JP2004072438A - メカニカルシャッターを用いたビデオカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】従来は、暗電流検出時期と実際の映像信号補正時期に差を生じ、暗電流の経時的な変化に対応できない。また、高速シャッターを用いる場合は、感度を上げるため暗電流補正不足による画質劣化が目立つ。
【解決手段】まず、メカニカルシャッター２により被写体光像を遮断する。撮像装置３からは被写体光像の無い暗電流のみの撮像信号が取り出されて暗電流検出装置６に供給される。暗電流検出装置６は暗電流のみを検出し、検出したその暗電流値を暗電流記憶装置５へ供給して記憶する。次に、メカニカルシャッター２を開け、被写体光像が撮像装置３に結像する。これにより、撮像装置３からは被写体光像と暗電流成分を含む撮像信号が取り出されて、映像信号抽出装置４に供給される。映像信号抽出装置４は入力された撮像信号から、暗電流記憶装置５から供給される暗電流値を減算し、被写体光像成分のみの映像信号を出力する。
【選択図】　　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はメカニカルシャッターを用いたビデオカメラに係り、特に高精細度テレビ（ＨＤＴＶ）画像以上の画素数を持つ撮像装置を用いて被写体光像を電気信号に変換し、この電気信号に含まれる撮像素子の暗電流をメカニカルシャッターを用いて補正して、写真並みの画質の映像信号を得るメカニカルシャッターを用いたビデオカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のメカニカルシャッターを用いたビデオカメラは、特開平１０−１２６６９３号公報に提案されているように、フィールド単位で動作させているビデオカメラから、テレシネ画像に合わせた１フレーム単位の画像を得るために用いている。この従来のビデオカメラでは、例えば、ビデオカメラの第一フィールド走査期間にメカニカルシャッターで被写体光像を遮断し、第二フィールド走査期間にメカニカルシャッターを開き被写体光像を一画面分撮像装置に照射して電荷を蓄積し、撮像装置の読み出しは第一、第二フィールド連続で行う。
【０００３】
これにより、フィールド毎に時間差のない画像が得られ、映画に近い感じの映像信号を得ることができる。この場合のメカニカルシャッターは、被写体光像をフレーム単位で停止させることのみで暗電流検出には用いていない。
【０００４】
一方、暗電流補正装置を備えたビデオカメラとしては、図１３に示すように、被写体光像をレンズ１により撮像装置３に結像して撮像信号を作成し、これを映像信号抽出装置４に暗電流出力と同時に加えて映像信号を得る。暗電流出力は手動でレンズ１の絞りを被写体光像遮断状態に設定して、この時の被写体光像の無い撮像信号を暗電流検出装置６に加え暗電流を作成し、この暗電流を固定データとして暗電流記憶装置５に記憶したものを用いる。このビデオカメラでは、メカニカルシャッターを使用しないで暗電流を補正する。
【０００５】
また、従来のメカニカルシャッターを用いたビデオカメラは、特開平１０−２７１３８５号公報や特開平１１−２７５４２４号公報に開示されているように、ロータリーシャッターを用いてシャッター動作を行わせている。このビデオカメラは図１４に示すように、撮像レンズ２０とカメラ本体２１をバヨネットマウント２２で連結し、カメラ本体２１内にはローパスフィルタ２３、色温度変換等の各種フィルタを内蔵したフィルタディスク２４、ロータリーシャッター２５、色分解プリズム２６及び撮像素子２７ａ、２７ｂ、２７ｃが配設されている。
【０００６】
上記のロータリーシャッター２５は、カメラ本体側から見ると、図１５に示すように、その中心軸２８がベルト２９を介してモータ３０のシャフトに連結され、モータ３０の回転がベルト２９を介して伝達されて高速回転される。ロータリーシャッター２５の一部は透過部分３１とされ、残りは遮蔽部分３２とされている。従って、ロータリーシャッター２５が高速回転することにより、被写体からの入射光は透過と遮光が交互に繰り返される。ロータリーシャッター２５の透過部分３１の位置はセンサ３３により検出される。
【０００７】
このような構造のロータリーシャッター２５は瞬間的な特殊効果を行わせるためのもので、例えば、透過部分３１を高速に撮像素子上を通過させれば、その瞬間の高速シャッター画像が得られる。従って、高速シャッター動作のみが重要に考えられていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特に、固体撮像素子を用いて被写体光像を撮像して映像信号を得る場合、固体撮像素子の暗電流は時間と共に変化するが、これは時間により加算されるものと、温度変化によるものとに分けられる。
【０００９】
従来は、最初に暗電流を長時間の加算平均で算出した後、固定データ化し、使用時にはこの固体データを温度変化で制御し補正量を定めている。このため、暗電流検出時期と、実際の映像信号補正時期に差を生じ、暗電流の経時的な変化に対応できないという問題がある。
【００１０】
また、従来、画素数の少ないＮＴＳＣ方式やＶＧＡと異なり、特にＨＤＴＶ以上の高解像度分野の撮像装置では画素数が多く高精細に暗電流補正を行わなければならないから、固定データではなく、できるだけ暗電流の補正の直前のデータが必要であるということが課題となっている。特に、高速シャッターを用いる場合は、被写体光像の抽出時間が短く、感度を上げるため暗電流補正不足による画質劣化が目立ち、直前データの必要性はより重要である。
【００１１】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、メカニカルシャッターを用いて、暗電流を一定時間ごとに連続して抽出することにより、暗電流の経時的な変化に対応して暗電流補正を正確に行い得るメカニカルシャッターを用いたビデオカメラを提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、メカニカルシャッターを用いて、できるだけ暗電流の補正の直前に補正データを得て暗電流の補正を行い得るメカニカルシャッターを用いたビデオカメラを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、第１の発明は、被写体光像を結像するレンズと、レンズを透過した被写体光像を、遮断又は通過させるメカニカルシャッターと、メカニカルシャッターを透過した被写体光像を、撮像信号に変換する撮像装置と、メカニカルシャッターにより被写体光像を遮断しているときに、撮像装置から出力される撮像信号から暗電流を検出する暗電流検出装置と、暗電流検出装置により検出された暗電流を記憶する暗電流記憶装置と、メカニカルシャッターにより被写体光像を透過しているときに、撮像装置から出力される撮像信号から、暗電流記憶装置に記憶されている暗電流を減算して映像信号を抽出する映像信号抽出装置と、映像同期信号に同期したタイミング信号を発生して、メカニカルシャッターによる被写体光像の遮断間隔を制御するタイミング信号発生装置とを有する構成としたものである。
【００１４】
この発明では、メカニカルシャッターにより一定周期で断続的に被写体光像を撮像装置に入射し、メカニカルシャッターにより撮像装置への被写体光像の入射が遮断されている期間の撮像信号から暗電流を検出するようにしたため、一定周期で暗電流を検出することができ、また、メカニカルシャッターにより撮像装置へ被写体光像が入射されているときの撮像信号から検出した暗電流を減算することにより、暗電流の低減された映像信号を得ることができる。
【００１５】
また、上記の目的を達成するため、第２の発明は、被写体光像を結像すると共に、外部からの制御信号により被写体光像の光量を制御する絞りを備えたレンズと、レンズの絞りにより光量が適正に調整された被写体光像を、遮断又は通過させることで被写体光像の光量を制限するメカニカルシャッターと、メカニカルシャッターを透過した被写体光像を、撮像信号に変換する撮像装置と、レンズの絞りにより被写体光像を遮断したときに、撮像装置から出力される撮像信号から暗電流を検出する暗電流検出装置と、暗電流検出装置により検出された暗電流を記憶する暗電流記憶装置と、メカニカルシャッターにより光量が制限された被写体光像が入射されるときの撮像装置から出力される撮像信号から、暗電流記憶装置に記憶されている暗電流を減算して映像信号を抽出する映像信号抽出装置と、映像同期信号に同期した制御信号を発生して、レンズの絞りを遮断状態及び適正光量調整状態に一定間隔で制御すると共に、映像同期信号に同期したタイミング信号を発生してメカニカルシャッターによる被写体光像の遮断間隔を制御するタイミング信号発生装置とを有する構成としたものである。
【００１６】
この発明では、一定間隔でレンズの絞りを遮断状態にしたときの撮像信号から暗電流を検出するようにしたため、一定周期で暗電流を検出することができ、また、メカニカルシャッターにより撮像装置へ被写体光像の光量が制限されて入射されているときの撮像信号から検出した暗電流を減算することにより、暗電流の低減された映像信号を得ることができる。
【００１７】
また、上記の目的を達成するため、第３の発明は、被写体光像を結像するレンズと、レンズを透過した被写体光像を、遮断又は通過させる第１のメカニカルシャッターと、第１のメカニカルシャッターを透過した被写体光像を、遮断又は通過させる第２のメカニカルシャッターと、第２のメカニカルシャッターを透過した被写体光像を、撮像信号に変換する撮像装置と、第１及び第２のメカニカルシャッターの少なくとも一方により被写体光像を遮断しているときに、撮像装置から出力される撮像信号から暗電流を検出する暗電流検出装置と、暗電流検出装置により検出された暗電流を記憶する暗電流記憶装置と、第１及び第２のメカニカルシャッターにより被写体光像の光量を制御しているときに、撮像装置から出力される撮像信号から、暗電流記憶装置に記憶されている暗電流を減算して映像信号を抽出する映像信号抽出装置と、映像同期信号に同期したタイミング信号を発生して、第１及び第２のメカニカルシャッターによる被写体光像の遮断間隔及び被写体光像の透過期間と遮断期間を制御するタイミング信号発生装置とを有する構成としたものである。
【００１８】
この発明では、第１及び第２のメカニカルシャッターにより撮像装置への被写体光像の入射が遮断されている期間の撮像信号から暗電流を検出するようにしたため、一定周期で暗電流を検出することができ、また、第１及び第２のメカニカルシャッターにより光量が制限された被写体光像が撮像装置へ入射されているときの撮像信号から検出した暗電流を減算することにより、暗電流の低減された映像信号を得ることができる。また、２つのメカニカルシャッターの組み合わせにより、被写体光像の光量調整ができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。図１は本発明になるメカニカルシャッターを用いたビデオカメラの第１の実施の形態のブロック図を示す。同図において、図示しない被写体光像は、まず、レンズ１を透過してメカニカルシャッター２により遮断される。これにより、撮像装置３からは被写体光像の無い暗電流のみの撮像信号が取り出されて暗電流検出装置６に供給される。暗電流検出装置６は暗電流のみを検出し、検出したその暗電流値を暗電流記憶装置５へ供給して記憶する。暗電流記憶装置５は記憶した暗電流値を映像信号抽出装置４に供給する。
【００２０】
次に、メカニカルシャッター２を開け、図示しない被写体光像がレンズ１及びメカニカルシャッター２をそれぞれ透過して撮像装置３に結像する。これにより、撮像装置３からは被写体光像と暗電流成分を含む撮像信号が取り出されて、映像信号抽出装置４に供給される。映像信号抽出装置４は入力された撮像信号から、暗電流記憶装置５から供給される暗電流値を減算し、被写体光像成分のみの映像信号を出力する。この映像信号は映像信号記憶装置７に供給されて記憶される。映像信号記憶装置７から映像信号出力が得られる。なお、レンズ１、メカニカルシャッター２、撮像装置３、暗電流記憶装置５及び映像信号記憶装置７は、タイミング信号発生装置８からのタイミング信号に基づいて同期して動作する。
【００２１】
次に、図１に示す本実施の形態の動作について、図２及び図３のタイミングチャートを併せ参照して更に詳細に説明する。タイミング信号発生装置８は図２（Ａ）に示す垂直同期信号ＶＤに同期した、図２（Ｂ）に示すタイミング信号Ｔ２を作成する。このタイミング信号Ｔ２は、メカニカルシャッター２の開閉制御信号であり、そのハイレベル期間はメカニカルシャッター２の遮断部がレンズ１から撮像装置３に至る入射光の光路に位置するように（すなわち、光遮断状態とし）、ローレベル期間はメカニカルシャッター２の透過部が上記の入射光の光路に位置するように（すなわち、光通過状態）する。
【００２２】
図２（Ｂ）に示すタイミング信号Ｔ２によりメカニカルシャッター２により被写体光像が遮断された遮断期間１の時は撮像装置３で光蓄積され、次の垂直同期信号ＶＤのタイミングで、図２（Ｃ）にＩで示すように撮像装置３より被写体光像の無い暗電流のみの撮像信号が出力される。この撮像信号は暗電流Ｉとして暗電流検出装置６で検出され、暗電流記憶装置５にその暗電流値が記憶される。この暗電流記憶装置５に記憶された暗電流値は、図２（Ｄ）に示すように暗電流出力ｉ１として映像信号抽出装置４に連続して加えられる。
【００２３】
その後、タイミング信号Ｔ２がローレベルとなり、メカニカルシャッター２が光通過状態とされることにより、撮像装置３に被写体光像が照射され、これにより撮像装置３により得られた被写体光像を含む撮像信号は、映像信号抽出装置４で暗電流出力ｉ１が削除され、図２（Ｅ）に示すように暗電流の低減された映像信号が映像信号抽出装置４から出力されて、映像信号記憶装置７に記憶される。
【００２４】
メカニカルシャッター２の遮断期間により被写体光像は遮断されるから、このときは映像信号記憶装置７から同じ映像信号出力を続けて出力し、連続性を保つ。その後、再びタイミング信号Ｔ２のハイレベル期間（遮断期間２）でメカニカルシャッター２により被写体光像が遮断されて撮像装置３で光蓄積され、次の垂直同期信号ＶＤのタイミングで、図２（Ｃ）にＩＩで示すように撮像装置３より被写体光像の無い暗電流のみの撮像信号が出力される。この撮像信号は暗電流ＩＩとして暗電流検出装置６で検出され、暗電流記憶装置５にその暗電流値が記憶される。この暗電流記憶装置５に記憶された暗電流値は、図２（Ｄ）に示すように暗電流出力ｉ２として映像信号抽出装置４に連続して加えられる。
【００２５】
メカニカルシャッター２のある遮断期間から次の遮断期間までの時間間隔、すなわち、メカニカルシャッター２の遮断間隔は温度変化、撮像装置２の感度により設定するが、空調のきいた室内であれば１０分ぐらいで十分である。温度変化の激しい屋外では５分以内に設定する。撮像装置２の感度を高くした場合は暗電流変動も大きくなるため、やはり５分以内が目安となる。
【００２６】
また、タイミング信号発生装置８は、撮像装置３の動作制御用タイミング信号Ｔ３、暗電流記憶装置５の書き込み／読み出しの制御用タイミング信号Ｔ４及び映像信号記憶装置７の書き込み／読み出しの制御用タイミング信号Ｔ５を、上記のメカニカルシャッター制御用タイミング信号Ｔ２に準じて作成する。また、遮断間隔が長い場合は、レンズ１の絞りをタイミング発生装置８が発生するタイミング信号Ｔ１により制御して被写体光像を遮断してもよい。
【００２７】
以上により、本実施の形態によれば、できるだけ暗電流の補正の直前のデータを用いて連続的に暗電流補正を行うようにしているため、撮像装置３がＨＤＴＶ方式の画像の画素数よりも多い画素数を有し、高精細な撮像信号を得るビデオカメラにおいても、十分良好な画質を得ることができる。
【００２８】
図３は撮像信号にノイズが多い場合の図１の実施の形態のタイミングチャートを示す。図３中、図２と同一信号は同一符号を付してある。撮像信号にノイズが多い場合は、図３（Ａ）に示す垂直同期信号ＶＤに同期して発生される図３（Ｂ）に示すタイミング信号Ｔ２のハイレベル期間、すなわち、メカニカルシャッター２の被写体光像の遮断期間を図２の場合よりも長くして、この長い遮断期間に得られる撮像装置３から出力される図３（Ｃ）に示す撮像信号である暗電流を加算平均してノイズを削減する。
【００２９】
これにより、暗電流検出装置６から出力される暗電流は図３（Ｄ）に示され、映像信号抽出装置４により暗電流補正された映像信号は同図（Ｅ）に示される。この例では、遮断期間が長いため、補間映像信号も多くなる。
【００３０】
図４は図１のメカニカルシャッター２の外観形状の斜視図を示す。図４において、メカニカルシャッター２は円盤状で、外縁部１０ｄを残して所定角度範囲（ここでは３１５度）繰り抜かれた透過部１０ａと、残りの遮断部１０ｂとからなり、かつ、中心部に中心軸１０ｃが設けられた構造とされている。中心軸１０ｃは図示しないモータの回転力が伝達され、メカニカルシャッター２を回転する。
【００３１】
このメカニカルシャッター２は、連続的に暗電流補正する場合は、一定時間で回転させて用いる。例えば、図４の例では遮断部１０ｂは４５度の角度範囲設けられているので、遮断期間は一回転の１／８倍の期間であるため、一回転を８×Ｔ_ＶＤ（ただし、Ｔ_ＶＤは１垂直走査期間）として、垂直同期信号ＶＤに同期させて用いればよい。遮断間隔を長くする場合は垂直走査期間の整数倍を基準に設定して用いる。
【００３２】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図５は本発明になるメカニカルシャッターを用いたビデオカメラの第２の実施の形態のブロック図を示す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図５において、レンズ１と撮像装置３の間にメカニカルシャッターが設けられている点は第１の実施の形態と同様であるが、第２の実施の形態のメカニカルシャッター１１は、前記メカニカルシャッター２とは構造が異なり、図６の斜視図の如き構成とされており、また、タイミング信号発生装置１２によりメカニカルシャッター１１の開閉制御を行うのに加えて、レンズ１の絞り制御も行う点が第１の実施の形態と異なる。
【００３３】
メカニカルシャッター１１は図６に示すように、円盤１３に等角度間隔で透過部１４ａと遮断部１４ｂとが交互に８つずつ形成され、中心部に中心軸１５が形成された構造である。８つの透過部１４ａは、円盤１３に穿設された大略扇形状の開口部である。メカニカルシャッター１１はタイミング信号Ｔ２により回転制御される、図示しないモータにより回転力が中心軸１５に伝達されて回転する。また、メカニカルシャッター１１の透過部１４ａと遮断部１４ｂは、レンズ１から撮像装置３の入射面に至る被写体光像の光路中に設けられ、上記の回転により、被写体光像を断続的に撮像装置３に入射する。
【００３４】
撮像装置３は図１と同様にＨＤＴＶ方式画像の画素数よりも多い（例えば４倍）画素数の高精細度画像を得る撮像装置であり、各画素は例えば図７に示す回路構成とされている。同図において、フォトダイオードＰｄは入射光を光電変換して入射光レベルに応じた量の電荷を発生する。フォトダイオードＰｄのカソードは、リセット用トランジスタＴｒ１のソース、ドレインを介して電源端子に接続されると共に、転送用トランジスタＴｒ２のドレイン、ソースを介して電荷蓄積用コンデンサＣ１の一端と、リセット用トランジスタＴｒ３のソースと、増幅用トランジスタＴｒ４のゲートとの共通接続点に接続されている。
【００３５】
フォトダイオードＰｄのアノード及びコンデンサＣ１の他端は例えば接地されている。また、リセット用トランジスタＴｒ３のドレイン及び増幅用トランジスタＴｒ４のドレインは電源端子に接続されており、増幅用トランジスタＴｒ４のソースは、信号出力ラインに接続されている。
【００３６】
この１画素回路の動作につき、図８と共に説明するに、図８（Ａ）に示す垂直同期信号ＶＤに同期したリセットパルスＲｅｓｅｔ１がトランジスタＴｒ１のゲートに印加されてこれをスイッチングする。図８（Ｂ）に示すリセットパルスＲｅｓｅｔ１がハイレベルである垂直帰線期間内に、トランジスタＴｒ１がオンとされ、フォトダイオードＰｄが一定電位にリセットされる。このリセット期間は短期間であり、続いてリセットパルスＲｅｓｅｔ１がローレベルとされてトランジスタＴｒ１がオフとされると、フォトダイオードＰｄは入射光量に応じた電荷を発生し、その電荷蓄積量は図８（Ｃ）に示すように漸次増加していく。
【００３７】
次の垂直同期信号ＶＤが入力されると同時に、トランジスタＴｒ３のゲートに図８（Ｄ）に示すように、ハイレベルのリセットパルスＲｅｓｅｔ２が印加され、トランジスタＴｒ３をオンとするため、このオン期間、電源端子からの電圧がトランジスタＴｒ３のドレイン、ソースを介してコンデンサＣ１に印加され、これを一定電位にリセットする。続いて、同じ垂直帰線期間内でリセットパルスＲｅｓｅｔ２がローレベルとされてトランジスタＴｒ３をオフとすると同時に、図８（Ｅ）に示すように、ハイレベルの転送パルスがトランジスタＴｒ２のゲートに印加され、これをオンとするため、その時点のフォトダイオードＰｄの蓄積電荷がトランジスタＴｒ２のドレイン、ソースを通してコンデンサＣ１へ転送され、コンデンサＣ１に蓄積される。
【００３８】
上記のコンデンサＣ１に蓄積された電荷による端子電圧は、ソースフォロワを構成する増幅用トランジスタＴｒ４により増幅されて信号出力ラインへ出力される。また、上記のトランジスタＴｒ２が短期間オンとされた後、同じ垂直帰線期間内で転送パルスがローレベルとされてトランジスタＴｒ２をオフとすると同時に、図８（Ｂ）に示すように、ハイレベルのリセットパルスＲｅｓｅｔ１がトランジスタＴｒ１のゲートに印加されてこれをオンとし、フォトダイオードＰｄをリセットする。以下、上記と同様の動作が繰り返される。
【００３９】
ここで、フォトダイオードＰｄがリセット解除されてから次にコンデンサＣ１がリセットされる直前までの期間Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２は、信号出力ラインへ各画素からの信号が時系列的に合成されて出力される信号出力期間であり、この信号出力期間に図８（Ｆ）に示す如き撮像信号が信号出力ラインへ出力される。
【００４０】
次に、図５の第２の実施の形態の動作について図９のタイミングチャートを併せ参照して説明する。図５のタイミング信号発生装置１２は、図９（Ａ）に示す垂直同期信号ＶＤに同期した１垂直走査周期の図９（Ｂ）に示すメカニカルシャッター開閉制御パルスＴ２を発生してメカニカルシャッター１１を開閉制御すると共に、絞り制御パルスＴ１を図９（Ｃ）に示すように垂直同期信号ＶＤに同期して発生してレンズ１の絞りを制御する。
【００４１】
絞り制御パルスＴ１は、そのハイレベル期間（図９（Ｃ）の例では１垂直走査期間）、レンズ１の絞りを遮断状態とし、そのローレベル期間（図９（Ｃ）の例では７垂直走査期間）、レンズ１の絞りの遮断状態を解除する。この絞り制御パルスＴ１により、まず、レンズ１の絞りが遮断状態とされると、この期間では被写体光像がレンズ１を透過せず、撮像装置３には被写体光像が入射せず、撮像装置３は被写体光像の無い暗電流のみの撮像信号を蓄積し、次の垂直同期信号ＶＤのタイミングで、図９（Ｄ）にＩＩＩで示すように撮像装置３より暗電流のみの撮像信号が出力される。
【００４２】
このときの撮像信号は図５の暗電流検出装置６で暗電流として検出され、その値が暗電流記憶装置５に記憶される。暗電流記憶装置５に記憶された暗電流値は、タイミング信号発生装置１２からの書き込み／読み出し制御信号Ｔ４により図９（Ｅ）にｉ３で示すように連続的に読み出されて図５の映像信号抽出装置４に供給される。
【００４３】
続いて、絞り制御パルスＴ１がローレベルとされ、そのローレベル期間（図９（Ｃ）の例では７垂直走査期間）、レンズ１の絞りの遮断状態が解除され、被写体光像を適正光量に調整した後、撮像装置３に照射する。このレンズ１の絞りの遮断が解除されて適正光量とされた期間では、被写体光像がレンズ１を透過し、更に図９（Ｂ）に示すタイミング信号Ｔ２により開閉制御されるメカニカルシャッター１１により断続的に撮像装置３に入射される。このタイミング信号Ｔ２のハイレベル期間はメカニカルシャッター１１により光遮断状態とされ、ローレベル期間はメカニカルシャッター１１を光が透過する。
【００４４】
ここで、レンズ１の絞りの遮断が解除されて適正光量とされた期間において、撮像装置３はメカニカルシャッター１１により各画素のフォトダイオード（図７のＰｄ）の蓄積時間が可変制御される。すなわち、図８に示した例では、各画素のフォトダイオードＰｄはあるリセット解除時点から次にリセットされる直前までのＰＤ蓄積時間が一定であるが、このＰＤ蓄積時間がメカニカルシャッター１１により光透過時間が光遮断時間よりも短くされるほど短くなる。
【００４５】
この蓄積時間が短くなると、被写体光像が移動した場合でも、画像としては移動が少なくなり静止画に近くなり、逆に蓄積時間が長くなると、被写体光像の移動分が画像に含まれるため、移動個所はボケた感じになる。なお、この実施の形態では、１垂直走査期間の半分の期間が光透過時間となるようにメカニカルシャッター１１が制御される。
【００４６】
映像信号抽出装置４は、レンズ１の絞りの遮断が解除されて適正光量とされた期間に、レンズ１及びメカニカルシャッター１１を透過して撮像装置３に入射された被写体光像を撮像して得られた、図９（Ｄ）に示す撮像信号から、上記の暗電流記憶装置５から連続的に読み出された暗電流を減算して、暗電流成分が削除された信号を映像信号として出力し、映像信号記憶装置７に供給する。
【００４７】
レンズ１の絞りの遮断期間、被写体光像は遮断されるから、このときは映像信号記憶装置７から同じ映像信号出力を続けて出力し、連続性を保つ。遮断間隔は温度変化、撮像装置の感度により設定するが、空調のきいた室内であれば１０分ぐらいで十分である。温度変化の激しい屋外では５分以内に設定する。撮像装置３の感度を高くした場合は暗電流変動も大きくなるためやはり５分以内が目安となる。
【００４８】
以上により、本実施の形態も第１の実施の形態と同様に連続的に暗電流補正を行うことができるから、撮像装置３がＨＤＴＶ画像の画素数よりも多い画素数の高精細度画像を得る撮像装置においても、十分良好な写真並みの画質を得ることができる。更に、本実施の形態では、メカニカルシャッター１１による画素の電荷蓄積時間を可変制御できる。
【００４９】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図１０は本発明になるメカニカルシャッターを用いたビデオカメラの第３の実施の形態のブロック図を示す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図１０に示す第３の実施の形態は、図１の示した第１の実施の形態と同様にレンズ１と撮像装置３の間にメカニカルシャッターを設け、被写体光像を断続的に撮像装置３に入射するものであるが、本実施の形態で使用するメカニカルシャッター１６は、前記メカニカルシャッター２及び１１とは構造が異なり、図１１の斜視図の如き構成とされている点に特徴がある。
【００５０】
図１１中、図６と同一構成部分には同一符号を付してある。図１１において、メカニカルシャッター１６は、円盤１３に２２．５°間隔で透過部１９ａと遮断部１９ｂとを交互に８つずつ形成した場合の任意の一つの透過部１９ａを、遮断部１９ｃとしたものであり、従って、透過部１９ａは全体として７つ設けられ、相隣る透過部１９ａは２２．５°間隔の個所が６個所と、４５°間隔の個所が１個所からなる。この透過部１９ａは、円盤１３に穿設された大略扇形状の開口部である。
【００５１】
また、円盤１３の中心部には中心軸１５が形成されている。メカニカルシャッター１６はタイミング信号Ｔ６により回転制御される、図示しないモータにより回転力が中心軸１５に伝達されて回転する。また、メカニカルシャッター１６の透過部１９ａと遮断部１９ｂ及び１９ｃは、レンズ１から撮像装置３の入射面に至る被写体光像の光路中に設けられ、上記の回転により、被写体光像を断続的に撮像装置３に入射する。
【００５２】
このメカニカルシャッター１６では、遮断部１９ｃとそれに隣接する一つの遮断部１９ｂとにより完全遮断部分が形成され、残りの遮断部１９ｂと透過部１９ａとにより一部分遮断部分であるシャッター部分が形成され、それらが共用されるから構造が簡略化される。メカニカルシャッター１６は一定回転数で回転され、完全遮断部分と一部分遮断部分とが１：７の割合で繰り返される。図１１の例ではメカニカルシャッター１６は、例えば一回転期間を垂直走査期間の８倍の期間として、垂直同期信号ＶＤに同期させて回転制御される。遮断間隔を長くする場合はＶＤの整数倍を基準に設定して用いる。
【００５３】
次に、図１０に示す第３の実施の形態の動作について、図１２のタイミングチャートを併せ参照して説明する。タイミング信号発生装置１７は図１２（Ａ）に示す垂直同期信号ＶＤに同期した、図１２（Ｂ）に示すタイミング信号Ｔ６を作成する。このタイミング信号Ｔ６は、メカニカルシャッター１６の開閉制御信号であり、そのハイレベル期間はメカニカルシャッター１６の遮断部１９ｂ又は１９ｃがレンズ１から撮像装置３に至る入射光の光路に位置するように（すなわち、光遮断状態とし）、ローレベル期間はメカニカルシャッター１６の透過部１９ａが上記の入射光の光路に位置するように（すなわち、光通過状態）とする。
【００５４】
図１２（Ｂ）に示すタイミング信号Ｔ６により、まず、メカニカルシャッター１６の遮断部１９ｃ及びそれに隣接する遮断部１９ｂにより、被写体光像が１垂直走査期間遮断され、その遮断期間では撮像装置３で光蓄積が行われ、次の垂直同期信号ＶＤのタイミングで、図１２（Ｃ）にＩＶで示すように撮像装置３より被写体光像の無い暗電流のみの撮像信号が出力される。この撮像信号は暗電流として暗電流検出装置６で検出され、暗電流記憶装置５にその暗電流値が記憶される。この暗電流記憶装置５に記憶された暗電流値は、図１２（Ｄ）に示すように暗電流出力ｉ４として映像信号抽出装置４に連続して加えられる。
【００５５】
その後、タイミング信号Ｔ６がローレベルとなり、メカニカルシャッター１６が光通過状態とされることにより、撮像装置３に被写体光像が照射され、これにより撮像装置３により得られた被写体光像を含む撮像信号は、映像信号抽出装置４で暗電流出力ｉ４が削除され、図１２（Ｅ）に示すように暗電流の低減された映像信号が映像信号抽出装置４から出力されて、映像信号記憶装置７に記憶される。メカニカルシャッター１６の遮断期間により被写体光像は遮断されるから、このときは映像信号記憶装置７から同じ映像信号出力を続けて出力し、連続性を保つ。
【００５６】
また、本実施の形態では、８垂直走査期間内のうち７垂直走査期間では１垂直走査期間のほぼ半分の期間、メカニカルシャッター１６の遮断部１９ｂにより光遮断状態となり、このとき撮像装置３は第２の実施の形態と同様に、メカニカルシャッター１６により各画素のフォトダイオード（図７のＰｄ）の蓄積時間が可変制御される。
【００５７】
以上により、本実施の形態も第１及び第２の実施の形態と同様に連続的に暗電流補正を行うことができるから、撮像装置３がＨＤＴＶ画像の画素数よりも多い画素数の高精細度画像を得る撮像装置においても、十分良好な写真並みの画質を得ることができる。更に、本実施の形態では、メカニカルシャッター１６により画素の電荷蓄積時間を可変制御できる。
【００５８】
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。この第４の実施の形態は、図１０のブロック図に示すように、レンズ１と撮像装置３との間の被写体光像の光路中に上記のメカニカルシャッター１６に加えて、更にもう一つのメカニカルシャッター１８を設け、これをタイミング信号発生装置１７からのタイミング信号Ｔ７により回転制御するようにしたものである。上記のメカニカルシャッター１８としては、例えば図６に示した構造のメカニカルシャッター１１を使用し得る。
【００５９】
ここで、タイミング信号Ｔ６とＴ７は、二組のメカニカルシャッター１６及び１８の回転数を同一とし、かつ、互いの遮断部及び透過部の重ね角度を可変できるように互いの位相が可変制御可能とされている。二組のメカニカルシャッター１６及び１８は、メカニカルシャッター１８としては前記メカニカルシャッター１１を使用した場合、互いの透過部の重なりの角度を調整することにより、遮断面積をほぼ半分から完全な遮断状態までの任意の遮断面積が得られ、その結果、一つのメカニカルシャッターだけでは固定されている入射光量を必要量に調整することができる。
【００６０】
また、メカニカルシャッター１６及び１８の透過部分面積をＶＤ期間の半分以下に設定することにより、このメカニカルシャッター１６及び１８の遮蔽部分を２枚組み合わせれば被写体光像の透過は遮断状態とすることができるから、暗電流抽出時には遮断状態とし、照射時間を制御する場合は重ね合わせ状態を変化させて用いれば適正な照射時間を得ることができる。遮断状態の場合、メカニカルシャッター全体が同時に遮断できるから暗電流抽出のための遮断時間は非常に広範囲に設定できる。
【００６１】
また、メカニカルシャッター１６だけを固定してもよい。この場合、メカニカルシャッター１６の遮断部１９ｃ又は１９ｂが撮像装置３の入射被写体光像の光路上に位置するように固定した場合は、撮像装置３から暗電流を示す撮像信号を得ることができる。また、メカニカルシャッター１６の透過部１９ａが撮像装置３の入射被写体光像の光路上に位置するように固定した場合は、回転するメカニカルシャッター１８から断続して撮像装置３に被写体光像が入射される。更に、メカニカルシャッター１６の透過部１９ａと遮断部１９ｂの境界位置を撮像装置３の入射被写体光像の光路上に位置するように固定してもよい。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、一つ又は二つのメカニカルシャッターにより、あるいはレンズの絞りにより一定周期で撮像装置への被写体光像の入射が遮断されている期間の撮像信号から暗電流を検出するようにしたため、暗電流の経時的な変化に対応して暗電流を正確に検出することができる。
【００６３】
また、本発明によれば、比較的短時間間隔で暗電流検出して暗電流の正確な補正ができるため、特に感度を上げるため暗電流補正不足による画質劣化が目立つＨＤＴＶ以上の高解像度分野の撮像装置に適用して好適である。
【００６４】
更に、本発明によれば、一つ又は二つのメカニカルシャッターにより、あるいはレンズの絞りにより一定周期で撮像装置への被写体光像の入射が遮断されている期間の撮像信号から暗電流を検出し、撮像装置へ被写体光像が入射されているときの撮像信号から検出した暗電流を減算するようにしたため、暗電流が正確に補正された映像信号を得ることができる。
【００６５】
また、更に本発明によれば、第１及び第２のメカニカルシャッターのそれぞれの透過部と遮断部の重ね合わせ角度を調整するようにしたため、入射光量を必要に応じて任意に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のブロック図である。
【図２】図１の動作説明用タイミングチャートである。
【図３】撮像信号にノイズが多い場合の図１の動作説明用タイミングチャートである。
【図４】図１のビデオカメラで使用するメカニカルシャッターの一例の形状を示す斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態のブロック図である。
【図６】図５のビデオカメラで使用するメカニカルシャッターの一例の形状を示す斜視図である。
【図７】本発明における撮像装置の一画素回路の一例の回路図である。
【図８】図７の動作説明用タイミングチャートである。
【図９】図５の動作説明用タイミングチャートである。
【図１０】本発明の第３及び第４の実施の形態のブロック図である。
【図１１】図１０のビデオカメラで使用するメカニカルシャッターの一例の形状を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態の動作説明用タイミングチャートである。
【図１３】従来の一例のブロック図である。
【図１４】従来の他の例を示す構成図である。
【図１５】図１４のロータリーシャッター形状例を示す図である。
【符号の説明】
１　レンズ
２、１１、１６、１８　メカニカルシャッター
３　撮像装置
４　映像信号抽出装置
５　暗電流記憶装置
６　暗電流検出装置
７　映像信号記憶装置
８、１２、１７　タイミング信号発生装置
１０ａ、１４ａ、１９ａ　透過部
１０ｂ、１４ｂ、１９ｂ、１９ｃ　遮断部
１０ｃ、１５　中心軸
１０ｄ　外縁部
１３　円盤
Ｐｄ　フォトダイオード
Ｔｒ１、Ｔｒ３　リセット用トランジスタ
Ｔｒ２　転送用トランジスタ
Ｔｒ４　増幅用トランジスタ
Ｃ１　電荷蓄積用コンデンサ

Claims (3)

1. 被写体光像を結像するレンズと、
   前記レンズを透過した前記被写体光像を、遮断又は通過させるメカニカルシャッターと、
   前記メカニカルシャッターを透過した前記被写体光像を、撮像信号に変換する撮像装置と、
   前記メカニカルシャッターにより前記被写体光像を遮断しているときに、前記撮像装置から出力される撮像信号から暗電流を検出する暗電流検出装置と、
   前記暗電流検出装置により検出された暗電流を記憶する暗電流記憶装置と、
   前記メカニカルシャッターにより前記被写体光像を透過しているときに、前記撮像装置から出力される撮像信号から、前記暗電流記憶装置に記憶されている前記暗電流を減算して映像信号を抽出する映像信号抽出装置と、
   映像同期信号に同期したタイミング信号を発生して、前記メカニカルシャッターによる前記被写体光像の遮断間隔を制御するタイミング信号発生装置と
   を有することを特徴とするメカニカルシャッターを用いたビデオカメラ。
2. 被写体光像を結像すると共に、外部からの制御信号により前記被写体光像の光量を制御する絞りを備えたレンズと、
   前記レンズの絞りにより光量が適正に調整された前記被写体光像を、遮断又は通過させることで該被写体光像の光量を制限するメカニカルシャッターと、
   前記メカニカルシャッターを透過した前記被写体光像を、撮像信号に変換する撮像装置と、
   前記レンズの絞りにより前記被写体光像を遮断したときに、前記撮像装置から出力される撮像信号から暗電流を検出する暗電流検出装置と、
   前記暗電流検出装置により検出された暗電流を記憶する暗電流記憶装置と、
   前記メカニカルシャッターにより光量が制限された前記被写体光像が入射されるときの前記撮像装置から出力される撮像信号から、前記暗電流記憶装置に記憶されている前記暗電流を減算して映像信号を抽出する映像信号抽出装置と、
   映像同期信号に同期した前記制御信号を発生して、前記レンズの絞りを遮断状態及び適正光量調整状態に一定間隔で制御すると共に、該映像同期信号に同期したタイミング信号を発生して前記メカニカルシャッターによる前記被写体光像の遮断間隔を制御するタイミング信号発生装置と
   を有することを特徴とするメカニカルシャッターを用いたビデオカメラ。
3. 被写体光像を結像するレンズと、
   前記レンズを透過した前記被写体光像を、遮断又は通過させる第１のメカニカルシャッターと、
   前記第１のメカニカルシャッターを透過した前記被写体光像を、遮断又は通過させる第２のメカニカルシャッターと、
   前記第２のメカニカルシャッターを透過した前記被写体光像を、撮像信号に変換する撮像装置と、
   前記第１及び第２のメカニカルシャッターの少なくとも一方により前記被写体光像を遮断しているときに、前記撮像装置から出力される撮像信号から暗電流を検出する暗電流検出装置と、
   前記暗電流検出装置により検出された暗電流を記憶する暗電流記憶装置と、
   前記第１及び第２のメカニカルシャッターにより前記被写体光像の光量を制御しているときに、前記撮像装置から出力される撮像信号から、前記暗電流記憶装置に記憶されている前記暗電流を減算して映像信号を抽出する映像信号抽出装置と、
   映像同期信号に同期したタイミング信号を発生して、前記第１及び第２のメカニカルシャッターによる前記被写体光像の遮断間隔及び前記被写体光像の透過期間と遮断期間を制御するタイミング信号発生装置と
   を有することを特徴とするメカニカルシャッターを用いたビデオカメラ。

Images