JP2578605B2 - 高感度化撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ランダムノイズを軽減し高感度化を計っ
た非破壊読み出し可能なイメージセンサを用いた撮像装
置に関する。

〔従来の技術〕

従来、電子スチルカメラで静止画を撮像する場合や、
通常のTVの有効露光繰り返し周期（1/30秒）より長い露
光繰り返し周期をもつビデオカメラなどにおいては、一
度光信号の読み出しを行うと各画素を構成するセルの信
号電荷を全部読み出してしまう破壊読み出し型のイメー
ジセンサが用いられている。そして一回露光されたイメ
ージセンサは一回だけ走査されて、イメージセンサの各
画素に発生する光量に対応した電荷が読み出され、適当
な信号処理を施された後、該画像信号を半導体フレーム
メモリや磁気ディスクなどに蓄えられるようになってい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで上記のような撮像装置においてイメージセン
サの出力信号が該イメージセンサに内蔵されているプリ
アンプによって増幅される場合、そのSN比はプリアンプ
から発生するランダムノイズによって決定されることが
ある。

プリアンプから発生するランダムノイズを減少させる
ための種々の努力はなされているが理論的に限界があ
り、またイメージセンサへの入射光量に対する出力電
圧，電流を大きくすることにも限界があった。したがっ
て、従来の撮像装置においては、イメージセンサへの入
射光量がきまると、得られる出力信号のSN比にも限界が
あった。

本発明は、従来の撮像装置における上記問題点を解決
するためになされたもので、イメージセンサへの入射光
量に対するSN比の限界を向上させ高感度化を計った撮像
装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕

上記問題点を解決するため、本発明は、イメージセン
サとして非破壊読み出しが可能に構成されたものを用
い、該イメージセンサの光電変換面上に形成された電荷
像を１フレーム毎に複数回読み出しを行うようにするも
のである。すなわち、光学像を光電変換し非破壊読み出
し可能に構成したイメージセンサと、該イメージセンサ
の光電面上に瞬間的に被写体光学像を露光する手段と、
前記イメージセンサから１フレームの光信号を複数回読
み出す手段と、前記イメージセンサから複数回読み出さ
れた１フレームの光信号を順次加算して記憶する積分器
と、該積分器における積分加算回数が所定数に達した時
イメージセンサから積分器への入力を停止し、積分出力
信号を出力させる手段とで撮像装置を構成するものであ
る。

このように構成することにより、イメージセンサに瞬
間的に入射された光学像を光電変換して得られた１フレ
ームの光信号は、複数回非破壊的に読み出されて積分さ
れたのち出力される。このようにイメージセンサの１フ
レームの同一光信号を、例えばｎ回読み出し積分したと
すると、当然のことながら信号はｎ倍大きくなり、一方
全くランダムに変化するランダムノイズは となる。したがってｎ回積分して出力することにより、
SN比は だけ向上し、より高感度の撮像装置を実現することが可
能となる。

〔実施例〕

以下実施例について説明する。第１図は、本発明に係
る高感度化撮像装置の一実施例を示すブロック構成図で
ある。図において、１はレンズで被写体２の光学像をイ
メージセンサ４の光電変換面上に結像させるものであ
り、３はイメージセンサ４の光電変換面上へ光学像を瞬
間的に透過させるためのシャッターである。イメージセ
ンサ４は光学像を電気信号に変換するもので、光電変換
により得られた光信号を非破壊的に読み出し可能な構
成、すなわち同一光信号を複数回読み出しても光電変換
面上の電荷像は破壊されない構成のものが用いられてい
る。非破壊読み出し可能な構成のイメージセンサとして
は、CMD（Charge Modulation Device）やSIT（Static I
nduction Transistor）などの内部増幅型受光素子を画
素として用いたものが、例えば特開昭61−84059号や特
願61−176290号に提案されている。

５はシャッタードライバーで、人為的にあるいは自動
的に前記シャッター３を一定時間開状態に駆動するもの
である。６は積分器で、イメージセンサ４の画素数と同
数のアドレスをもつフレームメモリと、このメモリから
読み出された信号とイメージセンサ４から読み出された
信号とを加算してフレームメモリに記憶させる加算器
と、A/Dコンバータと、D/Aコンバータなどで構成されて
いて、イメージセンサ４からのフレーム毎の複数回読み
出し信号を順次積分し、積分結果をアナログ信号で出力
するものである。７は積分器６における積分回数を計数
するカウンタで、所定のｎ回のカウントを終了すると、
スイッチ８を操作してイメージセンサ４から積分器６へ
の信号の入力を停止させるようになっている。９はクロ
ック信号発生回路で、次のような動作に必要なクロック
パルスを発生させるものである。すなわち、シャッター
ドライバー５で発生するシャッター開→閉信号と同期し
てイメージセンサ４の読み出し走査を開始すること、前
記イメージセンサ４の各画素に対応した積分器６のフレ
ームメモリのアドレスのデータを読み出し、イメージセ
ンサ４の出力と加算して再びそのデータをフレームメモ
リに記憶させること、積分回数を数えるカウンタを動作
させること等に必要なクロックパルスを発生する。

次にこのように構成した撮像装置の動作について説明
する。シャッタードライバー５からのシャッター開信号
によりシャッター３が開かれると、イメージセンサ４の
光電変換面上に光学像が瞬間的に入射して、電気信号に
変換され電荷像が形成される。続いてシャッタードライ
バー５からのシャッター開→閉信号によりシャッター３
が閉じられると共に、これと同期してイメージセンサ４
の電荷像の読み出し走査が開始される。そしてこの第１
回目の読み出し走査による１フレームの光信号は、積分
器６のフレームメモリに記憶される。次いでイメージセ
ンサ４の同一電荷像の第２回目の読み出し走査が行わ
れ、このイメージセンサ４からの第２回目の読み出し光
信号と、前記フレームメモリから読み出された第１走査
時の信号とが加算器で加算され、その加算された信号は
再びフレームメモリに記憶される。以下このイメージセ
ンサ及びフレームメモリからの信号読み出し及び加算動
作が繰り返され、積分動作が続行される。

積分加算回数が設定された所定数に達すると、カウン
タ７からの信号によりスイッチ８が操作され、イメージ
センサ４から積分器６への信号の入力が停止する。そし
て所定回数読み出し積分された１フレームの電荷像の光
信号がアナログ信号として積分器６より出力される。

第２図（Ａ）〜（Ｃ）は、イメージセンサ４からの同
一電荷像の光信号をｎ回読み出し積分する場合のタイミ
ング説明図である。第２図（Ａ）は、シャッタードライ
ブ信号を示す図で、時間t₁において被写体の明るさに対
応して定められたイメージセンサにとって最適露光時間
Δｔだけシャッターを開く態様を示している。第２図
（Ｂ）は、時間t₂でシャッターが閉じた後に、前記露光
時間Δｔに対応してイメージセンサの光電変換面上に形
成された１フレームの電荷像をｎ回読み出した時の信号
列の態様を示しており、第２図（Ｃ）は、第２図（Ｂ）
に示した信号列を順次積分していき、ｎ回積分すること
によりｎ倍の信号振幅が得られることを示している。

このようにイメージセンサの同一電荷像より光信号を
ｎ回読み出し積分することにより、ｎ倍の振幅をもちSN
比が されて、ランダムノイズが軽減された出力信号が得られ
る。

第３図は、本発明の第２実施例を示すブロック構成図
である。この実施例は、第１図に示した実施例における
シャッターの代わりに被写体２を一時的に照射する被写
体照明光光源10を設け、スイッチ11を手動又は制御機構
により操作して、露光時間Δｔだけ点灯して被写体を露
光し、その光学像をレンズ１を介してイメージセンサ４
に入射するようにしたもので、他の構成は第１図に示し
た第１実施例と同一であり、第１実施例と同様な作用効
果が得られるものである。

上記各実施例において、イメージセンサの光電変換面
上に光学像に対応した電荷像を保存したまま長時間繰り
返し信号を読み出すと、暗電流の発生によって読み出し
信号のレベルが徐々に上昇してくることが考えられる。
これに対処するために、イメージセンサの出力レベル
を、読み出し積分回数に応じて低減していく補正手段を
設けることによって、暗電流による影響を防止すること
ができる。

〔発明の効果〕

以上実施例に基づいて説明したように、本発明によれ
ば、イメージセンサの光電変換面上に光学像に対応した
電荷像を保持したまま繰り返し信号を読み出し積分する
ことにより、SN比を向上させランダムノイズを低減した
出力信号を得ることができ、これによりより暗くより速
い被写体を高感度で撮像することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る高感度化撮像装置の一実施例の
ブロック構成図、第２図（Ａ）〜（Ｃ）は、イメージセ
ンサから光信号をｎ回読み出し積分する場合のタイミン
グ説明図、第３図は、本発明の他の実施例のブロック構
成図である。 図においては、３はシャッター、４はイメージセンサ、
５はシャッタードライバー、６は積分器、７はカウン
タ、９はクロック信号発生回路、10は被写体照明光光源
を示す。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光学像を光電変換し非破壊読み出し可能に
   構成したイメージセンサと、該イメージセンサの光電面
   上に瞬間的に被写体光学像を露光する手段と、前記イメ
   ージセンサから１フレームの光信号を複数回読み出す手
   段と、前記イメージセンサから複数回読み出された１フ
   レームの光信号を順次加算して記憶する積分器と、該積
   分器における積分加算回数が所定数に達した時イメージ
   センサから積分器への入力を停止し、積分出力信号を出
   力させる手段とを備えていることを特徴とする高感度化
   撮像装置。
2. 【請求項２】前記露光手段は、シャッターで構成されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高感
   度化撮像装置。
3. 【請求項３】前記露光手段は、瞬時点灯の照明光光源で
   構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の高感度化撮像装置。