JP3207545B2 - Ccdカメラとその駆動方法 - Google Patents
Ccdカメラとその駆動方法Info
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Description
動方法に関し、特に光電変換素子として半導体ホトダイ
オード、電荷転送素子として半導体電荷結合素子(CC
D)を用いたCCDカメラとその駆動方法に関する。
ものが知られている。たとえば、多数のホトダイオード
を垂直、水平方向に配列し、画素行列を形成する。この
画素行列の各ホトダイオード列に近接して、垂直電荷転
送路(VCCD)を形成し、各VCCDの終端に隣接し
て水平電荷転送路(HCCD)を形成する。入射画像に
応じてホトダイオードに蓄積された電荷は、垂直電荷転
送路、水平電荷転送路を介して読みだされる。
身は十分であるが、逆光等によって主要被写体の光量が
不足する時、必要な光量を補うためストロボを用いる。
ストロボは極めて短期間に発光するため、その光強度は
高い。
射したりすると、かなり強い光がホトダイオードに隣接
するCCDにも入り、いわゆるスミアが発生してしま
う。なお、ストロボを使用しない時も、強い光が入射
し、CCDに電荷が発生すればスミアが発生する。
常時駆動されている。ホトダイオードに蓄積された電荷
は、所定のタイミングでホトダイオードからトランスフ
ァゲートを介してVCCDにフィールドシフトされる。
ストロボ露光の時は、ストロボが発光してから蓄積電荷
がVCCDに転送されるまでにほぼシャッタ速度に匹敵
する所定の時間が経過する。
時間内にVCCD内を移動する。ホトダイオードに蓄積
された真の画像電荷がVCCDにフィールドシフトされ
る時には、VCCD内に誘起されたスミア画像はVCC
D中の異なる位置に移動している。このため、真の画像
とスミア画像とがその位置をずらして画面内に現れ、見
苦しい画面が生じてしまう。
を説明する。図7(A)は、撮像時のCCDカメラの様
子を概略的に示す。多数のホトダイオードPDが行列状
に配列され、ホトダイオードPDの各列に近接して垂直
電荷転送路VCCDが形成され、各ホトダイオードPD
との間をトランスファゲートTGによって接続されてい
る。
し、ホトダイオードPD内の実画像Rのみでなく、隣接
する垂直電荷転送路VCCDにも光が入射してスミア画
像Sが発生したとする。この時点において、スミア画像
Sは実画像Rと同一位置に発生している。しかし、垂直
電荷転送路VCCDは、転送駆動されているため、スミ
ア画像Sは順次垂直方向下方に転送される。
した実画像Rの電荷を電荷転送路VCCDにフィールド
シフトするときの状態を示す。ホトダイオードPDに蓄
積された実画像Rの電荷は、トランスファゲートTGを
介して垂直電荷転送路VCCDにシフトされる。
ていたスミア画像Sは、撮像画面中央下部まで転送され
ているとする。すると、このスミア画像Sが実画像Rと
は別の位置に表示されてしまうことになる。
間の時間的関係を示すタイミングチャートである。垂直
同期信号VDは、垂直走査期間毎に立ち上がるパルス信
号である。垂直同期信号VDに続いて、ホトダイオード
PDから垂直電荷転送路VCCDに電荷を読みだすため
のフィールドシフト信号FSが発生する。
所定時点(フィールドシフト信号FSから露光時間前)
に光学シャッタを開き、露光を開始させる。なお、この
光学シャッタは、露光開始のタイミングを制御するが、
露光終了のタイミングはフィールドシフト信号FSによ
って行なうものとする。
シャッタを用いることができ、CCDカメラのコストを
低減することができる。すなわち、光学シャッタが開い
てからフィールドシフトが行なわれるまでの時間が露光
時間となる。
タイミング信号は、光学シャッタが開いた直後に立ち上
がり、ストロボを発光させる。ストロボの閃光時間はた
とえば1msecと短く、露光時間の一部分のみを占め
る。さらに、ストロボ閃光時間のうち初期の光強度が強
い。
250秒の場合、露光時間は約4msecなので、スト
ロボ閃光時間は露光時間の約1/4となる。この限られ
た時間内に必要な光量が全て発生するので、光強度は高
くなり、スミアが発生しやすい。
に、中央に輝点を有するものであったとする。この被写
体をストロボ露光で撮影すると、ストロボが発光した
後、フィールドシフトが行なわれるまでにたとえば約3
msecの時間が経過する。この間に、VCCD内のス
ミア画像は下方に転送され、実画像がフィールドシフト
された時には実画像とスミア画像との位置がかなりずれ
てしまう。
と、図8(C)に示すようになる。なお、VCCDを下
方に向かって転送された信号は、表示画面上方から順次
表示されるため、スミア画像Sは実画像Rよりも上方に
表示されることになる。
露光時に画面内の一点に強い発光体がある場合のスミア
画像を示す。この場合、VCCDの一定個所に連続して
スミア画像が発生するため、露光開始からフィールドシ
フトまでの期間に発生するスミア画像は図8(C)のス
ミア画像Sから実画像Rまでを結ぶようなスミア画像S
1となる。
開いた状態にあり、VCCDの同一個所にはスミア画像
が発生し続ける。このため、実画像Rに続く部分にもス
ミア画像S2が現れる。
れると、画質は劣化することになる。このため、スミア
画像を防止することが望まれている。特に、ストロボ露
光の時にスミア画像が発生しやすく、その防止が望まれ
ている。
方法を説明するための図である。垂直同期信号VD、フ
ィールドシフト信号FS、光学シャッタ駆動信号、スト
ロボ発光信号は、図8に示したものと同等である。以
下、スミア防止のためのA方式とB方式を説明する。
FSが立ち上がる直前にVCCDの掃き出し駆動を高速
で行い、フィールドシフト後、読みだされた画像信号を
高速転送する。このような読み出し方式によれば、画像
信号をVCCDに読み出す前にVCCDの電荷が掃き出
されるため、VCCD内に蓄積されていたスミア画像は
消滅する。
期間をVCCDの掃き出し駆動期間とし、その次の垂直
走査期間に信号電荷を読み出す。この場合、VCCDを
高速駆動する必要はない。VCCDの掃き出し駆動期間
に光学シャッタが開いていると、ホトダイオードに続い
て電荷が蓄積されてしまうため、露光時間は光学シャッ
タのみによって規定する必要がある。たとえば、フォー
カルプレーンシャッタ等の露光開始と露光終了を共に制
御できる光学シャッタを用いる。
が入射すると、スミアがVCCDに発生してしまう。こ
のスミアをそのまま画像信号として出力すると、画像は
見苦しいものとなる。
採用すると、露光開始後、フィールドシフトを行なうま
でにVCCDの高速掃き出し転送を行なう必要がある。
したがって、最高シャッタスピードはVCCDの掃き出
し駆動に必要な時間によって制限されてしまう。
駆動方法は、マトリックス状に配置したホトダイオード
に蓄積した電荷をCCD列にフィールドシフトし画像信
号を読み出す、光学シャッター付きCCDカメラの駆動
方法であって、光学的シャッタが開いた後、フィールド
シフトを行う間での期間の大部分、前記CCD列を標準
駆動速度よりも低い駆動速度で駆動することを特徴とす
る。
駆動方法は、光学的シャッタを開いた状態でマトリック
ス状に配置したホトダイオードに蓄積した電荷をCCD
列にフィールドシフトし、画像信号を読み出すCCDカ
メラの駆動方法であって、光学的シャッタが開いた後、
フィールドシフトを行なうまでの期間の少なくとも大部
分、前記CCD列を標準駆動速度よりも低い駆動速度で
駆動することを特徴とする。
が行なわれるまでの期間の大部分CCDは通常の標準駆
動速度より遅い駆動速度で転送する。このため、フィー
ルドシフトが行なわれる時点においても、露光時間の初
めに発生したスミア画像はあまり移動していない。した
がって、実画像とスミア画像が近接した位置に現れ、画
面の見苦しさは実質的に低減する。
の構成を示す。カメラの光軸上にレンズ1、アイリス2
が配置され、それぞれモータM1、M2によって駆動さ
れ、焦点距離、露光量を調節する。
的シャッタの機能も併せて有する。レンズ1によって焦
合された被写体の像は、CCD撮像チップ3の像面上に
結像する。CCD撮像チップ3は、ホトダイオード行
列、トランスファゲート、垂直電荷転送路、水平電荷転
送路等を有し、ドライバ回路4によって駆動され、読み
だされた画像信号は信号処理回路5に供給される。
荷転送路を駆動する標準ドライバ回路4aと、標準駆動
速度より遅い低速駆動速度で垂直電荷転送路を駆動する
低速ドライバ回路4bと、ホトダイオードからトランス
ファゲートを介して垂直電荷転送路へ蓄積電荷をシフト
させるフィールドシフトドライバ回路4cおよび水平電
荷転送路を駆動する水平ドライバ回路4eを含む。
アナログ的に処理し、磁気テープ等に磁気記録を行なう
場合には、そのまま磁気記録媒体13に画像信号を記録
する。
タル変換器6を含み、アナログ信号をデジタル信号に変
換して出力する。このデジタル信号は、画像信号処理回
路7に供給され、数値演算プロセッサ8等によってデー
タ圧縮等の処理を受け、デジタル画像信号を発生する。
このデジタル画像信号は、たとえばメモリカード9等に
記録される。
CDカメラ全体の制御を行なう回路であり、種々の制御
信号を発生する。スイッチ回路19は、レリーズスイッ
チの第1接点S1、第2接点S2、電源スイッチS3等
のスイッチを含む回路である。
ール16、キセノンランプ17、受光ダイオード18等
を含み、システムコントロールユニット14からのスト
ロボタイミング、ストロボ発光量等の制御信号に応じて
キセノンランプ17を発光させる。
信号を発生し、ドライバ回路4、信号処理回路5等に供
給する。判別回路12は、シャッタ駆動信号またはスト
ロボタイミング信号、フィールドシフト信号等に基づ
き、光学シャッタが開いてからフィールドシフトが行な
われるまでの期間、ドライバ回路4を制御して垂直電荷
転送路の駆動速度を低下させる。すなわち、低速ドライ
バ回路4bの出力をドライバ回路4の出力とする。フィ
ールドシフト後は、標準ドライバ回路4aの出力をドラ
イバ回路4の出力とする。
部分または全部を低速駆動し、続いてフィールドシフト
後は標準駆動することである。低速駆動の開始はより先
行しても構わない。
明する図である。図2(A)は、垂直電荷転送路(VC
CD)の駆動信号の波形を示すタイミングチャートであ
る。標準駆動と低速駆動では時間軸(横軸)の単位が変
わる。
式バンド図である。図中a、b、…iは、図2(A)に
おけるタイミングa、b、…iに対応する。図1に示す
CCD撮像チップは、行列状に配列されたホトダイオー
ドと、各ホトダイオード列に隣接して形成された垂直電
荷転送路(VCCD)を有する。VCCDの電極は、上
方から下方に向けて4個ずつ組にされ、V1、V2、V
3、V4と表示されている。これらの電極に駆動信号φ
V1、φV2、φV3、φV4が印加される。
点において、V1にあった電荷が、タイミングiにおい
てはV3まで移動され、全電荷が下方に移動している。
図3は駆動速度変調を説明するタイミング図である。垂
直駆動信号VDは各垂直走査期間の初めに立ち上がるパ
ルス信号である。駆動信号φVはVCCDの各列電極に
印加される信号を概略的に示す。各垂直走査期間Vの初
期に高いレベルを取ってフィールドシフト信号FSを形
成し、続いて標準駆動速度でVCCDを駆動する。各水
平走査期間H毎に垂直ラインシフトパルスが入る。1H
内の信号波形は図2(A)に示すものである。
は駆動信号φVの周期が長くなり、図示の場合周期が3
倍になっている。このため、VCCDの駆動速度は1/
3になる。この低速駆動は垂直走査期間の終了まで続
く。なお、低速駆動の駆動速度は任意に設定できるが、
回路的には垂直走査駆動速度の整数分の1が好ましい。
おける垂直電荷転送路の電荷転送を示す模式図である。
図4(A)、(B)において、多数のホトダイオードP
Dが行列状に配置されている。ホトダイオードPDの各
列に隣接して、垂直電荷転送路VCCDが形成されてい
る。ホトダイオードPDと垂直電荷転送路VCCDの間
にはトランスファゲートTGが配置され、ホトダイオー
ドPDから垂直電荷転送路VCCDへの電荷転送を制御
する。
で上方から下方に向かって駆動されている。露光開始信
号が与えられ、光学シャッタが開いて露光が開始すると
共に、図4(A)に示すように、VCCDの駆動速度は
標準駆動速度から低速駆動速度に減少させられる。
ダイオードPDに実画像の電荷Rが蓄積されると共に、
VCCDにもスミア画像Sが発生したとする。このVC
CD内のスミア画像Sは、垂直電荷転送路VCCDの低
速転送に従ってゆっくりと図中下方移動する。
ようにフィールドシフトが行なわれる。フィールドシフ
トが行なわれると、ホトダイオードPDに蓄積されてい
た実画像Rの電荷は、VCCDに転送される。この時、
VCCDを転送されていたスミア画像Sは、VCCDの
駆動速度が低速に切り換えられていたため、元の位置か
らあまり離れていない位置にある。従って、実画像Rと
スミア画像Sは観察者にとってほぼ重なって見える範囲
に存在する。このような画像信号をディスプレイ上に表
示した時には、スミア画像Sが実画像Rと分離して表示
されることが低減され、スミア画像の悪影響は実質的に
低減する。
は、VCCDの転送速度は標準駆動速度に戻され、通常
の電荷転送を行なう。図5は、このような電荷転送を実
現するための制御のフローチャートを示す。CCDカメ
ラの電源がステップA1でオンにされると、ステップA
2に進み、システムがスタンバイされる。VCCDは標
準駆動速度で転送を開始する。続いて、ステップA3で
レリーズスイッチの第1接点S1がオンされているか否
かが判定される。
の矢印に従ってステップA2に戻る。スイッチS1がオ
ンしていれば、YESの矢印に従ってステップA4に進
み、自動露光/自動測距(AE/AF)の動作を開始す
る。
完了したか否かを判定する。完了していなければNOの
矢印に従ってステップA4に戻る。AE/AF動作が完
了していれば、シャッタ速度、露光強度等が定まるた
め、YESの矢印に従ってステップA6に進む。
2接点S2がオンしているか否かを判定する。スイッチ
S2がオンしていない時は、NOの矢印に従ってステッ
プA4に戻る。スイッチS2がオンしていれば、YES
の矢印に従ってステップA7に進み、光学的シャッタを
開き、露光を開始する。
が行なわれる。すなわち、垂直電荷転送路VCCDの駆
動周波数は、露光開始と同時に変調され、低速駆動が行
なわれる。たとえば、VCCDの駆動速度は標準駆動の
場合と比べ、1/3以下に低減される。なお、ストロボ
撮影を行なう時は、光学的シャッタが開いた後直ちにま
たは僅かな時間後ストロボを閃光させる。露光時間中
は、VCCDは低速駆動を続ける。
したか否かが判定される。露光が完了していない時は、
NOの矢印に従ってステップA9を繰り返す。露光が完
了している時は、YESの矢印に従ってステップA10
に進み、垂直電荷転送路VCCDの駆動速度を標準駆動
速度に戻す。
行なわれるため、フィールドシフトされた実画像Rの信
号は、標準駆動速度によってVCCD内を転送され、水
平電荷転送路HCCDを介して画像信号として読みださ
れる。
に向かう低速駆動を行なうため、スミア画像Sはゆっく
り下方に移動する。移動が行なわれることにより、出力
画像に白傷が発生することが防止され、駆動速度が低減
することにより、スミア画像が実画像から大きく離れる
ことが防止される。露光時間経過後、フィールドシフト
信号FSが立ち上がると、ホトダイオードからの実画像
Rが読みだされ、VCCDは標準駆動に戻される。
め、スメア画像Sは実画像Rから近接した位置にある。
このため、実画像Rとスミア画像Sは通常一部重複して
配置され、スミア画像Sの弊害は実質的に大きく低減す
る。出力画像は、VCCD内の画像を倒立させた画像と
して発生する。
れる駆動速度変調を行なうか否かは任意である。読み出
された画像信号は、次のステップA11において、磁気
フロッピもしくはメモリカード等のデジタル記録装置に
記録される。このようにして露光動作は完了する。
に従って行なわれる露光動作を示すタイミング図であ
る。垂直駆動信号VD、フィールドシフト信号FS、シ
ャッタ制御信号、ストロボ発光制御信号は、それぞれ図
8で説明したものと同等である。
期間毎に立ち上がるパルス信号である。垂直同期信号V
Dに続いて、ホトダイオードPDから垂直電荷転送路V
CCDに電荷を読みだすためのフィールドシフト信号F
Sが発生する。
所定時点(フィールドシフト信号FSから露光時間前)
に光学シャッタを開き、露光を開始させる。なお、この
光学シャッタは、露光開始のタイミングを制御するが、
露光終了のタイミングはフィールドシフト信号FSによ
って行なうものとする。VCCDは露光前から標準駆動
されている。
露光時間tが予め設定され、フィールドシフト信号FS
の立ち上がるタイミングよりもt先行する時点でストロ
ボが発光される。
VCCDは標準駆動から低速駆動に切り換えられ、フィ
ールドシフト信号FSが立ち下がるまでは、VCCDは
低速駆動を継続する。フィールドシフト信号FSが立ち
下がると、再びVCCDは標準駆動に戻る。
のスミア画像は図6(B)に示すような挙動を行なう。
ストロボ発光時には、実画像と同一位置にVCCD内の
スミア画像が発生する。この時点でVCCDは低速駆動
に切り換えられ、VCCD内の電荷はゆっくり転送され
る。露光時間が経過してもスミア画像はあまり移動して
おらず、ある程度大きなパターンであればスミア画像は
実画像に一部重なる。
駆動速度変調を行なった場合のスミア画像の挙動を示
す。なお、画面内の一点で照射強度が高く、スミア画像
が発生するものとする。
ア画像Sが発生する。垂直電荷転送路VCCDは、露光
開始後低速駆動を行なうため、固定位置で発生するスミ
ア画像は、VCCD内でゆっくりS1の状態に下方にわ
ずか引き延ばされる。
読みだされると、スミア画像S2は実画像Rに連続した
形態となる。その後、標準駆動速度の転送が行なわれ、
読みだされた画像信号を出力画像として表示すると、図
中右端のような画像が表示される。光強度の高い点が消
滅していなければ、最後の標準駆動の時点においてもス
ミア画像が発生し続けるため、実画像Rの下方にも尾を
引いたS3の形状となる。
度変調を行なわなければ、スミア画像はより広がった形
態となる。したがって、上述の駆動方式によってスミア
画像の発生する範囲は減少する。
て、VCCDを低速駆動する速度は、遅いほどスミア画
像の影響は低減する。しかしながら、VCCDを全く停
止させてしまうと、白傷の発生が起こり得る。従って、
白傷の発生を防止できる範囲でなるべく低速で駆動する
ことがスミア画像の影響低減のためには好ましい。
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。
ストロボ露光においてスミア画像が発生しても、スミア
画像の影響を低減するとこができる。
すブロック図である。
直転送駆動を説明する線図である。
する線図である。
る。
である。
概念図である。
タイミング図および概念図である。
するためのタイミング図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 マトリックス状に配置したホトダイオー
ドに蓄積した電荷をCCD列にフィールドシフトし画像
信号を読み出す、光学シャッター付きCCDカメラの駆
動方法であって、 光学的シャッタが開いた後、フィールドシフトを行う間
での期間の大部分、前記CCD列を標準駆動速度よりも
低い駆動速度で駆動することを特徴とするCCDカメラ
の駆動方法。 - 【請求項2】 前記低い駆動速度は標準駆動速度の整数
分の1であることを特徴とする請求項1記載のCCDカ
メラの駆動方法。 - 【請求項3】 マトリックス状に配置したホトダイオー
ド(PD)と、 前記ホトダイオードの各列に近接して配置したCCD列
(VCCD)と、 外界から入射する光を前記ホトダイオード(PD)上に
選択的に透過させる光学的シャッタ(2)と、 前記光学的シャッタが開いた後に発光することのできる
ストロボユニット(15)と、 前記CCD列を標準駆動速度でもそれよりも低い駆動速
度でも駆動することのできる駆動回路(4a、4b)
と、 露光時間の実質的開始によって前記駆動回路の駆動速度
を低い駆動速度に切り換える信号を発生する判別回路
(12)と、 前記光学的シャッタが開いた後、露光時間経過後に、前
記ホトダイオードに蓄積された電荷を前記CCD列にフ
ィールドシフトする手段(4c)とを有するCCDカメ
ラ。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP23056792A JP3207545B2 (ja) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | Ccdカメラとその駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23056792A JP3207545B2 (ja) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | Ccdカメラとその駆動方法 |
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JPH0678222A JPH0678222A (ja) | 1994-03-18 |
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Family Applications (1)
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1992
- 1992-08-28 JP JP23056792A patent/JP3207545B2/ja not_active Expired - Fee Related
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