JPH02200076A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、撮像装置、特に固体撮像素子を利用した撮
像装置に関する。

［従来の技術］ 携帯用ビデオカメラや、電子式スティールカメラ、ある
いは画像入力装置の撮像素子として使用されている固体
撮像素子は、従来の撮像管等に比べて小さく軽いため、
これを使用した機器の小型軽量が可能であるので、益々
その応用範囲が広く成りつつある。

この様な固体撮像素子の一つとして、電荷結合デバイス
（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ：　　
以下ＣＣＤと略称する）の光蓄積効果を利用したＣＣＤ
型固体撮像素子が広く使用されているが、その概略的な
構成を第１図に示した。

図示した撮像素子（１）は、基板上にそれぞれ光ダイオ
ード（ｐｈｏｔｏ　ｄｉｏｄｅ）や、光トランジスタ（
ｐｈｏｔｏｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）等から成る光変換部
（７）を、例えば（４００〜５００）　ｘ　（２５０〜
３００）の行と列に配列し、それぞれの光変換部（７）
から光を受けて変換された電荷を垂直方向に移動させる
垂直伝送部（８）と、各垂直伝送部（８）から電荷を受
けて、これに必要に応じて出力信号（１０）又はドレイ
ン電荷（１１）として排出する水平伝送部（９）を備え
ている。

ここで、垂直伝送部（８）と水平伝送部（９）とは、そ
れぞれＣＣＤ素子から構成され、図示されていない複数
の伝送電極がその表面に取り付けられて、後で述べる駆
動パルス発生回路から印加される駆動パルスに従って電
荷を伝送さでるようになっている。

このような撮像素子（１）を利用したビデオカメラの一
例を第２図に示した。

このカメラは、入射光（２）を焦点調節及び分光させる
レンズ及びプリズム又は鏡等で構成される光学系（３）
と、この光学系（３）によって制御された光を受けて、
これを電子的な出力信号に変換させて、図示されていな
い（層像回路に入力させる撮像素子−例えば、第１図に
図示したようなＣＣＤ型固体撮像素子−と、この撮像素
子（１）を所定の周期で駆動させるための駆動パルス発
生回路（１６）を備えて構成される。

ビデオカメラの場合、毎秒約６０フレーム分の画像が要
求されるので、撮像素子（１）は約１７６０秒のフィー
ルド（ｆｉｅｌｄ）期間を持つようになる。

速い被写体の撮像時、鮮明な画像を得るためには、通常
この一フイールド期間中、例えば１　／２５０〜１／　
２０００秒の間に蓄積された信号電荷だけを出力（出力
信号）し、残りの時間の間に蓄積された信号電荷は不必
要電荷として排出（ドレイン信号）させるようになるが
、この様な信号電荷蓄積時間を通常のスチイールカメラ
のシャッタ時間と比較することができる。一方、ＣＣＤ
等の固体撮像素子は入射光の光量に敏感であるので、光
量が不足の場合には、感度、即ち解像度が不充分で、光
量が過多な場合には、所謂ブルーミング（ｂｌｏｏｍｉ
ｎｇ）現象等が生じ画質を劣化させるようになるので、
↑層像素子に入射される入射光の光量を適切に調節する
必要がある。

従来の撮像装置は、上に述べた信号電荷蓄積時間、即ち
シャッター時間を固定させたまま、別な絞り器具を通じ
て撮像素子（１）に入射される入射光（２）の光量を調
節する、言わば「固定シャッター時間方式」のものであ
った。即ち、従来の撮像装置は第２図にめしだように、
撮像素子（１）から印加される出力信号の一部を信号レ
ベル検出回路（１４）が受けて、そのレベルを検出し、
絞り調節（ａｕｔｏｉｒｉｓ）回路（１５）が、この出
力信号の平均レベルが常に一定するように、モータ又は
ソレノイド等から成る絞り駆動部（１７）を制御して、
この絞り駆動部（１７）が絞り器具（１８）を駆動させ
ることにより、撮像素子（Ｉ）に入射される入射光の光
−量を調節するように構成されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような従来の撮像装置の光量調節手段は、シャッタ
ー時間を固定し、機械式の絞り調節器具を使用するよう
に構成されたので、その構成が複雑で、コストが高く、
小型軽量が難しい問題点があった。しかも、被写体が速
い速度で移動する場合にその応答速度が遅く問題がある
が、特にその被写体の光度が非常に高いか低い場合には
、その認識が殆ど不可能であった。

また、この機械式の光量調節手段はその消費電力が大き
いので、通常の電池を電源とする携帯用ビデオカメラや
電子式スチイールカメラの作動可能時間を制限させる一
つの原因となった。

〔発明の目的〕

このような従来の撮像装置の問題点に鑑み、この発明の
目的は、構造が単純で、応答速度が早く、消費電力がす
こぶる少ない光量調節手段を具備する撮像装置を提供す
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、この発明による撮像装置
は入射光を光学的に制御する光学系と、この光学系を通
じて入射された光を信号電荷に変換させ、出力する撮像
素子と、この撮像素子を駆動する駆動パルスを出力する
駆動パルス発生回路と、上記撮像素子の出力信号のレベ
ルを検出する信号レベル検出回路とを備えた撮像装置で
あって、上記信号レベル検出回路から検出された撮像素
子の出力信号のレベルに従って、上記駆動パルス発主回
路の出力駆動パルスを制御することにより、上記撮像素
子の出力信号のレベルを殆ど一定に保持させる電圧制御
周波数発生回路を備えて構成しである。

〔実施例〕

この発明によって構成された撮像装置の好ましい一実施
例を示す添付図を参照しながら詳細に説明する。

第３図に示したこの発明によって構成された描像装置は
、例えばビデオカメラであって、入射光（２）を撮像素
子（１）に対して集束させ、必要に応じてフィルター及
び分光させる光学系（３）と、この光学系（３）によっ
て制御された光を受けて信号電荷に変換させ、その出力
信号を図示していない撮像回路に印加させる撮像素子（
１）と、この撮像素子（１）を所定の周期で駆動させる
駆動パルス発生回路（６）と、撮像素子（１）の出力信
号の一部を印加され、その信号レベルを検出して、これ
に該当する電圧を出力する信号レベル検出回路（４）と
、この信号レベル検出回路（４）から供給されて電圧レ
ベルに従って、これに対応する周波数の信号を出力して
、前述の駆動パルス発生回路（６）の出力駆動パスルを
制御３Ｂする電圧制御周波数発生回路（５）を備えて構
成される。

ここで、光学系（３）は集束用のレンズ群と分光用のプ
リズム又は鏡や濾波用のフィルター等を適切に組み合わ
せて構成するのが好ましい。

撮像素子（１）は、固体撮像素子であって、例えば第１
図を通じて説明したような通常のＣＣＤ型固体撮像素子
であるのが好ましく、その形式はフィーム形やインタラ
イン（ｉｎｔｅｒｌｉｎｅ）形等どんなんものであって
も、この発明の構成には差し支えない。

撮像素子（１）の上面には、図示されていない適切な伝
送電極が配列されているが、駆動パルス発生回路（６）
は、この伝送電極に垂直伝送パルスと水平伝送パルス及
び／又は必要によってリセット・パルス等を印加させ、
信号電荷の伝送及び伝送周期を制御する構成を有し、サ
ンプリング回路や増幅回路等適切な周辺回路を備えて構
成されるのが好ましい。

信号レベル検出回路（４）は、撮像素子（１）の出力信
号の一部を印加されて、これを増幅して、及び必要によ
って変換させ、そのレベルに対応する直流電圧を出力さ
せる形式のものであり、電圧制御周波数発生回路（５）
は、例えば電圧制御発振器（Ｖ　ＣＯ：　Ｖｏｌｔａｇ
ｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　０ｓｃｉｌｌａｔｏｒ）等
のように入力電圧によって、これに対応する出力周波数
を出力する形式のものであるのが好ましい。

上記のような構成を有するこの発明によって構成された
撮像装置の作動を詳細に説明する。

先ず、第３図では、入射光（２）は光学系（３）によっ
て制御され、撮像素子（１）に入射する。そして、撮像
素子（１）で信号電荷に変換され、図示していない撮像
回路と信号レベル検出回路（４）に出力される。信号レ
ベル検出回路（４）は撮像素子（１）の出力信号を適切
に増幅及び／又は必要によって変換させ、そのレベルに
対応する潮流電圧を電圧制御周波数発生回路（５）に印
加させる。電圧制御周波数発生回路（５）は、信号レベ
ル検出回路（４）から印加された入力電圧に従って、こ
れに対応する周波数の信号を発生させ、これを駆動パル
ス発生回路（６）に印加させるが、この周波数信号は駆
動パルス発生回路（６）の基準パルスを制御することに
より、出力駆動パルスを制御するようになる。

上記の処置により、駆動パルス発生回路（６）によって
駆動される撮像素子（１）の電荷蓄積時間、即ちシャッ
ター時間が変化し、入射光の光量に従って１量像素子（
１）から出力される信号電荷のレベルを常に一定に保つ
ことができる。それ故、付加的なシャッター手段は不要
になる。

上に述べたこの発明による撮像装置の電子式シャッター
としての動作を第１図及び第４図を参照しながら、更に
詳細に説明する。

光学系（３）を経由して入射した入射光（２）は、撮像
素子（１）の光変換部（７）で電荷に変換され、垂直伝
送部（８）に伝送される。次いで、駆動パルス発生回路
（６）から印加された垂直伝送パルス（Ｐ）によって制
御され、期間（ＴＩ　）の間、水平伝送部（９）側に全
フィールドの信号電荷が順次伝送される。

次に、幅（Ｔ２）のドレインパルス（ＰＩ　）及び高速
逆伝送パルス（Ｐ３）が印加され、不要な信号電荷をド
レイン電荷（１１）として排出し、幅（Ｔ４）の続出パ
ルス（Ｐ２）及び高速伝送パルス（Ｐ４）が印加され、
必要な信号電荷を出力信号（１０）として出力する。一
方、これ等の駆動パルス（ＰＩ〜Ｐ４　）は画面の安定
化のためそれぞれ信号電荷の伝送が遮断される水平ブラ
ンキング期間（Ｔ５）及び垂直ブランキング期間（Ｔ６
）中に印加されるのが好ましい。（ここで、高速逆伝送
パルス（Ｐ３）は、第１図で図示されていない伝送電極
が水平伝送部（９）の電荷を図面の左側に伝送させるよ
うにする駆動信号であり、高速伝送パルス（Ｐ４）は図
面の右側に伝送させるようにする駆動信号である。） 従って、出力信号（１０）として出力される信号電荷は
、期間Ｔ３の開光変換部（７）に蓄積された電荷だけが
できるので、この期間Ｔ３を信号電荷蓄積時間、又はシ
ャッター時間と言うことができる。

この発明による撮像装置では、この信号電荷蓄積時間（
Ｔ３）、即ちドレインパルス（Ｐｌ）と続出パルス（Ｐ
２）間の間隔が、信号レベル検出回路（４）から検出さ
れた撮像素子（１）の出力信号（１０）のレベル、即ち
光量に応じて電圧制御周波数発生回路（５）から発生さ
れる周波数信号によって駆動パルス発生回路（６）の基
準パルスの幅が制御され、これによって制御された駆動
パルスが駆動パルス発生回路（６）から供給されること
により調節されることなる。従って、特別な絞り手段が
なくても、この信号電荷蓄積時間（Ｔ３）が調節されて
、を層像素子（１）の出力信号（１０）は常に一定なレ
ベルを維持するようになる。

上に述べたように、この発明により構成された撮像装置
は、特別な機械的絞り系調節器具を使用しないので、そ
の構造が簡単であり、作製が容易で、小型軽量化が可能
である。加えて、応答速度が速いので、認識度も優れて
おり、消費電力も従来の装置に比べて無視することがで
きる程度小さい等の数多くの長所がある。それ故、特に
携帯用のビデオ装置として適切な撮像装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、通常の撮像素子の構成を示す概略平面図。 第２図は、第１図の撮像素子を使用した従来の撮像装置
を示す概略システム図。 第３図は、この発明により構成された撮像装置を示す概
略システム図。 第４図は、この発明により構成された撮像装置の動作を
示すタイミングチャート。 図面に使用された主要符号の説明： ｌ・・・を層像素子、 ２・・・入射光、 ３・・・光学系、 ４・・・信号レベル検出回路、 ５・・・電圧制御周波数発生回路、 ６・・・駆動パルス発生回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入射光を光学的に制御する光学系と、この光学系を
   通して入射された光を信号電荷に変化させて出力する撮
   像素子と、この撮像素子を駆動する駆動パルスを出力す
   る駆動パルス発生回路と、上記撮像素子の出力信号のレ
   ベルを検出する信号レベル検出回路とを備えた撮像装置
   において、 上記信号レベル検出回路から検出された撮像素子の出力
   信号のレベルに従って、上記駆動パルス発生回路の出力
   駆動パルスを制御することにより、上記撮像素子の出力
   信号のレベルを殆ど一定に保持させる電圧制御周波数発
   生回路を備えていることを特徴とする撮像装置。