JP2939994B2 - テレビジョンカメラのシェーディング補正回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はインターラインフレームトランスファ方式の
CCD等の固体撮像素子を使用したテレビジョンカメラの
シェーディング補正回路に関する。

〔発明の概要〕

本発明はインターラインフレームトランスファ方式の
CCD等の固体撮像素子を使用したテレビジョンカメラの
シェーディング補正回路に関し、マトリクス状に配され
た光電変換素子と、この光電変換素子によって発生され
た電荷を転送する第１の垂直レジスタ群と、この第１の
垂直レジスタ群の電荷をうけ転送する第２の垂直レジス
タ群と、水平出力レジスタとを有し、垂直ブランキング
期間にこの第１の垂直レジスタ群に転送された電荷を高
速にこの第２の垂直レジスタ群に転送し、垂直走査期間
に第２の垂直レジスタ群の電荷を所定周期で、この水平
出力レジスタを介して読み出す固体撮像素子を有するテ
レビジョンカメラのシェーディング補正回路に於いて、
固体撮像素子からの映像信号に、鋸歯状波信号発生回路
からの鋸歯状波信号を加算して、シェーディングを補正
した信号を得るとともに、この加算結果から鋸歯状波の
振れ幅（最大振幅と最小振幅の差）を求めて鋸歯状波信
号発生回路に帰還して鋸歯状波信号発生回路の出力を制
御することにより、簡単な構成でダークシェーディング
を除去し良好な出力映像信号を得ることができる様にし
たものである。

〔従来の技術〕

従来テレビジョンカメラとしてインターラインフレー
ムトランスファ方式のCCD撮像素子を使用したものが提
案されている（特公昭62−52988号公報参照）。

このインターラインフレームトランスファ方式のCCD
撮像素子は例えば第５図にその平面模式図を示す如く、
例えばＰ型半導体基板の受光側の主面にこの基板とpn接
合し入射光による信号電荷を蓄積する光電変換素子より
なる画素（１）が多数個マトリックス状に配列されてい
る。この画素（１）の各列毎に近接し対応して第１の垂
直CCDレジスタ（２）が形成されている。この画素
（１）と第１の垂直CCDレジスタ（２）との間にはトラ
ンスファゲート（３）が設けられている。この第１の垂
直CCDレジスタ（２）の一方の端部に接続して電荷吸収
部（４）が設けられている。第１の垂直CCDレジスタ
（２）の他方の端部に接続して第２の垂直CCDレジスタ
（５）が設けられている。この第２の垂直CCDレジスタ
（５）のビット数はほぼ第１垂直CCDレジスタ（２）の
ビット数と同じ程度である。この第２の垂直CCDレジス
タ（５）の他方の端部は水平CCD出力レジスタ（６）に
接続されており、この水平CCD出力レジスタ（６）の一
方の端部は出力装置（７）に接続されている。光電変換
を行なう画素（１）以外の部分はアルミニウムによって
光遮蔽されている。

このようなインターラインフレームトランスファ方式
のCCD固体撮像素子の従来の駆動方式と動作の様子を説
明する。

出力映像信号はフレーム単位の周期構造になってい
る。１フレームはＡフィールドとＢフィールドの２つの
フィールドから成り、インターレースされている。１フ
ィールドは垂直走査期間と垂直ブランキング期間とから
なり、垂直走査期間は多数の水平走査期間によって構成
されている。この水平走査期間は有効出力映像信号の存
在する水平有効期間と水平帰線期間とから成る。以上が
出力映像信号の構成の概略である。

トランスファゲート（３）は垂直ブランキング期間の
うちの一部期間オン状態になる。トランスファゲート
（３）がオン状態になったとき画素（１）に蓄積されて
いた信号電荷は第１の垂直CCDレジスタ（２）へ移さ
れ、トランスファゲート（３）のチャンネル電位によっ
て画素（１）の電位はセットされる。トランスファゲー
ト（３）がオフ状態になると、画素（１）は入射光に応
じて信号電荷の蓄積が行なわれる。信号電荷が蓄積され
ると、画素（１）の電位は小さくなる。次にトランスフ
ァゲート（３）がオン状態になるまで、信号電荷の蓄積
は行なわれる。一方第１の垂直CCDレジスタ（２）へ移
された信号電荷は、トランスファゲート（３）がオフ状
態になった後の垂直ブランキング期間中に、第１の垂直
CCDレジスタ（２）により第２の垂直CCDレジスタ（５）
へ高速で転送される。垂直走査期間では、水平帰線期間
に第２の垂直CCDレジスタ（５）は１ビット転送し、そ
れぞれの第２の垂直CCDレジスタ（５）より水平CCD出力
レジスタ（６）へ信号電荷は移される。水平有効期間で
は水平CCD出力レジスタ（６）へ移された信号電荷は、
水平CCD出力レジスタ（６）によって順次出力装置
（７）へ転送され、出力映像信号として出力される。次
の水平走査期間においても同様の駆動が行なわれる。こ
のように２次元的に配列した画素（１）に蓄積された信
号電荷は順次読み出されるのである。

一方垂直走査期間において、第１の垂直CCDレジスタ
（２）のすべての電極をオン状態に保たせる。この状態
では第１の垂直CCDレジスタ（２）に存在する電荷は拡
散により電荷吸収部（４）へ移動し、吸収される。この
ため、強い光が入射し、多数の電荷が発生し、画素
（１）の最大蓄積電荷量を超え、隣接する第１の垂直CC
Dレジスタ（２）へ流れ込んだ流出電荷の多くは、第１
の垂直CCDレジスタ（２）中の拡散によって電荷吸収部
（４）へ移動し、電荷吸収部（４）へ吸収される。

〔発明が解決しようとする課題〕

斯るインターラインフレームトランスファ方式のCCD
撮像素子に於いては、信号電荷は第１の垂直CCDレジス
タ（２）より第２の垂直CCDレジスタ（５）には垂直ブ
ランキング期間中に高速で転送されるのであるが、この
信号電荷はこの第２の垂直CCDレジスタ（５）より水平C
CD出力レジスタ（６）に順次１垂直走査期間を掛けて転
送されるためこの水平CCD出力レジスタ（６）に転送さ
れる時間に比例した暗電流がこの信号電荷に加算される
こととなり、この暗電流が１垂直走査期間で見て鋸歯状
波的に変化し、これによりダークシェーディングが生じ
る不都合があった。特にこのCCD撮像素子の温度が例え
ば40℃以上となったときにはこの暗電流が増大しダーク
シェーディングの発生が顕著となる不都合があった。ま
た画素（１）数を増大し高品位化したときは画素（１）
及びその周辺回路が増大するので画素自体の発熱及び周
辺回路からの発熱がそれだけ多くなり温度が上昇しシェ
ーディングの発生が顕著となる不都合があった。

本発明は斯る点に鑑み簡単な構成で上述ダークシェー
ディングを良好になくす様にすることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題を解決するために、本発明は、下記の手段
を備えたシェーディング補正回路を提供する。即ち、イ
ンターライン転送CCD固体撮像素子を用いたテレビジョ
ンカメラにおいて該固体撮像素子からの映像信号出力を
鋸歯状波信号で変調補正するシェーディング補正回路で
あって、 上記撮像信号出力の１垂直期間の周期で繰り返す鋸歯
状波信号を発生する鋸歯状波信号発生回路と、 一方の入力に上記固体撮像素子からの出力映像信号が
入力し、他方の入力に上記鋸歯状波信号発生回路からの
鋸歯状波信号が入力し、シェーディング補正した映像信
号を出力する加算回路と、 上記加算回路の出力を１垂直期間の初めにサンプルホ
ールドする第１サンプルホールド回路、該加算回路の出
力を該垂直期間の終わりでサンプルホールドする第２の
サンプルホールド回路、及び一の入力に上記第１のサン
プルホールド回路の出力が入力し、他の入力に上記第２
のサンプルホールド回路の出力が入力し、これらの入力
の差電圧を出力する演算増幅回路と、 該演算増幅回路の出力を上記鋸歯状波信号発生回路に
帰還する回路と を備えたテレビジョンカメラのシェーディング補正回路
を提供する。

〔作用〕

固体撮像素子からの出力映像信号の振幅が変化すると
き、上記加算回路の出力を調べることによってその変化
を検出して上記鋸歯状波信号発生回路にフィードバック
しているので、鋸歯状波信号発生回路の制御が固体撮像
素子の近傍の温度に依存する振幅変化のみならず、その
他の原因による振幅変化に対しても充分に対応出来るシ
ェーディング補正回路が得られる。

〔実施例〕

以下第１図を参照しながら本発明テレビジョンカメラ
のシェーディング補正回路の一実施例につき説明しよ
う。この第１図に於いて、第５図に対応する部分には同
一符号を付し、その詳細説明は省略する。

本例はインターラインフレームトランスファ方式のCC
D撮像素子を使用する。即ち例えばｐ型半導体基板の受
光側の主面にこの基板とpn接合し、入射光による信号電
荷を蓄積する光電変換素子よりなる画素（１）を多数個
マトリックス状に配列し、この画素（１）の各列毎に近
接し対応して第１の垂直CCDレジスタ（２）を形成し、
この画素（１）と第１の垂直CCDレジスタ（２）との間
にはトランスファゲート（３）を設ける。この第１の垂
直CCDレジスタ（２）の一方の端部に接続して電荷吸収
部（４）を設けると共にこの第１の垂直CCDレジスタ
（２）の他方の端部に接続して第２の垂直CCDレジスタ
（５）を設ける。この第２の垂直CCレジスタ（５）のビ
ット数はほぼ第１の垂直CCDレジスタ（２）と同じ程度
とする。この第２の垂直CCDレジスタ（５）の他方の端
部は水平CCD出力レジスタ（６）に接続し、この水平CCD
出力レジスタ（６）の一方の端部は出力装置（７）に接
続される。この場合垂直ブランキング期間にこの第１の
垂直CCDレジスタ（２）に画素（１）より転送された信
号電荷をこの第１の垂直CCDレジスタ（２）より高速に
この第２の垂直CCDレジスタ（５）に転送し、垂直走査
期間にこの第２の垂直CCDレジスタ（５）の信号電荷を
所定周期で水平CCD出力レジスタ（６）を介して出力装
置（７）に読み出す如くなされている。本例に依れば出
力装置（７）よりの出力映像信号を加算回路（９）の一
方の入力端子に供給する。第１図に於いて（10）のCCD
撮像素子の近傍に配置された温度検出装置を示し、この
温度検出装置（10）は例えば第３図Ａに示す如く温度に
反比例した電圧を出力する如くなされたもので例えば40
℃のときに零電圧となる如く構成する。この温度検出装
置（10）よりの温度に反比例した電圧（10a）の得られ
る出力端を抵抗器（11）を介して鋸歯状波信号発生回路
（８）を構成する積分回路構成となされた演算増幅回路
（8a）の非反転入力端子に接続し、この非反転入力端
子をダイオード（12）及び抵抗器（13）の並列回路を
介して接地する。従ってこの演算増幅回路（8a）の非反
転入力端子には第３図Ｂに示す如く40℃ではダイオー
ド（12）のスレッシュホールド電圧で決る一定の電圧が
供給され40℃以上となったときは温度に反比例した負の
電圧が供給される。また電源端子＋Ｂは抵抗器（14）及
び（15）の直列回路を介して接地し、この抵抗器（14）
及び（15）の接続中点を抵抗器（16）を介してこの演算
増幅回路（8a）の反転入力端子に接続し、この演算増
幅回路（8a）の反転入力端子をコンデンサ（8b）及び
このコンデンサ（8b）の充電電荷を放電する接続スイッ
チ（8c）の並列回路を介して、この演算増幅回路（8a）
の出力端子に接続し、この演算増幅回路（8a）の出力端
子を抵抗器（17）を介して加算回路（９）の他方の入力
端子に接続し、また接続スイッチ（8c）にスイッチング
信号入力端子（8d）に供給される第４図Ａに示す如き垂
直周期のスイッチング信号でオンする如くし１垂直周期
毎にコンデンサ（8b）を放電する如くする。この演算増
幅回路（8a），コンデンサ（8b），接続スイッチ（8c）
等より成る積分回路構成の鋸歯状波信号発生回路（８）
は第４図Ｃに示す如く垂直周期で40℃以上の温度に於い
ては温度に比例した負傾斜の鋸歯状波信号（8s）を発生
する。この場合CCD撮像素子より得られる出力映像信号
のシェーディングを発生する暗電流成分は第４図Ｂに示
す如く垂直周期の正傾斜の鋸歯波であり、温度が上がる
に従ってこの傾斜が大きくなるものである。従ってこの
加算回路（９）に於いてはこの出力映像信号の暗電流成
分はこの鋸歯状波信号発生回路（８）よりの鋸歯状波信
号（8s）により補償され、この加算回路（９）の出力端
より導出した映像信号出力端子（18）には出力映像信号
のシェーディングを発生する暗電流成分が除去された映
像信号が得られる。

従ってこの第１図例に依れば簡単な構成でダークシェ
ーディングを良好になくすことができる利益がある。

また第２図は本発明の他の実施例を示す。この第２図
に於いて、（7a）はCCD固体撮像素子の出力装置（７）
よりの出力映像信号が供給される映像信号入力端子を示
し、この映像信号入力端子（7a）を加算回路（９）の一
方の入力端子に接続し、この加算回路（９）の出力端を
接続スイッチ（19）及び（20）を介して比較回路を構成
する演算増幅回路（21）の非反転入力端子及び反転入
力端子に夫々接続し、この非反転入力端子及び反転
入力端子を夫々サンプルホールド回路を構成するコン
デンサ（22）及び（23）を介して接地し、この接続スイ
ッチ（19）及び（20）を夫々スイッチング信号入力端子
（19a）及び（20a）に供給される第４図Ｄ及びＥに示す
如き垂直期間の初め部分及び終りの部分で夫々オンとす
る如くする。即ち垂直期間の初めの部分の電圧をコンデ
ンサ（22）にサンプルホールドし、垂直期間の終りの部
分の電圧をコンデンサ（23）にサンプルホールドし、こ
の差の電圧をこの演算増幅回路（21）の出力側に得、こ
の演算増幅回路（21）の出力側に得られる差の電圧を鋸
歯状波信号発生回路（８）を構成する演算増幅回路（8
a）の非反転入力端子に供給し、その他は第１図と同
様に構成する。

この第２図例に依れば垂直期間の初めの部分と終りの
部分との電圧差に応じた振幅の負傾斜の鋸歯状波信号を
鋸歯状波信号発生回路（８）より発生してシェーディン
グを補償しているので上述実施例と同様に映像信号出力
端子（18）に出力映像信号のシェーディングを発生する
暗電流成分が補償された映像信号を得ることができる。

尚本発明は上述実施例に限ることなく本発明の要旨を
逸脱することなくその他種々の構成が取り得ることは勿
論である。

〔発明の効果〕

本発明に依れば簡単な構成でダークシェーディングを
除去し、良好な出力映像信号を得ることができる利益が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明テレビジョンカメラのシェーディング補
正回路の一実施例を示す構成図、第２図は本発明の他の
実施例を示す構成図、第３図及び第４図は夫々本発明の
説明に供する線図、第５図はインターラインフレームト
ランスファ方式CCD固体撮像素子の例を示す構成図であ
る。 （１）は画素、（２）は第１の垂直レジスタ、（５）は
第２の垂直レジスタ、（６）は水平出力レジスタ、
（８）は鋸歯状波信号発生回路、（９）は加算回路であ
る。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インターライン転送CCD固体撮像素子を用
   いたテレビジョンカメラにおいて該固体撮像素子からの
   映像信号出力を鋸歯状波信号で変調補正するシェーディ
   ング補正回路であって、 上記撮像信号出力の１垂直期間の周期で繰り返す鋸歯状
   波信号を発生する鋸歯状波信号発生回路と、 一方の入力に上記固体撮像素子からの出力映像信号が入
   力し、他方の入力に上記鋸歯状波信号発生回路からの鋸
   歯状波信号が入力し、シェーディング補正した映像信号
   を出力する加算回路と、 上記加算回路の出力を１垂直期間の初めにサンプルホー
   ルドする第１のサンプルホールド回路、該加算回路の出
   力を該垂直期間の終わりでサンプルホールドする第２の
   サンプルホールド回路、及び一の入力に上記第１のサン
   プルホールド回路の出力が入力し、他の入力に上記第２
   のサンプルホールド回路の出力が入力し、これらの入力
   の差電圧を出力する演算増幅回路と、 該演算増幅回路の出力を上記鋸歯状波信号発生回路に帰
   還する回路と を備えたテレビジョンカメラのシェーディング補正回
   路。