JP3003760B2

JP3003760B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP3003760B2
Application number: JP6129744A
Authority: JP
Inventors: 政二吉田; 宏行北村; 浩介木下; 哲也諏訪
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1994-05-19
Filing date: 1994-05-19
Publication date: 2000-01-31
Anticipated expiration: 2015-01-31
Also published as: JPH07322217A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、撮像素子（イメージ
センサ）を利用した撮像装置にかかり、更に具体的には
ＮＴＳＣ方式やＰＡＬ方式などの通常解像度の撮像素子
を用いてハイビジョンのような高解像度の映像情報を得
るために好適な撮像装置に関するものである。

【０００２】

【背景技術と発明が解決しようとする課題】よく知られ
ているように、通常解像度のテレビジョン方式，例えば
ＮＴＳＣ方式における水平走査線期間は約６３．５μｓ
であり、そのうちの有効期間は約５２．７μｓ、ブラン
キング期間は約１０．８μｓとなっている。図７（Ａ）
に、それらの関係が示されている。同図中、斜線部分が
ブランキング期間である。

【０００３】これに対し、高解像度のテレビジョン方
式，例えばハイビジョン方式における水平走査線期間は
約２９．６μｓであり、そのうちの有効期間は約２５．
８μｓ、ブランキング期間は約３．８μｓとなってい
る。同図（Ｂ）に、それらの関係が示されている。

【０００４】ところで、ＮＴＳＣ方式やＰＡＬ方式のＣ
ＣＤを２枚使用してハイビジョン方式に相当する走査線
数を得る撮像装置では、一方のＣＣＤに対して他方のＣ
ＣＤが一画素相当分垂直方向に画素ズラシして配置され
る。そして、２枚のＣＣＤから映像信号を同時に読み出
し合成することによって、ハイビジョン方式に相当する
１フィールド５００本程度の走査線の信号が得られる。
具体的には、１枚のＣＣＤ当り、ハイビジョン方式の２
倍の水平走査周期で信号読み出しを行った後に、倍速変
換を行うようにする。

【０００５】同図（Ｃ）にその関係が示されており、ハ
イビジョン方式の２倍の水平走査線期間は２９．６×２
≒５９．２μｓ、そのうちの有効期間は２５．８×２≒
５１．６μｓ、ブランキング期間は３．８×２≒７．６
μｓとなる。これとＮＴＳＣ方式の場合とを比較する
と、同図（Ｃ）の場合のブランキング期間は、同図
（Ａ）の場合よりも約３．２μｓ，つまり約３０％短く
なっている。

【０００６】このブランキング期間では、ＣＣＤからの
信号読み出し動作において重要な動作が行われている。
１つは、各画素に相当するフォトダイオードに蓄積され
た電荷を垂直転送用ＣＣＤによって１水平ブランキング
当り一段の転送を行う動作である。２つ目は、ＣＣＤ出
力における基準となる黒レベル（ゼロレベル）であるオ
プティカルブラックＯＢの出力動作である。これらの動
作のタイミング，すなわちＯＢの出力タイミングと電荷
の垂直転送タイミングは、ＯＢ出力に垂直転送によるノ
イズが混入しないように、ブランキング期間中で重なら
ないようにする必要がある。

【０００７】図８には、ＮＴＳＣ方式のブランキング期
間における撮像装置の動作例が示されている。同図
（Ａ）のように、ブランキング期間は１０．８μｓであ
る。ＣＣＤ出力は、同図（Ｃ）に示すようになる。これ
が、信号処理回路により約１．２μｓ遅延されて、同図
（Ｂ）に示すように撮像装置から出力される。同図
（Ｄ）〜（Ｇ）は垂直転送駆動パルスであり、垂直転送
期間は同図（Ｄ）に示す通りである。

【０００８】同図（Ａ）に示すブランキング期間におい
て、同図（Ｃ）のオプティカルブラックＯＢ出力と同図
（Ｄ）〜（Ｇ）の垂直転送動作終了後の余裕は、同図
（Ｃ）に示すように約１．２μｓとなっている。従っ
て、最大で１．２μｓまでブランキング期間を短くして
９．６μｓとすることが可能である。

【０００９】ところが、図７（Ｃ）に示したハイビジョ
ン方式の２倍の周期で信号を読み出す手法では、上述し
たようにブランキング期間が７．６μｓであり、ＮＴＳ
Ｃ方式よりも約３．２μｓ短い。つまり、ブランキング
期間として最低９．６μｓ必要であるにもかかわらず、
７．６μｓしかない。従って、このままでは、ハイビジ
ョン信号用の信号読み出しは不可能である。

【００１０】このような不都合に対する対策としては、
図８（Ｄ）に示す垂直転送期間を短くする手法が考えら
れる。垂直転送期間が２．０μｓ短くなれば、ブランキ
ング期間が７．６μｓでも、オプティカルブラックＯＢ
の出力と電荷の垂直転送のタイミングが重ならないよう
にすることが可能となる。ところが、この方法では、電
荷の垂直転送効率の低下による読出信号のＳ／Ｎの悪化
が予想されるとともに、ダイナミックレンジの低下が懸
念されるので、望ましくない。

【００１１】この発明は、これらの点に着目したもの
で、その目的は、電荷の垂直転送効率の低下による読出
信号のＳ／Ｎの悪化やダイナミックレンジの低下を招く
ことなく、ＮＴＳＣやＰＡＬなどの通常解像度の撮像手
段を用いてハイビジョンなどの高解像度の映像信号を得
ることである。

【００１２】

【課題を解決するための手段と作用】前記目的を達成す
るため、この発明では、複数の通常解像度のテレビジョ
ン方式に対応した撮像手段から読み出された映像信号
が、通常解像度のテレビジョン方式の水平走査線期間に
おける有効期間とブランキング期間の比率でメモリ手段
に書き込まれる。そして、書き込まれた映像信号は、高
解像度のテレビジョン方式の水平走査線期間における有
効期間とブランキング期間，あるいはそれに対応する比
率でメモリ手段から読み出される。このような有効期間
とブランキング期間の比率の変換を行うことで、撮像手
段からの映像信号読出に必要なブランキング期間が確保
される。この発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、
次の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。

【００１３】

【好ましい実施例の説明】この発明の撮像装置には数多
くの実施例が有り得るが、ここでは適切な数の実施例を
示し、詳細に説明する。

【００１４】＜実施例１＞図１には、実施例１の撮像装
置の構成が示されている。同図において、撮像光学系１
０の光出力側には、撮像素子であるＣＣＤ１２，１４が
それぞれ設けられている。ＣＣＤ１２の出力側には、相
関二重サンプリング回路（ＣＤＳで表示）１６，ＯＢク
ランプ回路１８，γ（ガンマ）補正回路２０，Ａ／Ｄ変
換器２２，切換スイッチ２４の直列回路が接続されてい
る。また、ＣＣＤ１４の出力側には、相関二重サンプリ
ング回路２６，ＯＢクランプ回路２８，γ補正回路３
０，Ａ／Ｄ変換器３２，切換スイッチ３４の直列回路が
接続されている。

【００１５】切換スイッチ２４の切換出力側はラインメ
モリ３６，３８に接続されており、切換スイッチ３４の
切換出力側はラインメモリ４０，４２に接続されてい
る。ラインメモリ３６，３８の出力側は切換スイッチ４
４の切換入力側に接続されており、ラインメモリ４０，
４２の出力側は切換スイッチ４６の切換入力側に接続さ
れている。切換スイッチ４４，４６の出力側は倍速変換
回路４８，５０にそれぞれ接続されており、倍速変換回
路４８，５０の出力側は切換スイッチ５２の切換入力側
に接続されている。また、切換スイッチ５２の出力側は
Ｄ／Ａ変換器５４に接続されている。

【００１６】切換スイッチ２４，３４には、ハイビジョ
ンレートのライン切換パルス（ハイビジョン方式におけ
る水平走査線の切換パルス）を１／２分周器５６で１／
２分周したパルスが切換制御用パルスとして入力されて
いる。切換スイッチ４４，４６には、１／２分周器５６
の出力をインバータ５８で反転したパルスが切換制御用
パルスとして入力されている。切換スイッチ５２には、
ハイビジョンレートのライン切換パルスがそのまま切換
制御用パルスとして入力されている。ラインメモリ３６
〜４２には、書込クロックＷＣＫ，読出クロックＲＣＫ
がそれぞれ供給されている。

【００１７】以上の各部のうち、撮像光学系１０は、白
黒の映像信号を得るためのものであり、撮像対象からの
入力光を単純２分割してＣＣＤ１２，１４にそれぞれ入
射するためのものである。ＣＣＤ１２，１４は、例えば
ＮＴＳＣ方式の規格に沿った構成となっている。相関二
重サンプリング回路１６，２６は、ＣＣＤ１２，１４の
出力のノイズを低減するためのものである。ＯＢクラン
プ回路１８，２８は、ブランキング期間に存在するオプ
ティカルブラックＯＢを基準レベル（黒レベル）として
クランプするための回路である。

【００１８】γ補正回路２０，３０は、入力映像信号に
γ補正を行うための回路である。Ａ／Ｄ変換器２２，３
２は、入力されたアナログ映像信号をデジタルに変換す
るための回路である。切換スイッチ２４，３４は、ハイ
ビジョンの水平周期の２倍で出力側を切換制御するため
の回路である。ラインメモリ３６〜４２は、入力映像信
号を１ライン分（１走査分）格納するためのメモリであ
る。切換スイッチ４４，４６は、ハイビジョンの水平周
期の２倍で入力側を切換制御するための回路である。な
お、インバータ５８による反転作用により、切換スイッ
チ２４がラインメモリ３６側に切り換えられているとき
は、切換スイッチ４４はラインメモリ３８側に切り換え
られる。逆に、切換スイッチ２４がラインメモリ３８側
に切り換えられているときは、切換スイッチ４４はライ
ンメモリ３６側に切り換えられる。切換スイッチ３４，
４６についても同様である。

【００１９】倍速変換回路４８，５０は、入力データを
倍の速度で出力するための回路である。切換スイッチ５
２は、ハイビジョンレートのライン切換パルスによって
入力側を切換制御するための回路である。Ｄ／Ａ変換器
５４は、入力デジタル信号をアナログに変換するための
回路である。

【００２０】次に、ラインメモリ３６〜４２の書込クロ
ックＷＣＫ及び読出クロックＲＣＫは、図２に示すよう
になっている。まず、書込クロックＷＣＫは、同図
（Ａ）に示すように、ブランキング期間が１０．１μ
ｓ，書込期間が４９．１μｓに設定されている。このブ
ランキング期間と書込期間との時間関係で、ＣＣＤ１
２，１４からの信号読出も行われるようになっている。
上述したように、ブランキング期間としては最低９．６
μｓあればよいが、この実施例では１０．１μｓとなっ
ており０．５μｓの余裕がある。

【００２１】なお、図２（Ａ）の期間の値は、次のよう
にして設定されたものである。ＮＴＳＣ方式では、垂直
走査線数が５２５本であるのに対して、ハイビジョンは
１１２５本である。この実施例ではＮＴＳＣ方式のＣＣ
Ｄを２枚用いるので、ＣＣＤ１枚当りの走査線数は１１
２５／２＝５６２．５本となる。また、ＮＴＳＣ方式の
フレーム周波数は２９．９７Ｈｚ，ハイビジョンのフレ
ーム周波数は３０Ｈｚなので、それらの比率を考慮する
と、ブランキング期間は、 10.8×（525／562.5）×（29.97／30）＝10.1μｓとなる。

【００２２】また、有効期間も、同様に、 52.7×（525／562.5）×（29.97／30）＝49.1μｓとなる。

【００２３】このように、ブランキング期間，有効期間
とも、ＮＴＳＣ方式（図７（Ａ）参照）よりも短くなる
ものの、それらの期間の比率は、10.8／52.7＝10.1／4
9.1で等しくなっている。なお、両者を合せた全期間
は、５９．２μｓとなり、図７（Ｃ）に示したハイビジ
ョン方式における水平走査線期間の２倍，つまり１／２
分周器５６の分周出力と一致する。従って、切換スイッ
チ２４，３４の切換えも、書込クロックＷＣＫと同期し
て行われることになる。

【００２４】読出クロックＲＣＫは、同図（Ｂ）に示す
ように、ブランキング期間が７．６μｓ，書込期間が５
１．６μｓに設定されている。このブランキング期間と
書込期間との時間関係は、図７（Ｃ）に示した関係であ
り、同図（Ｂ）のハイビジョンの場合の２倍である。な
お、書込クロックＷＣＫの有効期間中にラインメモリに
書き込まれるデータ数と読出クロックＲＣＫの有効期間
中にラインメモリから読み出されるデータ数は等しいの
で、クロックＷＣＫ，ＲＣＫの周波数ｆWCK，ｆRCKの比
は、ｆWCK：ｆRCK＝５１６：４９１となる。

【００２５】次に、実施例１の動作を説明する。被写体
は、撮像光学系１０によってＣＣＤ１２，１４にそれぞ
れ結像する。ＣＣＤ１２，１４では、図２（Ａ）に示し
た時間関係でアナログの映像信号ＳＧ１，ＳＧ２がそれ
ぞれ読み出される。これらのアナログ映像信号ＳＧ１，
ＳＧ２に対して、相関二重サンプリング回路１６，２６
によるノイズ低減，ＯＢクランプ回路１８，２８による
オプティカルブラックＯＢを基準レベル（黒レベル）と
するクランプ動作，γ補正回路２０，３０によるγ補
正，Ａ／Ｄ変換器２２，３２によるデジタル信号への変
換が順次行われる。

【００２６】Ａ／Ｄ変換された映像信号ＳＧ１，ＳＧ２
は、切換スイッチ２４，３４にそれぞれ供給される。切
換スイッチ２４，３４は、１／２分周器５６の出力に基
づいて図７（Ｃ）で示す５９．２μｓ毎に切り換えられ
る。他方、切換スイッチ２４，３４には、図２（Ａ）に
示す５９．２μｓで映像信号が入力されている。これに
よって、切換スイッチ２４では、１ライン分の映像信号
ＳＧ１がラインメモリ３６，３８に交互に書込クロック
ＷＣＫに基づいて格納される。切換スイッチ３４では、
１ライン分の映像信号ＳＧ２がラインメモリ４０，４２
に交互に書込クロックＷＣＫに基づいて格納される。

【００２７】次に、切換スイッチ４４，４６は、インバ
ータ５８の出力に基づいて切換制御されているため、切
換スイッチ２４，３４と反対側のラインメモリに切り換
えられる。例えば、切換スイッチ２４がラインメモリ３
６に切り換えられるときは、切換スイッチ４４はライン
メモリ３８に切り換えられるという具合である。そし
て、切り換えられたラインメモリから、今度は図２
（Ｂ）の読出クロックＲＣＫに基づいて映像信号ＳＧ
１，ＳＧ２が読み出される。このとき、ブランキング期
間と有効期間の比率が変換される。

【００２８】図３にはその様子が示されており、同図
（Ａ）には、ＣＣＤ１２から読み出されてラインメモリ
３６，３８に書き込まれる映像信号ＳＧ１のブランキン
グ期間と有効期間との関係が示されている。また、同図
（Ｂ）には、ＣＣＤ１４から読み出されてラインメモリ
４０，４２に書き込まれる映像信号ＳＧ２のブランキン
グ期間と有効期間との関係が示されている。同図
（Ｃ），（Ｄ）には、それら映像信号ＳＧ１，ＳＧ２の
変換後の様子が示されている。

【００２９】これらの図のように、ラインメモリに対す
る書込クロックと読出クロックを変更することで、ブラ
ンキング期間が１０．１μｓから７．６μｓに、有効期
間が４９．１μｓから５１．６μｓにそれぞれ変換され
る。変換後の関係は、図７（Ｃ）に示したハイビジョン
方式の２倍の関係になっている。

【００３０】このようにして変換処理が行われた映像信
号ＳＧ１，ＳＧ２は、倍速変換回路４８，５０に供給さ
れ、ここで入力の倍の速度，つまり５９．２÷２＝２
９．６μｓで出力されて切換スイッチ５２に供給され
る。切換スイッチ５２では、ハイビジョンのライン切換
の周期，つまり図７（Ｂ）に示す２９．６μｓの周期で
入力切換が制御されている。このため、倍速変換回路４
８，５０から出力された倍速の映像信号は、図３（Ｅ）
に示す時間関係となる。これは、図７（Ｂ）に示したハ
イビジョン方式におけるブランキング期間と有効期間の
関係に一致する。このハイビジョンの映像信号は、Ｄ／
Ａ変換器５４によってアナログ信号に変換される。

【００３１】このように、実施例１によれば、ＮＴＳＣ
方式と等しい有効期間とブランキング期間の比率でＣＣ
Ｄから映像信号が読み出され、ラインメモリに書き込ま
れる。そして、ラインメモリからの読出時に、有効期間
とブランキング期間の比率がハイビジョン方式の比率に
変換される。その後、倍速処理により、ハイビジョン方
式の有効期間とブランキング期間となった映像信号が得
られる。

【００３２】このため、ＣＣＤからの映像信号読出時に
必要なブランキング期間を確保でき、ＣＣＤから読み出
された映像信号におけるＳ／Ｎの悪化やダイナミックレ
ンジの低下や、電荷の垂直転送効率の低下を招くことな
く、ＮＴＳＣ方式やＰＡＬ方式などの通常解像度のＣＣ
Ｄを用いてハイビジョン方式などの高解像度の映像信号
を得ることができる。

【００３３】＜実施例２＞図４には、実施例２の撮像装
置の構成が示されている。実施例２は、実施例１から倍
速変換回路４８，５０を省略するとともに、その代わり
にラインメモリ３６〜４２の読出クロックＲＣＫを変更
するようにして、切換スイッチ２４から切換スイッチ４
４に至る回路，切換スイッチ３４から切換スイッチ４６
に至る回路が、それぞれ倍速変換回路として動作するよ
うにしたものである。

【００３４】図５には、実施例２における書込クロック
ＷＣＫ，読出クロックＲＣＫが示されている。同図
（Ａ）の書込クロックＷＣＫは、実施例１と同様であ
る。つまり、ラインメモリ３６〜４２に対する映像信号
の書込動作は、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように実施例
１と全く同様に行われる。

【００３５】これに対し、ラインメモリ３６〜４２に対
する映像信号の読出クロックＲＣＫは、図５（Ｂ）に示
すようにハイビジョンの規格に沿ったものとなってい
る。このため、ラインメモリ３６，３８から読み出され
た映像信号は、図６（Ｃ）に示すようなブランキング期
間と有効期間の関係となっており、ラインメモリ４０，
４２から読み出された映像信号は、図６（Ｄ）に示すよ
うなブランキング期間と有効期間の関係となっている。
つまり、ラインメモリ３６〜４２からの映像信号読出し
を、実施例１の２倍の速度で行うことで、ブランキング
期間と有効期間の比率が直接ハイビジョンの規格に変換
されている。このため、切換スイッチ５２の出力は図６
（Ｅ）に示すようになり、これがＤ／Ａ変換器５４でア
ナログ信号に変換される。

【００３６】＜他の実施例＞この発明は、以上の開示に
基づいて多様に改変することが可能であり、例えば次の
ようなものがある。（1）前記実施例では、ブランキング期間と有効期間と
の比率の変換をラインメモリを用いて行ったが、フィー
ルドメモリやフレームメモリを用いてもよい。（2）撮像素子としては、白黒用の他、多板カラー用や
単板カラー用など、各種のものを用いてよい。また、前
記実施例では２つの撮像素子を用いたが、それ以上用い
る場合でも同様に適用可能である。

【００３７】（3）前記実施例では、映像信号に相関二
重サンプリングやγ補正などの処理を行ったが、どのよ
うな処理を行うかは任意であり、必要に応じた処理を行
ってよい。（4）前記実施例は、通常解像度としてＮＴＳＣ方式，
高解像度としてハイビジョン方式にこの発明を適用した
が、それら以外のテレビジョン方式にも適用可能であ
る。例えば、通常解像度としてＮＴＳＣ方式，高解像度としてＡＴ
Ｖ方式通常解像度としてハイビジョン方式，高解像度として
ＡＴＶ方式の組み合わせにも、適用可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、次のような効果がある。（1）メモリ手段を用いて水平走査線期間における有効
期間とブランキング期間を変換することとしたので、撮
像手段からの映像信号読出時に充分なブランキング期間
を確保でき、読出信号のＳ／Ｎの悪化やダイナミックレ
ンジの低下、あるいは電荷の垂直転送効率の低下を招く
ことなく、ＮＴＳＣやＰＡＬなどの通常解像度の撮像手
段を用いてハイビジョンなどの高解像度の映像信号を得
ることができる。（2）加えて、速度変換をメモリ手段で兼用することと
したので、構成の簡略化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１の構成を示すブロック図で
ある。

【図２】実施例１のラインメモリに対するクロックを示
す図である。

【図３】実施例１における比率変換前後のブランキング
期間と有効期間との関係を示す図である。

【図４】この発明の実施例２の構成を示すブロック図で
ある。

【図５】実施例２のラインメモリに対するクロックを示
す図である。

【図６】実施例２における比率変換前後のブランキング
期間と有効期間との関係を示す図である。

【図７】各種テレビジョン方式における水平走査線期間
の規格を示す図である。

【図８】ブランキング期間における動作の一例を示すタ
イムチャートである。

【符号の説明】

１０…撮像光学系１２，１４…ＣＣＤ（撮像手段）１６，２６…相関二重サンプリング回路１８，２８…ＯＢクランプ回路２０，３０…γ補正回路２２，３２…Ａ／Ｄ変換器２４，３４…切換スイッチ３６，３８，４０，４２…ラインメモリ（メモリ手段）４４，４６…切換スイッチ４８，５０…倍速変換回路（信号速度変換手段）５２…切換スイッチ（信号合成手段）５４…Ｄ／Ａ変換器５６…１／２分周器５８…インバータＳＧ１，ＳＧ２…映像信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者諏訪哲也神奈川県横浜市神奈川区守屋町３丁目12 番地日本ビクター株式会社内 (56)参考文献特開平６−269010（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/225 H04N 5/335 H04N 7/015

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の通常解像度のテレビジョン方式に
対応した撮像手段；これらの撮像手段から読み出された
映像信号が、通常解像度のテレビジョン方式の水平走査
線期間における有効期間とブランキング期間の比率で書
き込まれるとともに、高解像度のテレビジョン方式の水
平走査線期間における有効期間とブランキング期間の比
率で読み出されるメモリ手段；読み出された映像信号の
速度変換を行って、高解像度のテレビジョン方式の水平
走査線期間における有効期間とブランキング期間の映像
信号を得るための信号速度変換手段；これによる変換後
の映像信号を合成して高解像度のテレビジョン方式の映
像信号を得る信号合成手段；を備えた撮像装置。
【請求項２】複数の通常解像度のテレビジョン方式に
対応した撮像手段；これらの撮像手段から読み出された
映像信号が、通常解像度のテレビジョン方式の水平走査
線期間における有効期間とブランキング期間の比率で書
き込まれるとともに、高解像度のテレビジョン方式の水
平走査線期間における有効期間とブランキング期間で読
み出されるメモリ手段；読み出された映像信号を合成し
て高解像度のテレビジョン方式の映像信号を得る信号合
成手段；を備えた撮像装置。