JP3346802B2 - Video camera light receiving device - Google Patents

Video camera light receiving device

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JP3346802B2 JP26912792A JP26912792A JP3346802B2 JP 3346802 B2 JP3346802 B2 JP 3346802B2 JP 26912792 A JP26912792 A JP 26912792A JP 26912792 A JP26912792 A JP 26912792A JP 3346802 B2 JP3346802 B2 JP 3346802B2
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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ビデオカメラの受光装
置に係り、特に固体撮像素子を用いたビデオカメラの受
光装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light receiving device for a video camera, and more particularly to a light receiving device for a video camera using a solid-state image sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】映像を含む光を電気信号に変換し、この
電気信号を記録することにより映像を記録する装置とし
てビデオカメラがある。このビデオカメラでは、入力し
た映像を含む光を電気信号に変換する受光装置として、
固体撮像素子である電荷転送素子(CCD)が使用され
ている。図4はCCDを使用した従来の受光装置の構成
を示す構成図であり、同図において、301はCCD、
306はCCD301を制御するCCDドライバ/クロ
ック発生部、308は映像を含んだ光である。映像を含
んだ光308は、レンズ(図示せず)などによりCCD
301上に結像し、CCD301で光電変換され、電気
信号として図5に示すように出力される。この信号の最
大振幅と最小振幅がホワイトレベルとブラックレベルの
範囲を示し、ホワイトレベルとブラックレベルの間の所
定の出力信号値を各画素の輝度として後段回路で判断す
る。
2. Description of the Related Art There is a video camera as a device for recording a video by converting light containing a video into an electric signal and recording the electric signal. In this video camera, as a light receiving device that converts light including an input image into an electric signal,
A charge transfer device (CCD) which is a solid-state imaging device is used. FIG. 4 is a configuration diagram showing a configuration of a conventional light receiving device using a CCD. In FIG.
Reference numeral 306 denotes a CCD driver / clock generation unit for controlling the CCD 301, and reference numeral 308 denotes light including an image. The light 308 including the image is transmitted to the CCD by a lens (not shown) or the like.
An image is formed on an image 301, photoelectrically converted by the CCD 301, and output as an electric signal as shown in FIG. The maximum amplitude and the minimum amplitude of this signal indicate a range between the white level and the black level, and a predetermined output signal value between the white level and the black level is determined by the subsequent circuit as the luminance of each pixel.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従来の受光装置は以上
のように構成されていたので、CCDの各受光セルの微
細化を進めようとすると、有効受光面積が減少してCC
Dからの出力信号のレベルが低下し、これに伴ってS/
N比も低下するという問題があった。また、各セルの電
荷転送の高速化を進めることは、電子の蓄積時間を減少
させるため、上述と同様にCCDからの出力信号のレベ
ルが低下し、やはりこれに伴ってS/N比も低下すると
いう問題があった。したがって、これら出力の低下とこ
れに伴うS/N比の低下がCCDにおける受光セルの微
細化やCCDの高速化を進める上で制約条件となってい
た。出力は増幅すれば大きくなるが、CCDの出力信号
の中には光信号を電気信号に変換する時点で発生してい
るCCDの物理的な特性がノイズも含まれており、受光
セルの微細化などにより低下したCCDからの出力信号
自体を増幅しても、そのノイズまで増幅してしまいS/
N比は改善できなかった。
Since the conventional light receiving device is configured as described above, when the size of each light receiving cell of the CCD is reduced, the effective light receiving area is reduced.
The level of the output signal from D decreases, and with this, S /
There is a problem that the N ratio also decreases. Further, increasing the speed of the charge transfer of each cell reduces the accumulation time of electrons, so that the level of the output signal from the CCD decreases as described above, and the S / N ratio also decreases accordingly. There was a problem of doing. Therefore, these reductions in output and the accompanying reduction in the S / N ratio have been limiting conditions in miniaturizing the light receiving cells in the CCD and increasing the speed of the CCD. The output increases when it is amplified, but the CCD output signal contains noise, which is the physical characteristic of the CCD that is generated when the optical signal is converted to an electrical signal. Even if the output signal itself from the CCD, which has been reduced due to the above factors, is amplified, even the noise is amplified, and S / S
The N ratio could not be improved.

【0004】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたもので、CCDの物理的な特性による
ノイズを減少させ、S/N比のよい信号を取り出せるよ
うにすることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to reduce noise due to the physical characteristics of a CCD and to obtain a signal with a good S / N ratio. And

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】以上のような問題点を解
決するために、この発明では、同一の光を第1の光と第
2の光とに分ける分光器と、第1の光を受光して電気信
号に変換する第1の固体撮像素子と、第2の光を受光し
て電気信号に変換する第2の固体撮像素子と、第1の固
体撮像素子が出力する電気信号を位相反転する位相反転
手段と、この位相反転手段により位相反転された電気信
号と第2の固体撮像素子が出力する電気信号とを同期し
差動的に加算合成する信号処理手段とを備えたことを
特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above problems, the present invention provides a spectroscope that divides the same light into a first light and a second light; A first solid-state imaging device that receives light and converts it into an electric signal; a second solid-state imaging device that receives second light and converts it into an electric signal; and an electric signal output by the first solid-state imaging device. Phase inverting means for inverting, and synchronizing the electric signal whose phase has been inverted by the phase inverting means with the electric signal output by the second solid-state imaging device.
And signal processing means for performing differential addition and synthesis.

【0006】[0006]

【作用】第1と第2の固体撮像素子からの信号は同期の
とれた状態で加算合成されるので大きな振幅となるが、
その信号成分の中でノイズのような同期性が無いものは
加算されない。
The signals from the first and second solid-state imaging devices have a large amplitude because they are added and synthesized in a synchronized state.
Those having no synchronism such as noise among the signal components are not added.

【0007】[0007]

【実施例】以下、この発明の1実施例を図を参照して説
明する。 (実施例1)図1は、この発明の1実施例であるビデオ
カメラの受光装置の構成を示す構成図である。図1にお
いて、101は2次元の光学像から1次元の電気信号を
取り出すために光電変換をする第1のCCD、102は
第1のCCDと同一の特性を有する第2のCCD、10
3は撮影する映像を含んだ光(2次元の光学像)を2つ
に分光し、第1,第2の各CCD101,102に分配
する分光器、104は第1のCCD101からの光電変
換信号の位相を反転するインバータ、105はインバー
タ104からの反転信号と第2のCCD102からの光
電変換信号とを合成する信号処理部、106はクロック
発生回路,タイミング回路及びCCDドライバなどを有
し、第1のCCD101と第2のCCD102とを駆動
するためのCCD駆動部、107は信号処理部105で
合成した信号を映像信号にするエンコーダである。な
お、108は映像を含んだ光、108aは光108が分
光器103により分光されCCD101に入射する第1
の分光光、108bは光108が分光器103により分
光され第2のCCD102に入射する第2の分光光であ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a light receiving device of a video camera according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 101 denotes a first CCD for performing photoelectric conversion to extract a one-dimensional electric signal from a two-dimensional optical image; 102, a second CCD having the same characteristics as the first CCD;
Reference numeral 3 denotes a spectroscope that splits light (two-dimensional optical image) including an image to be captured into two and distributes the light to the first and second CCDs 101 and 102, and 104 denotes a photoelectric conversion signal from the first CCD 101. An inverter 105 for inverting the phase of the signal; a signal processing unit 105 for synthesizing the inverted signal from the inverter 104 with the photoelectric conversion signal from the second CCD 102; 106, a clock generation circuit, a timing circuit, a CCD driver, and the like; A CCD drive unit for driving the first CCD 101 and the second CCD 102, and an encoder 107 converts a signal synthesized by the signal processing unit 105 into a video signal. Reference numeral 108 denotes light including an image, and reference numeral 108a denotes a first light which the light 108 is split by the spectroscope 103 and enters the CCD 101.
And 108b is a second spectral light in which the light 108 is split by the spectroscope 103 and is incident on the second CCD 102.

【0008】つぎに、このビデオカメラの受光装置の動
作を説明する。まず、ビデオカメラの光学系レンズ(図
示せず)を通過してきた光108は、分光器103で2
方向に分かれ、第1及び第2のCCD101,102の
表面に到達する。第1のCCD101に到達した第1の
分光光108aは、光電変換されて電気信号Aとして出
力され、次いでインバータ104により位相が反転され
た反転信号A’となり信号処理部105に入力する。一
方、第2のCCD102に到達した第2の分光光108
bは、前述と同様に、光電変換されて電気信号Bとして
出力され、この場合は、そのまま信号処理部105に入
力する。
Next, the operation of the light receiving device of the video camera will be described. First, light 108 that has passed through an optical lens (not shown) of the video camera is
The light beams are divided into directions and reach the surfaces of the first and second CCDs 101 and 102. The first spectral light 108a that has reached the first CCD 101 is photoelectrically converted and output as an electric signal A, and then becomes an inverted signal A 'whose phase is inverted by the inverter 104, and is input to the signal processing unit 105. On the other hand, the second spectral light 108 that has reached the second CCD 102
As described above, b is photoelectrically converted and output as an electric signal B. In this case, the signal b is directly input to the signal processing unit 105.

【0009】第1のCCD101と第2のCCD102
は、同一のCCD駆動部106により駆動されているの
で、第1のCCD101から出力されインバータ104
で位相反転された反転信号A’と第2のCCD102か
ら出力された光電変換信号Bは、図2(a)に示すよう
に、振幅は逆相になっているがタイミングは同期した信
号である。これらの各信号は信号処理部105で差動的
に加算合成され、その加算合成された信号が図2(b)
に示すものであり、全体の出力信号はホワイトレベルと
ブラックレベルの間で2倍となり、これに対応してホワ
イトレベルとブラックレベルの間のレンジも2倍とな
る。ここで、信号処理部105に入力する2つの信号に
含まれるCCD表面の物理的要因,熱電子によるノイズ
成分は、不規則に発生していてクロック信号に同期して
いるわけではないので、信号処理部105により加算さ
れてもその振幅が2倍になることはなく、出力信号の中
のこれらのノイズ成分は2倍に増加されるようなことは
ない。したがって、信号処理部105により合成された
出力信号は、S/N比が向上した信号となる。
A first CCD 101 and a second CCD 102
Are driven by the same CCD driving unit 106, and thus are output from the first CCD 101 and output from the inverter 104.
As shown in FIG. 2A, the inverted signal A 'whose phase has been inverted in step (a) and the photoelectric conversion signal B output from the second CCD 102 have opposite phases but have synchronized timings, as shown in FIG. . These signals are differentially added and synthesized by the signal processing unit 105, and the added and synthesized signal is shown in FIG.
The total output signal is doubled between the white level and the black level, and the range between the white level and the black level is correspondingly doubled. Here, the physical factors of the CCD surface and noise components due to thermionic electrons included in the two signals input to the signal processing unit 105 are generated irregularly and are not synchronized with the clock signal. Even if the amplitude is added by the processing unit 105, the amplitude does not double, and these noise components in the output signal do not increase twice. Therefore, the output signal synthesized by the signal processing unit 105 is a signal having an improved S / N ratio.

【0010】(実施例2)ところで、CCDは映像を含
んだ光を取り込みこれを光電変換するが、この光を取り
込む時間を通常の1/60秒から1/500秒,1/1
000秒とすることで、動きの早い映像を取り込んだ際
の分解能を向上させることができる。これがビデオカメ
ラにおけるシャッター動作であるが、CCDに不要電荷
を掃き出すための電圧を印加して、常時CCDに蓄積さ
れている不要な電荷を除き、例えば1/500秒だけ映
像を含んだ光を取り込むことでシャッター動作が可能と
なる。
(Embodiment 2) By the way, the CCD takes in light containing an image and photoelectrically converts it. The time for taking in this light is reduced from 1/60 second to 1/500 second, 1/1.
By setting the time to 000 seconds, the resolution at the time of capturing a fast-moving image can be improved. This is a shutter operation in a video camera. A voltage for sweeping out unnecessary charges is applied to the CCD to remove unnecessary charges constantly stored in the CCD and capture light containing an image for 1/500 second, for example. This enables the shutter operation.

【0011】図3は、シャッター動作を行う場合のビデ
オカメラの受光装置の構成を示す構成図であり、109
は、CCD駆動部106aによって制御され第1のCC
D101と第2のCCD102をシャッター動作させる
ためのシャッター動作部であり、他は図1と同様であ
る。シャッター動作部109は、通常より数倍高い電圧
を第1のCCD101と第2のCCD102に所定の時
間だけ印加し、これにより蓄積されている電荷を掃引
し、光電変換する時間を短くして映像を含んだ光を取り
込む。これにより、動画のブレが減少し分解能が向上す
るが、取り込む光の量が減少するので感度が低下する。
しかし、実施例1で説明したように、この実施例2にお
いても、第1のCCD101からの光電変換信号Aをイ
ンバータ104で位相反転し、この位相反転信号A’と
第2のCCD102から出力される光電変換信号Bとを
信号処理部105で差動的に加算合成しているので、シ
ャッター動作によって起こる出力信号レベルの低下を改
善し、加えて、S/N比も改善することができる。
FIG. 3 is a configuration diagram showing the configuration of the light receiving device of the video camera when performing the shutter operation.
Is controlled by the CCD driving unit 106a and the first CC
A shutter operation unit for performing a shutter operation of the D101 and the second CCD 102, and the other components are the same as those in FIG. The shutter operation unit 109 applies a voltage several times higher than normal to the first CCD 101 and the second CCD 102 for a predetermined time, thereby sweeping the accumulated charge and shortening the time for photoelectric conversion to reduce the image. Take in light containing. As a result, motion blur is reduced and resolution is improved, but sensitivity is reduced because the amount of light to be captured is reduced.
However, as described in the first embodiment, also in the second embodiment, the phase of the photoelectric conversion signal A from the first CCD 101 is inverted by the inverter 104, and this phase inverted signal A 'is output from the second CCD 102. Since the photoelectric conversion signal B and the photoelectric conversion signal B are differentially added and synthesized by the signal processing unit 105, a decrease in the output signal level caused by the shutter operation can be improved, and in addition, the S / N ratio can be improved.

【0012】(実施例3)なお、上記実施例1では、第
1のCCD101から出力される光電変換信号をインバ
ータ104により位相反転し、それを第2のCCD10
2から出力される光電変換信号Bと合成していたが、こ
れに限るものではなく、第1のCCD101からの光電
変換信号Aを位相反転せず、第2のCCD102から出
力される光電変換信号Bと合成するようにしてもよい。
この場合は、図1においてインバータ104を除き、信
号処理部105を第1のCCD101からの信号Aと、
第2のCCD102からの信号Bとを同期して加算合成
する信号処理部105aとすればよい。
(Embodiment 3) In the first embodiment, the phase of the photoelectric conversion signal output from the first CCD 101 is inverted by the inverter 104, and the inverted signal is converted into the second CCD signal.
2 is combined with the photoelectric conversion signal B output from the second CCD 102, but the invention is not limited thereto. The photoelectric conversion signal A output from the second CCD 102 is output without inverting the phase of the photoelectric conversion signal A from the first CCD 101. B may be combined.
In this case, the signal processing unit 105 except for the inverter 104 in FIG.
The signal processing unit 105a may be configured to add and synthesize the signal B from the second CCD 102 in synchronization.

【0013】なお、図3の実施例2においても実施例3
と同様のことが可能であり、図2においてインバータ1
04を除き、信号処理部105を第1のCCD101か
らの信号Aと第2のCCD102からの信号Bとを加算
合成する信号処理部105aとしてもよい。
In the embodiment 2 shown in FIG.
The same operation as that of FIG.
With the exception of 04, the signal processing unit 105 may be a signal processing unit 105a that adds and synthesizes the signal A from the first CCD 101 and the signal B from the second CCD 102.

【0014】[0014]

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、固体撮
像素子表面の物理的な特性による光電変換時の電気信号
のノイズを増加すること無く、光電変換した信号のみを
増幅できるので、S/N比を改善することが可能とな
り、理論的にはS/N比を1.4倍程度にまですること
ができる。したがって、ビデオカメラで暗い場所を撮影
する場合やシャッター動作をする場合など取り込む光の
量が少ない場合でも、S/N比が向上しているので、ノ
イズを増やすこと無く光電変換した信号を増幅でき、感
度を向上させることが可能となる。
As described above, according to the present invention, only the photoelectrically converted signal can be amplified without increasing the noise of the electric signal at the time of photoelectric conversion due to the physical characteristics of the surface of the solid-state imaging device. It is possible to improve the / N ratio, and theoretically the S / N ratio can be increased to about 1.4 times. Therefore, even when the amount of light to be taken in is small, such as when shooting a dark place with a video camera or when performing a shutter operation, the S / N ratio is improved, so that the photoelectrically converted signal can be amplified without increasing noise. , The sensitivity can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の1実施例であるビデオカメラの受光
装置の構成を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a light receiving device of a video camera according to an embodiment of the present invention.

【図2】信号処理手段の信号処理における信号の変化を
示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a change in a signal in signal processing of a signal processing unit.

【図3】この発明の他の実施例であるビデオカメラの受
光装置の構成を示す構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram showing a configuration of a light receiving device of a video camera according to another embodiment of the present invention.

【図4】従来のビデオカメラの受光装置の構成を示す構
成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram showing a configuration of a light receiving device of a conventional video camera.

【図5】図5に示す固体撮像素子の出力信号レベルを示
す波形図である。
5 is a waveform chart showing an output signal level of the solid-state imaging device shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 第1のCCD 102 第2のCCD 103 分光器 104 インバータ 105 信号処理部 106 CCD駆動部 107 エンコーダ 108 光 108a 第1の分光光 108b 第2の分光光 Reference Signs List 101 First CCD 102 Second CCD 103 Spectroscope 104 Inverter 105 Signal processing unit 106 CCD driving unit 107 Encoder 108 Light 108a First spectral light 108b Second spectral light

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 同一の光を第1の光と第2の光とに分け
る分光器と、 前記第1の光を受光して電気信号に変換する第1の固体
撮像素子と、 前記第2の光を受光して電気信号に変換する第2の固体
撮像素子と、 前記第1の固体撮像素子が出力する電気信号を位相反転
する位相反転手段と、 この位相反転手段により位相反転された電気信号と前記
第2の固体撮像素子が出力する電気信号とを同期して
動的に加算合成する信号処理手段とを備えたことを特徴
とするビデオカメラの受光装置。
1. A spectroscope that divides the same light into a first light and a second light, a first solid-state imaging device that receives the first light and converts the same into an electric signal, A second solid-state imaging device that receives the light of the first solid-state imaging device and converts the light into an electric signal; a phase inversion device that inverts the phase of the electric signal output from the first solid-state imaging device; A light receiving device for a video camera, comprising: signal processing means for synchronously and differentially adding and synthesizing a signal and an electric signal output from the second solid-state imaging device.
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