JP2001197373A - 撮像装置及び受光感度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、解像度が高くより自然で連続的な映
像を生成するようにする。 【解決手段】本発明は、撮像レンズ１２を介して撮像面
に結像される被写体１１の光学像に応じた電荷を各画素
に対応したフォトダイオード２１に蓄積し、所定の時間
毎に垂直レジスタ２２に転送するようになされたＣＣＤ
１３のフォトダイオード２１に蓄積された電荷の掃捨処
理と、フォトダイオード２１に蓄積した電荷を垂直レジ
スタ２２に転送する転送処理とを所定の時間の中で交互
に繰り返す際、電荷の掃捨量を制御してＣＣＤ１３の撮
像面に対する受光感度を可変することにより、残像効果
を持ち自然で連続的な解像度の高い画像を生成すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は撮像装置及び受光感
度制御方法に関し、例えば放送局等で使用されるＣＣＤ
(Charge Coupled Device：電荷結合素子) を用いた業務
用のビデオカメラに適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ビデオカメラにおいては撮像素子
としてＣＣＤが用いられ、被写体の光学像をＣＣＤの撮
像面に結像することにより感光部に電荷を蓄積し、これ
を１フィールド毎に転送することにより、撮像した画像
をモニタ等に表示するようになされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところでかかる構成の
ビデオカメラにおいては、例えば図９に示すように１フ
ィールドすなわち１／６０秒間に左側の始点から右側の
終点まで（矢印で示す）高速移動する白いボール１を被
写体として撮像する場合、図１０（Ａ）に示すようにＣ
ＣＤの感光部に対する電荷の蓄積を１フィールド内につ
き一定感度で行っているので、図１０（Ｂ）に示すよう
に電荷の蓄積中に高速移動する被写体が移動方向に多重
露光されて動解像度が大幅に低減してしまう。

【０００４】このような現象を回避するため、ビデオカ
メラでは図１１（Ａ）に示すように１フィールド内の前
半部分で蓄積した電荷を強制的に掃き捨てることにより
電荷の蓄積時間を短くするようになされた電子シャッタ
機能が実用化されている。

【０００５】こうした電子シャッタ機能をビデオカメラ
において使用した場合、図１１（Ｂ）に示すように高速
移動する被写体のある瞬間（１フィールド内の後半部
分）だけを捕らえ得ることにより、電子シャッタ機能を
使用しない場合よりも動解像度を大幅に向上することが
可能になる。

【０００６】ところがビデオカメラにおいて電子シャッ
タ機能を使用した場合、１フィールド内の前半部分は撮
像されていないことと同じで、高速移動中における被写
体像の後半部分だけの画像となることにより、高速移動
する被写体が複数フレームにも渡って表示されるときに
は、全体として不連続的な印象を与える映像となってし
まう。

【０００７】すなわちビデオカメラは、電子シャッタ機
能を使用することにより動解像度を向上した場合でも、
動画像としては不自然な映像になるという問題があっ
た。

【０００８】また、このような現象は１フィールドの単
位時間が長くなればなるほど顕著に見られる。例えば、
現行のテレビジョン放送では６０[Hz]の間隔で撮像され
て画像が形成されるが、映画と同じ２４[Hz]の間隔で撮
像して画像を形成しようとすると、１フィールドの単位
時間が長くなるので電荷の蓄積時間が長くなって動解像
度がさらに低下してしまう。

【０００９】ところで人間の目は、動体を捕らえる視力
に限界があるので高速移動している被写体をはっきりと
捕らえられない場合があるが、捕らえられた場合の映像
については時間の経過と共に次第にぼやけていくような
残像効果を持っている。このために高速移動する被写体
については、電子シャッタによって動解像度を向上する
よりも、むしろ適度に解像度の低下した状態の映像の方
が人間の目には自然に見えることが多い。

【００１０】しかしながらビデオカメラにおいては、Ｃ
ＣＤにより一定感度で蓄積された電荷を１フィールド毎
にまとめて電気信号に変換し、これを映像信号として出
力していることにより、時間の経過と共に次第にぼやけ
ていくような残像効果を持たせることは困難であった。

【００１１】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、解像度が高くより自然で連続的な画像を生成し得る
撮像装置及び受光感度制御方法を提案しようとするもの
である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、光学系を介して撮像面に結像され
る被写体の光学像に応じた電荷を各画素に対応した感光
部に蓄積し、所定の時間毎に垂直転送部に転送するよう
になされた撮像手段の感光部に蓄積された電荷の掃捨処
理と、感光部に蓄積した電荷を垂直転送部に転送する転
送処理とを所定の時間の中で交互に繰り返す際、電荷の
掃捨量を制御して撮像手段の撮像面に対する受光感度を
可変することにより、残像効果を持ち自然で連続的な解
像度の高い画像を生成することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下図面について、本発明の一実
施の形態を詳述する。

【００１４】図１において、１０は全体として本発明の
撮像装置としてのビデオカメラを示し、被写体１１の光
学像を撮像レンズ１２で集光してＣＣＤ(Charge Couple
d Device：電荷結合素子) １３に結像し、当該ＣＣＤ１
３の撮像面で光電変換された電荷を電圧信号に変換した
後にゲインアンプ１４で増幅し、これをモニタ（図示せ
ず）を介して画像として出力するようになされている。

【００１５】ここでＣＣＤ１３は、図２に示すように光
学像に応じた電荷を各画素毎にそれぞれ蓄積する複数の
フォトダイオード２１と、各フォトダイオード２１から
転送される電荷を一時的に保持し、１フィールドすなわ
ち１／６０秒毎に１画面分として一斉に転送する複数の
垂直レジスタ２２とによって構成されている。

【００１６】このＣＣＤ１３は、フォトダイオード２１
に蓄積した電荷を全て垂直レジスタ２２に転送するので
はなく、タイミングジェネレータ１５から供給される電
子シャッタパルスＳＨＰ１が立ち上げられている間だけ
電子シャッタ機能によってフォトダイオード２１に蓄積
した電荷を下層に位置するベース基板（Ｎ−Ｓｕｂ）に
掃き捨てるようになされている。

【００１７】かかる構成に加えてビデオカメラ１０（図
１）は、ＲＯＭ(Read Only Memory)１７及びＲＡＭ(Ran
dam Access Memory)１８と接続されたＣＰＵ(Central P
rocessing Unit) １６によってタイミングジェネレータ
１５を制御するようになされており、当該タイミングジ
ェネレータ１５から出力される電子シャッタパルスＳＨ
Ｐ１に応じてＣＣＤ１３のフォトダイオード２１に蓄積
された電荷の掃捨量を制御すると共に、タイミングジェ
ネレータ１５から出力される垂直レジスタ転送パルスＲ
ＧＰ１に応じてＣＣＤ１３の各垂直レジスタ２２に蓄積
された１フィールド分の電荷をゲインアンプ１４に転送
するようになされている。

【００１８】すなわちＣＰＵ１６は、ＲＯＭ１７からＲ
ＡＭ１８上に立ち上げた電荷転送制御プログラムに従っ
てタイミングジェネレータ１５から出力される電子シャ
ッタパルスＳＨＰ１のパルス幅を１／６０秒（１フィー
ルド）の間で調整すると共に、垂直レジスタ転送パルス
ＲＧＰ１を１／６０秒毎に出力するようになされてい
る。

【００１９】なおタイミングジェネレータ１５は、ＣＰ
Ｕ１６の制御に基づいてゲインアンプ１４へ同期パルス
ＳＹＮＰ１を出力するようになされており、これにより
ゲインアンプ１４は垂直レジスタ転送パルスＲＧＰ１に
応じてＣＣＤ１３から転送された１フィールド分の電荷
を、同期パルスＳＹＮＰ１に同期したタイミングで取り
込むようになされている。

【００２０】実際上、ＣＰＵ１６はタイミングジェネレ
ータ１５から出力される電子シャッタパルスＳＨＰ１の
パルス幅を１フィールドすなわち１／６０秒間の最後に
近づくに連れて次第に短くなるように制御することによ
り、図３（Ａ）に示すように電荷の掃捨時間を短縮して
掃捨量を次第に低減すると共に、それに連れて図３
（Ｂ）に示すようにフォトダイオード２１から垂直レジ
スタ２２に転送される蓄積電荷量を次第に増加するよう
になされている。

【００２１】これによりビデオカメラ１０は、図４に示
すように１フィールドすなわち１／６０秒間の前半部分
では電子シャッタ機能によりフォトダイオード２１に蓄
積した電荷を全て掃き捨てた後、後半部分では電荷の蓄
積及び掃捨を交互に行うと共に掃捨時間を次第に短くし
て電荷の転送頻度を高くすることができ、かくして１／
６０秒の最後に近づくに連れてフォトダイオード２１に
蓄積した電荷を複数回に渡って垂直レジスタ２２に転送
して加算し得るようになされている。

【００２２】この結果ビデオカメラ１０は、高速移動中
の被写体１１を撮像した場合でも、１フィールドすなわ
ち１／６０秒間の前半部分では通常の電子シャッタ機能
で蓄積した電荷を掃き捨てることにより前半部分での多
重露光を防止し得、さらに後半部分では最後に近づくに
連れてフォトダイオード２１に蓄積した電荷を何度も垂
直レジスタ２２に転送して蓄積電荷を加算することによ
り、受光感度を次第に高めて画素の輝度レベルを次第に
上げ得るようになされている。

【００２３】このようにビデオカメラ１０は、１／６０
秒間の後半部分のうち高速移動中である被写体１１の始
点部分における輝度レベルが低く、終点部分における輝
度レベルが高い画像を生成し得るようになされている。
但し、この場合の撮像中における被写体への露光量につ
いては常時一定であるものとする。

【００２４】従って図５（Ａ）に示すように、ビデオカ
メラ１０は１フィールドすなわち１／６０秒間の後半部
分において、最後に近づくに連れて垂直レジスタ２２に
転送する蓄積電荷量を増加して受光感度をアナログ的に
高めることにより、図５（Ｂ）に示すように後半部分か
ら最後にかけてモニタに表示される高速移動中の被写体
１１を次第に輝度レベルが高くなるような残像効果を持
つ動解像度の高い画像として表示し得るようになされて
いる。

【００２５】同様にビデオカメラ１０は、図６（Ａ）に
示すように１フィールドすなわち１／６０秒間の前半部
分において、垂直レジスタ２２に転送する蓄積電荷量を
減少して受光感度をアナログ的に低下させることによ
り、図６（Ｂ）に示すように前半部分からモニタに表示
される高速移動中の被写体１１を次第に輝度レベルが低
下するような残像効果を持つ動解像度の高い画像として
表示することもできる。

【００２６】続いて、上述のビデオカメラ１０における
電荷の転送制御処理手順について図７を用いて説明す
る。ビデオカメラ１０のＣＰＵ１６は、ルーチンＲＴ１
の開始ステップから入ってステップＳＰ１に移る。

【００２７】ステップＳＰ１においてＣＰＵ１６は、電
荷転送制御プログラムに従ってＣＣＤ１３のフォトダイ
オード２１に蓄積された１フィールドの前半部分におけ
る電荷を電子シャッタ機能で全て掃き捨て、次のステッ
プＳＰ２に移る。

【００２８】ステップＳＰ２においてＣＰＵ１６は、電
荷転送制御プログラムに従って１フィールドの後半部分
でフォトダイオード２１に電荷を所定時間分蓄積し、次
のステップＳＰ３に移る。

【００２９】ステップＳＰ３においてＣＰＵ１６は、電
荷転送制御プログラムに従ってフォトダイオード２１に
蓄積した電荷を垂直レジスタ２２に転送し、次のステッ
プＳＰ４に移る。

【００３０】ステップＳＰ４においてＣＰＵ１６は、電
荷転送制御プログラムに従って前回よりも短い掃捨時間
でフォトダイオード２１に蓄積された電荷を掃き捨て、
次のステップＳＰ５に移る。

【００３１】ステップＳＰ５においてＣＰＵ１６は、電
荷転送制御プログラムに従って１フィールドすなわち１
／６０秒が経過したか否かを判定する。ここで否定結果
が得られると、このことは１画面分に相当する１／６０
秒を経過していないことを表しており、このときＣＰＵ
１６はステップＳＰ２に戻って１／６０秒が経過するま
で電荷の蓄積、転送及び掃き捨てを交互に実行する。

【００３２】このときＣＰＵ１６は、電荷転送制御プロ
グラムに従ってタイミングジェネレータ１５を介して電
子シャッタパルスＳＨＰ１のパルス幅を次第に短くする
ことにより、電荷の掃捨量を序々に低減すると共に蓄積
電荷の転送頻度を上げて１／６０秒間における後半部分
の最後に近づくに連れて受光感度を高めて画素の輝度レ
ベルを次第に上げることができる。

【００３３】これに対してステップＳＰ５で否定結果が
得られると、このことは電荷の蓄積、転送及び掃き捨て
を交互に実行した後、１画面分に相当する１／６０秒が
経過したことを表しており、このときＣＰＵ１６は次の
ステップＳＰ６に移る。

【００３４】ステップＳＰ６においてＣＰＵ１６は、電
荷転送制御プログラムに従ってタイミングジェネレータ
１５を介して垂直レジスタ転送パルスＲＧＰ１をＣＣＤ
１３に出力することにより、当該ＣＣＤ１３の各垂直レ
ジスタ２２に蓄積された１フィールド分の電荷を電圧信
号に変換した後ゲインアンプ１４に転送する。

【００３５】この結果ビデオカメラ１０は、１／６０秒
の間の後半部分のうち高速移動中である被写体１１の始
点部分における輝度レベルが低く、終点部分における輝
度レベルが高い画像（図５（Ｂ））をモニタに表示する
ことができる。

【００３６】以上の構成において、ビデオカメラ１０の
ＣＰＵ１６はタイミングジェネレータ１５を介してＣＣ
Ｄ１３に対する電荷の蓄積及び掃捨を交互に行う際、電
荷の掃捨量を制御することに伴って蓄積電荷の転送頻度
を制御することにより、１フィールドすなわち１／６０
秒の間で垂直レジスタ２２に対する蓄積電荷量を時間の
経過と共に次第に増加又は減少させることができる。

【００３７】これによりビデオカメラ１０は、１／６０
秒の間でＣＣＤ１３の撮像面に対する受光感度を可変し
て各画素の輝度レベルをアナログ的に調整し得、この結
果あたかも人間の目に対して残像効果を与えるような自
然で連続的な画像を生成することができる。

【００３８】またビデオカメラ１０は、１／６０秒の間
でタイミングジェネレータ１５を介してＣＣＤ１３にお
ける電荷の蓄積及び掃捨を交互に行うことにより、従来
のように１／６０秒の間で常時一定感度で撮像する場合
と比べて動解像度についても一段と向上することができ
る。

【００３９】以上の構成によれば、ビデオカメラ１０は
１フィールドすなわち１／６０秒の間でＣＣＤ１３に対
する電荷の蓄積及び掃捨を交互に行い、その際に電荷の
掃捨量を制御することに伴って蓄積電荷の転送頻度を制
御して、１フィールドの後半部分に進むに連れて垂直レ
ジスタ２２に対する蓄積電荷量を調整することにより、
受光感度を変化させて画素の輝度レベルを調整すること
ができ、かくして人間の目に対して残像効果を与えるか
のような自然で連続的な動解像度の高い画像を生成する
ことができる。

【００４０】なお上述の実施の形態においては、撮像手
段としてのＣＣＤ１３における電荷の蓄積及び掃捨を交
互に行う際、制御手段としてのＣＰＵ１６及びタイミン
グジェネレータ１５によって掃捨時間を次第に短くして
電荷の転送頻度を上げるようにした場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、掃捨時間を一定にして転送
頻度についても一定にするようにしても良い。この場
合、電子シャッタ機能を用いた場合と用いない場合とを
連続的に実行したような上述の実施の形態とは異なった
効果を有する画像を生成することができる。

【００４１】また上述の実施の形態においては、１フィ
ールドすなわち１／６０秒の間で電荷の蓄積及び掃捨を
交互に行うことにより自然で連続的な動解像度の高い静
止画像を生成するようにした場合について述べたが、本
発明はこれに限らず、複数フィールド単位で電荷の蓄積
及び掃捨を交互に行って動画像を生成するようにしても
良い。

【００４２】さらに上述の実施の形態においては、１／
６０秒の間で電荷を蓄積し、電子シャッタ機能で電荷を
掃き捨てることを交互に行うようにした場合について述
べたが、本発明はこれに限らず、電子シャッタパルスＳ
ＨＰ１のパルス幅を時間の経過と共に次第に狭くするこ
とにより、図８に示すように電子シャッタパルスＳＨＰ
１により電荷を全て掃き捨ててしまうのではなく、一部
だけ掃き捨てて垂直レジスタ２２に転送するようにして
も良い。

【００４３】この場合にも、次第に電荷の掃捨量が低減
されて垂直レジスタ２２に転送される蓄積電荷量が増加
することになり、１フィールドの後半に進むに連れて受
光感度が高くなって人間の目に対して残像効果を与える
かのような自然で連続的な画像を生成することができ
る。

【００４４】さらに上述の実施の形態においては、ＣＰ
Ｕ１６が電荷転送制御プログラムに従ってタイミングジ
ェネレータ１５から出力される電子シャッタパルスＳＨ
Ｐ１のパルス幅を次第に短くするようにした場合につい
て述べたが、本発明はこれに限らず、プログラム制御で
はなく予め設定されたタイミングジェネレータ１５の内
部制御によって電子シャッタパルスＳＨＰ１のパルス幅
を次第に短くするようにしても良い。

【００４５】さらに上述の実施の形態においては、本発
明の撮像装置を放送局等で使用される業務用のビデオカ
メラ１０に適用するようにした場合について述べたが、
本発明はこれに限らず、ＣＣＤ１３を搭載したものであ
れば民生用のビデオカメラ等の他の種々の撮像装置に適
用するようにしてもよい。

【００４６】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、光学系を
介して撮像面に結像される被写体の光学像に応じた電荷
を各画素に対応した感光部に蓄積し、所定の時間毎に垂
直転送部に転送するようになされた撮像手段の感光部に
蓄積された電荷の掃捨処理と、感光部に蓄積した電荷を
垂直転送部に転送する転送処理とを所定の時間の中で交
互に繰り返す際、電荷の掃捨量を制御して撮像手段の撮
像面に対する受光感度を可変することにより、残像効果
を持ち自然で連続的な解像度の高い画像を生成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるビデオカメラの構成を示すブロツ
ク図である。

【図２】ＣＣＤの画素構成を示す略線図である。

【図３】電荷の掃捨量制御及び蓄積量制御の説明に供す
る略線図である。

【図４】受光感度制御の説明に供する略線図である。

【図５】残像効果のある画像（１）の説明に供する略線
図である。

【図６】残像効果のある画像（２）の説明に供する略線
図である。

【図７】蓄積電荷の転送制御手順を示すフローチャート
である。

【図８】他の実施の形態における電荷の蓄積量制御の説
明に供する略線図である。

【図９】高速移動する被写体像の画像を示す略線図であ
る。

【図１０】従来の撮像方法による撮像結果を示す略線図
である。

【図１１】従来の電子シャッタ機能を使用した撮像方法
による撮像結果を示す略線図である。

【符号の説明】

１、１１……被写体、１０……ビデオカメラ、１３……
ＣＣＤ、１４……ゲインアンプ、１５……タイミングジ
ェネレータ、１６……ＣＰＵ、１７……ＲＯＭ、１８…
…ＲＡＭ、２１……フォトダイオード、２２……垂直レ
ジスタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H002 CC00 DB02 DB19 4M118 AA10 AB01 BA13 CA02 FA13 GA10 5C024 AX19 CX54 CX68 CY50 GX03 GY01 GZ18 HX57 HX60

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光学系を介して撮像面に結像される被写体
   の光学像に応じた電荷を各画素に対応した感光部に蓄積
   し、所定の時間毎に垂直転送部に転送する撮像手段と、 上記撮像手段に対して、上記感光部に蓄積された上記電
   荷を掃き捨てる掃捨処理と、上記電荷を上記垂直転送部
   に転送する転送処理とを上記時間の中で交互に繰り返す
   際、上記掃捨処理による上記電荷の掃捨量を制御するこ
   とにより、上記撮像手段の上記撮像面に対する受光感度
   を可変する制御手段とを具えることを特徴とする撮像装
   置。
2. 【請求項２】上記制御手段は、上記時間の中で上記電荷
   の掃捨量を次第に低減するように制御して、上記垂直転
   送部に対する上記電荷の転送処理回数の頻度を上げるこ
   とにより上記受光感度を向上させることを特徴とする請
   求項１に記載の撮像装置。
3. 【請求項３】上記制御手段は、上記時間の中で上記電荷
   の掃捨量を次第に増加するように制御して、上記垂直転
   送部に対する上記電荷の転送処理回数の頻度を下げるこ
   とにより上記受光感度を低下させることを特徴とする請
   求項１に記載の撮像装置。
4. 【請求項４】上記制御手段は、１フィールドに渡る上記
   時間の中で上記掃捨処理による上記電荷の掃捨量を制御
   することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 【請求項５】光学系を介して撮像面に結像される被写体
   の光学像に応じた電荷を各画素に対応した感光部に蓄積
   し、所定の時間毎に垂直転送部に転送するようになされ
   た撮像手段の上記感光部に蓄積された上記電荷を掃き捨
   てる掃捨ステップと、 上記撮像手段の上記感光部に蓄積した上記電荷を上記垂
   直転送部に転送する転送ステップと、 上記撮像手段に対して、上記掃捨ステップと上記転送ス
   テップとを上記時間の中で交互に繰り返す際、上記掃捨
   ステップにおける上記電荷の掃捨量を制御することによ
   り上記撮像手段の上記撮像面に対する受光感度を可変す
   る制御ステップとを具えることを特徴とする受光感度制
   御方法。
6. 【請求項６】上記制御ステップは、上記時間の中で上記
   電荷の掃捨量を次第に低減するように制御して、上記垂
   直転送部に対する上記電荷の転送処理回数の頻度を上げ
   ることにより上記受光感度を向上させることを特徴とす
   る請求項５に記載の受光感度制御方法。
7. 【請求項７】上記制御ステップは、上記時間の中で上記
   電荷の掃捨量を次第に増加するように制御して、上記垂
   直転送部に対する上記電荷の転送処理回数の頻度を下げ
   ることにより上記受光感度を低下させることを特徴とす
   る請求項５に記載の受光感度制御方法。
8. 【請求項８】上記制御ステップは、１フィールドに渡る
   上記時間の中で上記掃捨処理による上記電荷の掃捨量を
   制御することを特徴とする請求項５に記載の受光感度制
   御方法。