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JP2660596B2 - Imaging device - Google Patents

Imaging device

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Publication number
JP2660596B2
JP2660596B2 JP2044573A JP4457390A JP2660596B2 JP 2660596 B2 JP2660596 B2 JP 2660596B2 JP 2044573 A JP2044573 A JP 2044573A JP 4457390 A JP4457390 A JP 4457390A JP 2660596 B2 JP2660596 B2 JP 2660596B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
charge
signal
transfer path
charge transfer
imaging device
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP2044573A
Other languages
Japanese (ja)
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JPH03248686A (en
Inventor
和也 小田
芳樹 河岡
正弘 小西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Photo Film Co Ltd filed Critical Fuji Photo Film Co Ltd
Priority to JP2044573A priority Critical patent/JP2660596B2/en
Publication of JPH03248686A publication Critical patent/JPH03248686A/en
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Publication of JP2660596B2 publication Critical patent/JP2660596B2/en
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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、電荷結合型固体撮像デバイスをイメージセ
ンサに適用する撮像装置に関し、特に、高輝度の被写体
光学像を効果的に撮像するためのデバイス技術及び回路
技術に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an imaging apparatus in which a charge-coupled solid-state imaging device is applied to an image sensor, and in particular, to effectively capture a high-brightness subject optical image. It relates to device technology and circuit technology.

[従来の技術] 従来の撮像装置を、電子スチルカメラ等の静止画撮像
装置について述べると、イメージセンサとして電荷結合
型固体撮像デバイスを適用し、該固体撮像デバイスの受
光領域の前面に絞り機構、シャッター機構及び撮像レン
ズ等の撮像光学系が配置され、これらの撮像光学系を通
ってきた被写体光学像を該受光領域中にマトリクス状に
配列・形成された複数の光電変換素子で受光するように
構成されている。
[Prior Art] A conventional image pickup apparatus is described as a still image pickup apparatus such as an electronic still camera. A charge-coupled solid-state image pickup device is applied as an image sensor, and an aperture mechanism is provided in front of a light receiving area of the solid-state image pickup device. An image pickup optical system such as a shutter mechanism and an image pickup lens is arranged, and a plurality of photoelectric conversion elements arranged and formed in a matrix in the light receiving area receive an object optical image passing through these image pickup optical systems. It is configured.

更に、受光領域中に形成された上記複数の光電変換素
子に隣接して電荷転送路が形成されており、露光によっ
て光電変換素子に集積した画素信号を該電荷転送路を介
して走査読出しする。
Further, a charge transfer path is formed adjacent to the plurality of photoelectric conversion elements formed in the light receiving region, and scans and reads pixel signals integrated in the photoelectric conversion element by exposure through the charge transfer path.

尚、絞り機構及びシャッター機構は、被写体の輝度及
び移動速度に対して最適の撮像状態から得られるよう
に、絞りの開口量及びシャッター速度を制御する。
The aperture mechanism and the shutter mechanism control the aperture amount of the aperture and the shutter speed so as to obtain an optimal imaging state with respect to the brightness and the moving speed of the subject.

[発明が解決しようとする課題] しかし、従来の撮像装置では、前記高輝度の被写体を
撮像する場合、下記の理由により撮像精度が低下する問
題があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional imaging apparatus, when the high-luminance subject is imaged, there is a problem that the imaging accuracy is reduced for the following reasons.

即ち、機械式の絞り機構は、開口量を小さくするにし
たがって絞り精度が低下するという機構的な課題があ
り、又、機械的なシャッター機構には高速のシャッター
開閉動作に限界がある等の問題に起因して、高精度の露
光制御を実現することが困難であった。
That is, the mechanical aperture mechanism has a mechanical problem that the aperture accuracy decreases as the aperture amount is reduced, and the mechanical shutter mechanism has a limitation in a high-speed shutter opening / closing operation. Therefore, it has been difficult to realize high-precision exposure control.

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みて成され
たものであり、特に、機械式絞り機構の精度に依存する
ことなく高輝度被写体の撮像を行い得る撮像装置を提供
することを目的とする。
The present invention has been made in view of such problems of the related art, and in particular, has as its object to provide an imaging apparatus capable of imaging a high-luminance subject without depending on the accuracy of a mechanical diaphragm mechanism. And

[課題を解決するための手段] このような目的を達成するために本発明は、電荷結合
型固体撮像デバイスを用いて撮像を行う撮像装置におい
て、前記シャッター機構が開放動作する露光期間に、前
記電荷転送路へ混入するスメア成分を、前記シャッター
機構が閉じた後に画素信号として読み出すための駆動信
号を供給する手段を有することとした。即ち、例えば光
電変換素子が形成されるPウエル中に発生して電荷転送
路に漏れ込む電荷、更に前記信号電荷を転送する電荷転
送路へ乱反射等によって漏れ込むスメア成分を画素信号
として読み出すことで撮像を実現する。
Means for Solving the Problems In order to achieve such an object, the present invention provides an image pickup apparatus that performs image pickup using a charge-coupled solid-state image pickup device, in an exposure period during which the shutter mechanism opens. A means for supplying a drive signal for reading out a smear component mixed into the charge transfer path as a pixel signal after the shutter mechanism is closed is provided. That is, for example, charges generated in the P well where the photoelectric conversion element is formed and leaked into the charge transfer path, and smear components leaked by irregular reflection or the like into the charge transfer path for transferring the signal charge are read out as pixel signals. Realize imaging.

[作用] このような制御手段を有する本発明によれば、露光期
間中に光電変換素子に発生する信号電荷量に比較して転
送チャンネルに漏れ込むスメア成分の電荷量は極めて微
量であるため、信号電荷量と光電変換素子以外から発生
する電荷量との倍率に対応してシャッタ時間を長時間開
放又は絞り径を大きくすることができ、機械的な精度に
影響されなくなる。従って、高輝度被写体の低速シャッ
ター撮像及び高精度の露光制御が可能になる。
[Operation] According to the present invention having such a control means, the amount of charge of the smear component leaking into the transfer channel is extremely small compared to the amount of signal charge generated in the photoelectric conversion element during the exposure period. The shutter time can be opened for a long time or the aperture diameter can be increased in accordance with the magnification of the signal charge amount and the charge amount generated from components other than the photoelectric conversion element, and the mechanical accuracy is not affected. Accordingly, it is possible to perform low-speed shutter imaging of a high-luminance subject and highly accurate exposure control.

[実施例] 以下、図面を参照して本発明による撮像装置の実施例
を説明する。尚、第1図は電荷結合型固体撮像デバイス
の概略構成図、第2図は受光領域の一部平面図、第3図
は電荷結合型固体撮像デバイスの要部の縦断面図、第4
図はポテンシャルレベルの制御を説明する模式的縦断面
図、第5図は電子スチルカメラの概略構成図である。
Embodiment An embodiment of an imaging device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a charge-coupled solid-state imaging device, FIG. 2 is a partial plan view of a light-receiving region, FIG.
The figure is a schematic vertical sectional view for explaining the control of the potential level, and FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the electronic still camera.

本実施例の特徴は、画素に相当する光電変換素子に発
生した信号電荷を映像信号として使用せず、光電変換素
子以外の領域に発生したスネア成分を利用して映像信号
を得るようにした構成にあるが、説明の便宜のため第1
図を参照して電荷結合型固体撮像デバイス全体の構成を
説明し、次いで回路構成及び作用を説明する。
A feature of the present embodiment is that a signal charge generated in a photoelectric conversion element corresponding to a pixel is not used as a video signal, and a video signal is obtained using a snare component generated in a region other than the photoelectric conversion element. However, for convenience of explanation, the first
The overall configuration of the charge-coupled solid-state imaging device will be described with reference to the drawings, and then the circuit configuration and operation will be described.

この電荷結合型固体撮像デバイスはインターライン方
式のデバイスであり、例えば電子スチルカメラの撮像光
学系を介して結像する被写体光学像を受光領域1で受光
する。そして、受光領域1にマトリクス状に配列・形成
されているフォトダイオード等の光学変換素子群に発生
した信号電荷を、走査回路2から所定タイミングで供給
される4相駆動信号φ1,φ2,φ3,φ4に同期して電荷転
送路が読み出すように構成されている。
This charge-coupled solid-state imaging device is an interline device, and receives a subject optical image formed through an imaging optical system of an electronic still camera, for example, in a light receiving region 1. Then, signal charges generated in a group of optical conversion elements such as photodiodes arranged and formed in a matrix in the light receiving region 1 are converted into four-phase driving signals φ1, φ2, φ3, The charge transfer path is configured to read out in synchronization with φ4.

3は水平電荷転送路であり、受光領域1中の上記電荷
転送路から転送されてくる信号電荷を2相駆動信号φ1
1,φ12に同期して出力端子4へ直列に転送する。
Reference numeral 3 denotes a horizontal charge transfer path, which converts a signal charge transferred from the charge transfer path in the light receiving region 1 into a two-phase driving signal φ1.
1, and serially transferred to the output terminal 4 in synchronization with φ12.

更に、第2図を参照して受光領域1の構造を詳述する
と、半導体基板の表面側に形成されたP形不純物層(P
ウエル)内に複数のn形不純物層をマトリクス状に形成
することにより、複数のフォトダイオードPd11〜Pd1n、
Pd21〜Pd2n、Pd31〜Pd3n……が形成されている。
Further, the structure of the light receiving region 1 will be described in detail with reference to FIG. 2. The P-type impurity layer (P
By forming a plurality of n-type impurity layers in a matrix in a well, a plurality of photodiodes Pd11 to Pd1n,
Pd21 to Pd2n, Pd31 to Pd3n... Are formed.

これらのフォトダイオード(以下、Pdijで総称する)
の間には、信号電荷を転送するための複数の電荷転送路
L1,L2,L3……(以下、Ljで総称する)が形成されてい
る。又、それぞれのフォトダイオードPdijと電荷転送路
Ljを除く図中の点線で囲まれた斜線部分がチャンネルス
トッパとなっている。
These photodiodes (hereinafter collectively referred to as Pdij)
In between, multiple charge transfer paths for transferring signal charges
L1, L2, L3 ... (hereinafter collectively referred to as Lj) are formed. Also, each photodiode Pdij and charge transfer path
A hatched portion surrounded by a dotted line in the drawing except for Lj is a channel stopper.

電荷転送路Ljの上面には、水平方向に伸びるポリシリ
コン層からなる複数の転送電極G1,G2,G3……(以下、Gj
で総称する)が並設され、相互に隣接する4本の転送電
極を1組として後述する所定タイミングの4相駆動方式
に基づく駆動信号φ1〜φ4が印加される。即ち、各列
に沿って並ぶフォトダイオード(例えば、Pd11,Pd12,Pd
13……Pd1n)に対して2本の転送電極(例えばG1,G2)
が対応づけられており、相互に隣接する転送電極は部分
的に重なり合って不要のポテンシャル障壁ができないよ
うにしてある。尚、各フォトダイオードPdijに発生する
信号電荷は、トランスファーゲートTg11,Tg12,Tg13……
を介して対応する電荷転送路Ljへ出力されるようになっ
ている。
On the upper surface of the charge transfer path Lj, a plurality of transfer electrodes G1, G2, G3 consisting of a polysilicon layer extending in the horizontal direction (hereinafter, Gj
Are collectively arranged, and drive signals φ1 to φ4 based on a four-phase drive method at a predetermined timing described later are applied as a set of four transfer electrodes adjacent to each other. That is, photodiodes (for example, Pd11, Pd12, Pd
13 Two transfer electrodes (for example, G1 and G2) for Pd1n)
The transfer electrodes adjacent to each other are partially overlapped so that an unnecessary potential barrier is not formed. The signal charges generated in each photodiode Pdij are transferred to transfer gates Tg11, Tg12, Tg13,.
Through the corresponding charge transfer path Lj.

次に、第3図に基づいて受光領域1の断面構造を説明
する。
Next, a sectional structure of the light receiving region 1 will be described with reference to FIG.

即ち、n形基板11の表面にP形拡散領域12(以下、P
ウエルという)が形成されている。Pウエル12中にフォ
トダイオードPdが形成され、Pウエル12とn形基板11と
の間に逆バイアス電圧を印加し、Pウエル12を空乏化し
ている。
That is, a P-type diffusion region 12 (hereinafter referred to as P-type
Well). A photodiode Pd is formed in the P well 12, and a reverse bias voltage is applied between the P well 12 and the n-type substrate 11 to deplete the P well 12.

又、Pウエル12中には前記電荷転送路Ljが形成され、
その上部にはポシリコン層からなる前記転送電極Gj、ア
ルミ遮閉板13が形成されている。そして、前記フォトダ
イオードPdと電荷転送路Ljとの間にはトランスファーゲ
ートTGが形成され、フォトダイオードPdに発生した信号
電荷を電荷転送路Ljに転送するように構成されている。
尚、第3図でフォトダイオードPdの左側および電荷転送
路Ljの右側には、それぞれチャンネルストップ14が形成
されている。
Further, the charge transfer path Lj is formed in the P well 12,
The transfer electrode Gj made of a polysilicon layer and the aluminum shielding plate 13 are formed on the upper portion. A transfer gate TG is formed between the photodiode Pd and the charge transfer path Lj, and is configured to transfer signal charges generated in the photodiode Pd to the charge transfer path Lj.
In FIG. 3, channel stops 14 are formed on the left side of the photodiode Pd and on the right side of the charge transfer path Lj, respectively.

次に、受光時のポテンシャル井戸について説明する。
光学的被写体像である光hνがフォトダイオードPdに入
射すると、フォトダイオードPdに信号電荷が集積する。
通常の撮影時には、蓄積された信号電荷をトランスファ
ーゲートTGを介して電荷転送路Ljに転送する。そして、
電荷転送路Ljのポテンシャル井戸を第3図で点線で示し
た深さから実線で示した深さに制御して信号電荷を蓄積
した後、第1図について説明したように駆動信号φ1〜
φ4により水平電荷転送路3方向に順次転送して読み出
す。
Next, the potential well at the time of light reception will be described.
When light hν, which is an optical object image, enters the photodiode Pd, signal charges accumulate on the photodiode Pd.
At the time of normal photographing, the accumulated signal charges are transferred to the charge transfer path Lj via the transfer gate TG. And
After controlling the potential well of the charge transfer path Lj from the depth indicated by the dotted line in FIG. 3 to the depth indicated by the solid line to accumulate the signal charges, the drive signals φ1 to φ1 as described with reference to FIG.
The data is sequentially transferred and read in the horizontal charge transfer path 3 direction by φ4.

前記通常の撮像時に対し、高精度・高輝度被写体撮像
時には下記のような受光並びに電荷転送を行う。
Light reception and charge transfer as described below are performed at the time of imaging a high-precision and high-luminance subject, as compared with the normal imaging.

即ち、高輝度被写体を撮像する時は、電荷転送路Ljの
ポテンシャル井戸を第3図に実線で示すように予め所望
深さに設定しておく。但しこの設定は、電荷転送路Ljの
全経路にわたって行うのではなく、第4図に示したよう
に間欠的に設定する。
That is, when imaging a high-brightness subject, the potential well of the charge transfer path Lj is set in advance to a desired depth as shown by a solid line in FIG. However, this setting is not performed over the entire charge transfer path Lj, but is set intermittently as shown in FIG.

受光時には光hνがフォトダイオードPdに入射すると
共に、漏洩光が電荷転送路Ljに入射する。フォトダイオ
ードPdに信号電荷が発生するものの、トランスファーゲ
ートTgを駆動しないので、フォトダイオードPdに発生し
た信号電荷は電荷転送路Ljに転送されない。一方、フォ
トダイオードPdに入射光があると、フォトダイオードPd
の下部のPウエル12中に不要電荷が発生する。又、電荷
転送路Ljに入射する漏洩光によって、垂直電荷転送路Lj
中にも不要電荷が発生する。これらの不要電荷は、本発
明でいう信号電荷以外の電荷に相当するものであり、従
来はスメアの原因になるものとしてn形基板11に掃き出
されていたものである。
At the time of light reception, light hν is incident on the photodiode Pd, and leakage light is incident on the charge transfer path Lj. Although a signal charge is generated in the photodiode Pd, the transfer gate Tg is not driven, so that the signal charge generated in the photodiode Pd is not transferred to the charge transfer path Lj. On the other hand, if there is incident light on the photodiode Pd, the photodiode Pd
Unnecessary charges are generated in the P well 12 below the P well. Further, the leakage light incident on the charge transfer path Lj causes the vertical charge transfer path Lj
Unwanted charges are also generated inside. These unnecessary charges correspond to charges other than the signal charges according to the present invention, and are conventionally discharged to the n-type substrate 11 as a cause of smear.

しかし、本実施例では掃き出されていた不要電荷、換
言すれば信号電荷以外の電荷を積極的に利用することに
より、高輝度の被写体を高露光精度で撮像することを可
能にする。
However, in the present embodiment, it is possible to image a high-brightness subject with high exposure accuracy by positively using the unnecessary charges that have been swept out, in other words, charges other than the signal charges.

もし仮りに、シャッタ速度を1/60sec、F5.6、光量400
0Luxの条件で出力100%の映像が得られる固体撮像デバ
イスの信号電荷に対し、不要電荷(スメア成分)が0.1
%であったとすると、不要電荷に対し信号電荷は1000倍
である。従って、不要電荷により映像を得るためのシャ
ッタスピードは、1/60sec×1000で決定されるようにな
り、16.7secの長時間ロングシャッタが可能になる。
又、同様に、絞りを開けてもよい。同様にして、信号電
荷に対し不要電荷が0.01%の固体撮像デバイスでは、10
000倍のシャッタスピートになり、167secの長時間ロン
グシャッタが可能になる。同様に絞りを開けてもよい。
このように本実施例では、不要電荷を利用して高精度な
露光及び高輝度被写体撮影を行うのであるが、これは電
荷転送路Ljのポテンシャル井戸を制御することにより可
能になる。
If the shutter speed is 1/60 sec, F5.6, light intensity 400
Unnecessary charge (smear component) is 0.1% of the signal charge of the solid-state imaging device which can obtain 100% output image under 0Lux condition.
%, The signal charge is 1000 times the unnecessary charge. Therefore, the shutter speed for obtaining an image from unnecessary charges is determined by 1/60 sec × 1000, and a long shutter of 16.7 sec can be performed for a long time.
Similarly, the aperture may be opened. Similarly, in a solid-state imaging device in which unnecessary charges are 0.01% of signal charges,
The shutter speed is 000 times faster, and a long shutter time of 167 seconds is possible. Similarly, the aperture may be opened.
As described above, in the present embodiment, high-precision exposure and high-luminance subject photographing are performed using unnecessary charges. This can be achieved by controlling the potential well of the charge transfer path Lj.

即ち、駆動信号φ1〜φ4のレベルを固定することに
よって、電荷転送チャンネルLjのポテンシャル井戸を第
4図に示すように間欠的に深くし、且つトランスファー
ゲートTgをハイレベルにする。この結果、絞り機構、シ
ャッタ機構を開いた状態でフォトダイオードPdに光hν
が入射しても、フォトダイオードPdに蓄積された信号電
荷が電荷転送路Ljに転送されなくなる。
That is, by fixing the levels of the drive signals φ1 to φ4, the potential well of the charge transfer channel Lj is intermittently deepened as shown in FIG. 4, and the transfer gate Tg is set to the high level. As a result, the light hν is applied to the photodiode Pd with the aperture mechanism and the shutter mechanism opened.
Does not transfer the signal charges accumulated in the photodiode Pd to the charge transfer path Lj.

一方、露光期間中に、Pウエル12に発生した電荷は電
荷転送路Ljに流れ、漏洩入射光に対応して電荷転送路Lj
に発生した電荷とともに蓄積される。
On the other hand, during the exposure period, the charge generated in the P well 12 flows to the charge transfer path Lj, and the charge transfer path Lj corresponds to the leak incident light.
And is accumulated together with the electric charge generated at the time.

しかし、駆動信号φ1〜φ4の位相を変えない限り、
電荷転送路Ljは電荷転送を行わないので、電荷転送路Lj
に蓄積される電荷量は次第に増加する。所定時間経過後
にシャッタ機構を閉じると、これに連動して駆動信号φ
1〜φ4がパルス状に順次レベル変化し、第4図につい
て説明すれば電荷転送路Ljの内、駆動信号φ2,φ4を印
加した電極下のポテンシヤル井戸が深く制御され、駆動
信号φ1,φ3が印加された電極下に蓄積されていた電荷
が転送される。このような電荷転送が各電荷転送路Ljに
ついて行われ、第1図で説明したように水平電荷転送路
3に転送される。
However, unless the phases of the drive signals φ1 to φ4 are changed,
Since the charge transfer path Lj does not perform charge transfer, the charge transfer path Lj
The amount of charge stored in the memory gradually increases. When the shutter mechanism is closed after a predetermined time has elapsed, the drive signal φ
1 to φ4 sequentially change in level in the form of a pulse. Referring to FIG. 4, among the charge transfer paths Lj, the potential wells under the electrodes to which the drive signals φ2 and φ4 are applied are deeply controlled, and the drive signals φ1 and φ3 are The charge accumulated under the applied electrode is transferred. Such charge transfer is performed for each charge transfer path Lj, and transferred to the horizontal charge transfer path 3 as described with reference to FIG.

フォトダイオードPdに蓄積されている信号電荷につい
ては、当業者間に知られたVOD構造によってn形基板11
に掃き出すようにする。即ち、n形基板11に通常動作時
に対し高レベルの電圧を印加し、フォトダイオードPdを
構成するn層、Pウエル12、n形基板11とでnpnトラン
ジスタと同様の構造を実現し、信号電荷をn形基板11に
掃き出すようにする。この際、フォトダイオードPd下部
のポテンシャルはその周囲、即ち、チャンネルストップ
14の領域や電荷転送路Lj下部のポテンシャルより高いの
で、信号電荷が電荷転送チャンネルLjに流入しない。
The signal charge stored in the photodiode Pd is applied to the n-type substrate 11 by a VOD structure known to those skilled in the art.
To be swept out. That is, a higher level voltage is applied to the n-type substrate 11 than in the normal operation, and the same structure as the npn transistor is realized by the n-layer, the P-well 12, and the n-type substrate 11 constituting the photodiode Pd, and the signal charge is increased. To the n-type substrate 11. At this time, the potential under the photodiode Pd is around it, that is, the channel stop.
The signal charge does not flow into the charge transfer channel Lj because it is higher than the potential of the region 14 and the lower part of the charge transfer path Lj.

次に、前記高輝度被写体の撮像を行う得る機能を有す
る電子スチルカメラの一例を説明する。
Next, an example of an electronic still camera having a function of obtaining an image of the high-brightness subject will be described.

第5図は電子スチルカメラの概略構成図である。 FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an electronic still camera.

この電子スチル・カメラでは、イメージセンサ21とし
て前記構成のものが設けられている。電荷結合型固体撮
像デバイス21は、シャッタ機構22が開閉する間に撮像レ
ンズ23、絞り機構24、ビームスプリッタ25を通ってきた
被写体光を受け、光学画像を電気信号に変換して映像信
号処理回路30に出力する。
In the electronic still camera, the image sensor 21 having the above configuration is provided. The charge-coupled solid-state imaging device 21 receives the subject light that has passed through the imaging lens 23, the aperture mechanism 24, and the beam splitter 25 while the shutter mechanism 22 opens and closes, converts an optical image into an electric signal, and converts the image into a video signal processing circuit. Output to 30.

シャッタ機構22及び絞り機構24は、電荷結合型固体撮
像デバイス21への露光量を調節するために設けられてい
る。この露光量を決めるために、ビームスプリッタ25に
よって取り出された被写体光の一部は受光素子26に導か
れ、受光素子26からの出力は露光制御回路27に入力され
る。露光制御回路27は、受光素子26からの信号出力に基
づき、被写体輝度に対応した絞り値とシャッタ秒時とを
演算し、絞り機構24とシャッタ機構22の駆動を制御す
る。尚、露光制御回路27の作動は、マイクロコンピュー
タで構成されたシステムコントローラ28によって制御さ
れる。
The shutter mechanism 22 and the aperture mechanism 24 are provided to adjust the amount of exposure to the charge-coupled solid-state imaging device 21. In order to determine the amount of exposure, a part of the subject light extracted by the beam splitter 25 is guided to the light receiving element 26, and the output from the light receiving element 26 is input to the exposure control circuit 27. The exposure control circuit 27 calculates an aperture value corresponding to the subject brightness and the shutter speed based on the signal output from the light receiving element 26, and controls the driving of the aperture mechanism 24 and the shutter mechanism 22. The operation of the exposure control circuit 27 is controlled by a system controller 28 composed of a microcomputer.

ここで高輝度被写体撮影について述べる。電荷結合型
固体撮像デバイス21において、各フォトダイオードに発
生する信号電荷と前記Pウエル12及び電荷転送路Ljから
発生する電荷との比は一定である。従って、露光制御回
路27及びこれを管制するシステムコントローラ28につい
て高輝度被写体撮影の切り換えを行えば、電荷の量が例
えば前例のように1000倍であれば、受光素子26からの信
号出力に基づきシャッタ時間を1000倍に設定する。この
際、シャッタ時間を前記よりも短くして絞りを開いても
よい絞り値も設定されるが、通常撮影と同様の絞り値で
よい。
Here, high-luminance subject photography will be described. In the charge-coupled solid-state imaging device 21, the ratio between the signal charge generated in each photodiode and the charge generated from the P well 12 and the charge transfer path Lj is constant. Therefore, if the exposure control circuit 27 and the system controller 28 that controls the exposure control circuit switch between high-brightness subject shooting, if the amount of charge is 1000 times as in the previous example, the shutter is controlled based on the signal output from the light receiving element 26. Set the time to 1000 times. At this time, an aperture value that may be opened by setting the shutter time shorter than the above is also set, but may be the same aperture value as in normal shooting.

又、この電子スチルカメラには、クイックリターンミ
ラーやペンタプリズムからなるファインダー光学系も組
み込まれているが、図面の煩雑化を避けるためにこれら
の図示は省略してある。
The electronic still camera also incorporates a finder optical system including a quick return mirror and a pentaprism, but these are not shown in order to avoid complication of the drawing.

システムコントローラ28は、露光制御回路12の他にCC
D駆動回路29、映像信号処理回路30、記録制御回路31の
作動を制御する。即ち、レリーズボタン32aの半押し信
号がレリーズ操作検出回路32からシステムコントローラ
28に供給されたとき、システムコントローラ28は露光制
御回路27に測光タイミング信号を出力する。これによ
り、露光制御回路27は受光素子26から被写体輝度情報を
取り込み、絞り値、シャッタ秒時を算出する。この算出
は、ロングシャッタ時も同様に行われる。
The system controller 28 includes a CC in addition to the exposure control circuit 12.
The operation of the D drive circuit 29, the video signal processing circuit 30, and the recording control circuit 31 is controlled. That is, the half-press signal of the release button 32a is transmitted from the release operation detection circuit 32 to the system controller.
When supplied to the exposure controller 28, the system controller 28 outputs a photometry timing signal to the exposure control circuit 27. Thus, the exposure control circuit 27 takes in the subject luminance information from the light receiving element 26 and calculates the aperture value and the shutter time. This calculation is similarly performed during a long shutter.

更に、レリーズボタン32aが押圧された信号がレリー
ズ操作検出回路32からシステムコントローラ28に入力さ
れると、露光制御回路27で算出された絞り値、シャッタ
秒時にしたがって絞り24、シャッタ22が駆動され、電荷
結合型固体撮像デバイス21には適正な露光量で被写体光
が照射されるようになる。
Further, when a signal that the release button 32a is pressed is input from the release operation detection circuit 32 to the system controller 28, the aperture value calculated by the exposure control circuit 27, the aperture 24 and the shutter 22 are driven according to the shutter time, The subject light is irradiated onto the charge-coupled solid-state imaging device 21 with an appropriate exposure amount.

CCD駆動回路29は、システムコントローラ28からのタ
イミングクロックTPに同期して電荷結合型固体撮像デバ
イス21を駆動する。このタイミングクロック1/60秒、即
ち標準テレビジョン方式における1垂直走査期間(1フ
ィールド期間;1V)に等しい周期を有している。
The CCD drive circuit 29 drives the charge-coupled solid-state imaging device 21 in synchronization with a timing clock TP from the system controller 28. This timing clock has a period equal to 1/60 second, that is, one vertical scanning period (one field period; 1 V) in the standard television system.

この電子スチル・カメラは、フレーム撮像方式で映像
信号を取り込むために、CCD駆動回路29は電荷結合型固
体撮像デバイス21に対して第1フィールドパルスFSA、
第2フィールドパルスFSB、垂直転送パルスφv(前記
駆動信号φ1〜φ4に相当)、水平転送パルスφH(前
記駆動信号φ11〜φ12に相当)を供給する。そして、第
1フィールドパルスFSA、第2フィールドパルスFSBの
各々は、前記タイミングクロックTPの2倍の周期に等し
く、互いに位相が半周期ずれている。又、垂直転送パル
スφv、水平転送パルスφHの各々は、タイミングクロ
ックTPの1周期(1V)の間に、電荷結合型固体撮像デバ
イス21から各フィールド毎の映像信号を送り出す。
In this electronic still camera, the CCD driving circuit 29 transmits a first field pulse FSA to the charge-coupled solid-state imaging device 21 in order to capture a video signal by a frame imaging method.
A second field pulse FSB, a vertical transfer pulse φv (corresponding to the drive signals φ1 to φ4), and a horizontal transfer pulse φH (corresponding to the drive signals φ11 to φ12) are supplied. Each of the first field pulse FSA and the second field pulse FSB is equal to twice the cycle of the timing clock TP, and their phases are shifted from each other by a half cycle. Each of the vertical transfer pulse φv and the horizontal transfer pulse φH sends out a video signal for each field from the charge-coupled solid-state imaging device 21 during one cycle (1 V) of the timing clock TP.

映像信号処理回路30は、電荷結合型固体撮像デバイス
21からシリアルに出力されてくる映像信号を、例えばNT
SC方式に準拠した出力信号に変換する。こうして得られ
た出力信号は、記録制御回路31によって制御されるバッ
ファ回路33を介して記録装置34に供給される。記録装置
34には、例えばバッファ回路33から供給されてくる出力
信号をディジタル変換した後、カード型の半導体メモリ
に書き込む装置からなり、これにより静止画像の映像デ
ータを記録しておくことができるようになる。尚、前記
記録装置34として、スチルビデオフロッピーに前記出力
信号を磁気記録するディスク装置を用いてもよい。
The video signal processing circuit 30 is a charge-coupled solid-state imaging device.
Video signals output serially from 21
Converts to an output signal conforming to the SC system. The output signal thus obtained is supplied to the recording device 34 via the buffer circuit 33 controlled by the recording control circuit 31. Recording device
The device 34 includes, for example, a device that digitally converts an output signal supplied from the buffer circuit 33 and writes the converted signal into a card-type semiconductor memory, so that video data of a still image can be recorded. . Incidentally, as the recording device 34, a disk device for magnetically recording the output signal on a still video floppy may be used.

尚、本発明は、適宜の電荷結合型固体撮像デバイスに
適用することができる。又、スメア成分の電荷によって
のみ撮影の効果を得るためには、半導体基板側からの暗
電流の影響を低減することが好ましいので、電荷転送路
を出来るだけ半導体基板の表層部分に形成することが効
果的である。
Note that the present invention can be applied to an appropriate charge-coupled solid-state imaging device. Also, in order to obtain the effect of photographing only by the charges of the smear component, it is preferable to reduce the influence of the dark current from the semiconductor substrate side. Therefore, the charge transfer path should be formed on the surface layer of the semiconductor substrate as much as possible. It is effective.

又、この本発明は、カラー撮像を行う電荷結合型固体
撮像デバイスに適用することができる。
The present invention can be applied to a charge-coupled solid-state imaging device that performs color imaging.

[発明の効果] 以上に説明したように、本発明に係る撮像装置は、イ
メージセンサの光電変換素子に発生する信号電荷に対し
所定比で発生する信号電荷以外のスメア成分の電荷によ
り撮影を行うようにしたものである。従って、機械的構
造の絞り機構によりイメージセンサの受光を厳格に調節
することなく、前記所定比に対応してシャッタ時間を長
くすることができるので、高精度の高輝度被写体撮影が
可能になり、撮像装置の多目的利用を図ることができ
る。
[Effects of the Invention] As described above, the imaging apparatus according to the present invention performs imaging using charges of smear components other than signal charges generated at a predetermined ratio with respect to signal charges generated in the photoelectric conversion element of the image sensor. It is like that. Therefore, the shutter time can be extended corresponding to the predetermined ratio without strictly adjusting the light reception of the image sensor by the mechanically configured aperture mechanism, so that high-precision, high-luminance subject shooting becomes possible. Multipurpose use of the imaging device can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図〜第5図は本発明を適用した撮像装置の実施例を
示すものであって、 第1図はイメージセンサの概略構成図、 第2図は受光領域の要部の平面図、 第3図はイメージセンサの受光領域の縦断面図、 第4図は電荷転送路のポテンシャル井戸の制御を示す模
式的断面図、 第5図は電子スチルカメラの概略構成図である。 図中の符号; 1……受光領域、 2……走査回路、 3……水平電荷転送路、 4……出力端子、 11……n形基板、 12……Pウエル、 13……遮閉板、 14……チャンネルストッパ、 21……電荷結合型固体撮像デバイス、 22……シャッタ機構、 23……絞り機構、 27……露光制御回路、 28……システムコントローラ、 Pd……フォトダイオード、 Lj……電荷転送路、 φv、φH……駆動信号、 hν……入射光。
1 to 5 show an embodiment of an image pickup apparatus to which the present invention is applied, FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an image sensor, FIG. 2 is a plan view of a main part of a light receiving area, 3 is a longitudinal sectional view of a light receiving region of the image sensor, FIG. 4 is a schematic sectional view showing control of a potential well of a charge transfer path, and FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an electronic still camera. Reference numerals in the drawing: 1 ... light receiving area, 2 ... scanning circuit, 3 ... horizontal charge transfer path, 4 ... output terminal, 11 ... n-type substrate, 12 ... P well, 13 ... shield plate , 14 ... Channel stopper, 21 ... Charge-coupled solid-state imaging device, 22 ... Shutter mechanism, 23 ... Aperture mechanism, 27 ... Exposure control circuit, 28 ... System controller, Pd ... Photodiode, Lj ... ... Charge transfer path, φv, φH ... Drive signal, hν ... Incoming light.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】シャッター機構と絞り機構を通ってくる被
写体光学像を、電荷結合型固体撮像デバイスの受光領域
に形成された複数の光電変換素子によって撮像し、これ
らの光電変換素子に発生した画素信号を電荷転送路を介
して走査読出しする撮像装置において、 前記シヤッター機構が開放動作する露光期間に、前記電
荷転送路へ混入するスメア成分を、前記シャッター機構
が閉じた後に画素信号として読み出すための駆動信号を
供給する手段を有することを特徴とするデジタル電子ス
チルカメラ。
1. A subject optical image passing through a shutter mechanism and an aperture mechanism is imaged by a plurality of photoelectric conversion elements formed in a light receiving region of a charge-coupled solid-state imaging device, and pixels generated in these photoelectric conversion elements are captured. In an image pickup apparatus that scans and reads a signal through a charge transfer path, an exposure period during which the shutter mechanism is opened, for reading a smear component mixed into the charge transfer path as a pixel signal after the shutter mechanism is closed. A digital electronic still camera comprising means for supplying a drive signal.
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