにより同等の効果を得る
ことができる。

（発明の効果） 以上のとおり、本発明においては、１つの半導
体基板上に形成された複数の受光素子列により画
定される撮像領域の中央部に１つの測光素子又は
複数の測光素子からなる受光素子列を形成し、該
撮像領域に照射される光量、すなわち該領域に対
する露光量を直接的に測定するようにしたから、
撮像にあたり一般に重視される撮像領域中央部の
露光調整を高精度をもつて行うことができる。特
に、上記測光測定は受光素子列が形成される半導
体基板と同一の半導体基板に形成するようにした
から、ストロボ撮像にあたり、当該固体撮像素子
部の外部周辺からの種々の雑音、例えばストロボ
発光に伴う放電ノイズの影響を有効に回避して精
確な露光調整が可能であり、撮像画質を向上させ
ることができる。

また、上記構成の固体撮像素子部においては、
各受光素子列を中央部の測光素子に対し左右対称
な配置構成としたから、画素配列に乱れを来さ
ず、撮影画像の幾何学的な否みを抑制できる。ま
た、発光素子部及びシフトレジスタ部が配列ピツ
チを乱されることなく形成されるから画面全体で
の感度の均一性を確保できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の撮像装置に適用できる固体撮
像素子部の概略ブロツク図、第２図は第１図の固
体撮像素子部の基本的動作タイミングを示すタイ
ムチヤート、第３図は本発明の一実施例の撮像装
置の動作タイミングを示すタイムチヤート、第４
図は本発明のもう１つの実施例の撮像装置の概略
ブロツク図、第５図は従来の固体撮像装置におけ
る撮像用半導体装置の正面説明図、第６図は従来
の固体撮像装置の側面説明図である。 １…半導体基板、２…受光素子列、２ａ…受光
素子、３…垂直シフトレジスタ（シフトレジス
タ）、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…測光素子、
１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…増幅器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板の中央部に測光素子が一列状に並
   びかつ該測光素子の両側にこの測光素子に関して
   対称的に受光素子列と該受光素子列に対応する垂
   直シフトレジスタとが交互に並列状に並ぶ配置関
   係をもつて、これら測光素子、受光素子列及び垂
   直シフトレジスタを一つの半導体基板上に一体的
   に集積形成した固体撮像素子と、 上記測光素子の出力に基づいて制御されるスト
   ロボ装置とを備えることを特徴とする、電子的撮
   像装置。