JPH0410786B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は固体撮像素子を用いた撮像装置、特
に静止画像の撮影に適した撮像装置に関する。

従来より知られているCCD又はMOS型などの
固体撮像素子はそれまでのビジコン等の撮像管と
の置換を主眼に開発され設計されており、その構
造も当然のことながら通常のテレビジヨン画像に
適したインターレース走査が容易となるものとな
つているので、これをスチル撮影すなわち静止画
撮影に用いようとすると、シヤツタータイム、記
録方式などを含めて種々の問題を生じ、実用化の
障害となつている。第１図はビデオカメラ用に造
られた２相駆動インターライン転送型CCDの構
成の概略を示しており、行列配置された多数の
PN接合受光部１と、トランスフアーゲート２を
介して前記各受光部１に１：１で対応して設けら
れた垂直転送電極３と、水平転送電極４とを主要
構成とし、その他のオーバーフロードレイン等は
図示を省略してある。このCCDでは図示の如き
構成のため２：１インターレース走査の場合、受
光部１から垂直転送電極３への電荷転送を垂直方
向にひとつとびの受光部について行ない、これが
テレビジヨン画像走査の奇数（又は偶数）フイー
ルドに対応づけられ、残された受光部の信号電荷
の転送は、前記奇数（又は偶数）フイールドに関
する信号電荷が全て外部に取り出された後に先程
とは別のひとつとびの受光部についての電荷転送
により果され、これがテレビジヨン画像走査の偶
数（又は奇数）フイールドに対応づけられる。こ
の動作を1/60秒毎に繰り返して、奇数および偶数
の２フイールドよりなる１フレームの画像信号を
得、従つてこのCCDの信号電荷蓄積時間は1/30
秒であり、しかも奇数フイールドの受光部と偶数
フイールドの受光部とでは電荷転送が1/60秒ずつ
互いにずれることになる。

このようなテレビジヨン画像のインターレース
走査に適合させた素子構造は転送電極の集積度の
点でも有利となり、１フイールドにおける垂直走
査線本数と同数、即ち全走査線の本数の1/2に相
当する数の転送電極で素子を実現できるので、構
造が簡単で微細加工技術が不要であるという利点
が得られるものであり、もしも受光素子と同じ垂
直走査線本数を順次走査方式で実現しようとすれ
ば２倍の垂直転送電極を必要とするのは明らかで
あるが、このような利点をもつ素子構造でもスチ
ル撮影すなわち静止画を得ようとする場合には以
下のような問題を生じる。

すなわち、前記のようなビデオカメラ用の固体
撮像素子を用いて得られる静止画像としては、撮
影時期が1/60秒だけずれた２つのフイールド画像
を合成した１フレーム画像か、この２フイールド
のうちいずれか一方のみを使つたフイールド画像
のどちらかであり、前者では被写体の動きが速い
場合に再生画像がブレて見え、後者では再生画像
の解像度がフレーム画像より劣化する欠点が避け
られない。

この発明の目的は、同一露光条件で幅広いシヤ
ツタータイムの選択が可能で、任意のシヤツター
タイムでブレのない静止画像が得られる撮像装置
を提供することである。

この目的を達成するために、本発明の撮像装置
においては、 インターレース走査可能なCCD等の固体撮像
素子と、 前記固体撮像素子の前方に配置され前記撮影光
学系から前記固体撮像素子へ入射する光に対する
前記固体撮像素子の露出時間を調整するシヤツタ
と、 予め設定された前記露出時間に応じて自動的に
第１と第２のモードに切り換える切換機能を有
し、 第１のモードでは撮影開始信号の発生に伴つて
前記シヤツタを開放させると共に前記固体撮像素
子の電荷蓄積を開始させ、前記露出時間の経過後
に前記シヤツタを閉じると共に前記固体撮像素子
に蓄積された電荷をインターレース走査により２
フイールド・１フレームの画像信号として読み出
させ、 第２のモードでは前記シヤツタを全開放状態に
保持すると共に、前記固体撮像素子自体の電子シ
ヤツタ機能により、撮影開始信号の発生に伴つて
前記固体撮像素子の電荷蓄積を開始させ、前記露
出時間の経過後に前記固体撮像素子に蓄積された
電荷のうち一方のフイールド分だけを画像信号と
して読み出させる制御回路とを備えており、設定
されたシヤツタースピードに応じてフレーム画像
かフイールド画像かが選択されて任意のシヤツタ
ースピードでブレのない画像が得られ、どちらの
画像の再生も同じ信号処理操作で果たし得るよう
な画像磁気記録に適した画像信号を出力し得るも
のである。

この発明を実施例図面と共に詳述すれば、第２
図はこの発明に係る撮像装置の一実施例の構成を
示すブロツク図、第３図はこの発明の撮像装置に
組合せて好適な画像信号の磁気記録装置の構成例
を示すブロツク図である。

第２図において、この発明の撮像装置は、撮影
レンズ２０１によつて被写体像の結像されるイン
ターライン走査可能な固体撮像素子、ここでは
CCD２０５と、このCCD２０５の前面に配置さ
れたシヤツタ２０２と、これらCCD２０５とシ
ヤツタ２０２の作動を制御する制御回路２１３と
を主要構成として備えている。前記CCD２０５
は以下の説明においてインターライン転送式
CCDとして述べるが、これは勿論フレーム転送
式CCD或いはMOS型固体撮像素子等であつても
よく、レンズ２０１からの光を光電変換し、それ
によつて生じた電荷を蓄積し、さらに蓄積電荷を
インターレース走査で転送して読出すことのでき
る固体撮像素子なら何を用いてもよい。前記シヤ
ツタ２０２は、機械的シヤツタ、或いは液晶素子
やエレクトロクロミツク素子や透明セラミツクな
どの電気光学効果を利用した電子的シヤツタ等を
用い、その開閉を電気信号で行なえるようにして
CCD２０５へのレンズからの入射光に対する
CCD２０５の露出時間、換言すればCCD２０５
の電荷蓄積時間を任意に調節できるようにしてあ
る。

制御回路２１３は、CCD２０５の駆動パルス
を生じる駆動パルス発生回路２０６と、シヤツタ
２０２の駆動回路２０３と、基準クロツクとして
の同期信号発生回路２０８と、露出時間すなわち
シヤツタスピード設定回路２１２と、画面抜取り
用のパルス発生回路２０４と、第１および第２の
モードへのモード切換回路２１４と、タイミング
コントローラ２０７とを備えており、モード切換
回路２１４で第１のモードに切換られたときに
は、撮影者のレリーズ操作によつて生じる撮影開
始信号をタイミングコントローラ２０７で受ける
と同時にこのタイミングコントローラ２０７から
の制御信号でシヤツタ駆動回路２０３がシヤツタ
２０２を開いてCCD２０５の電荷蓄積を開始さ
せ、シヤツタスピード設定回路２１２で予じめ設
定された時間の経過の後にシヤツタ駆動回路２０
３によりシヤツタ２０２を閉じると共に駆動パル
ス発生回路２０６によつてCCD２０５の蓄積電
荷を２：１インターレース走査により２フイール
ド・１フレームの画像信号として読出させるよう
になされており、またモード切換回路２１４で第
２のモードに切換えられたときには前記シヤツタ
駆動回路２０３によつてシヤツタ２０２を全開放
状態に保つと共に撮影者のレリーズ操作によつて
生じる撮影開始信号に基づいて駆動パルス発生回
路２０６によりCCD２０５の電荷蓄積を開始さ
せ、シヤツタスピード設定回路２１２で予じめ設
定された時間の経過の後にCCD２０５の蓄積電
荷のうち片方のフイールド分だけを画像信号とし
て読出させるようになされている。即ち、第２の
モードでは、シヤツタ２０２ではなく、CCD２
０５自体の電子シヤツタ機能によつて露出時間が
調節される。タイミングコントローラ２０７はこ
れらの各部の動作タイミングを制御するものであ
り、このタイミング制御の基準となるクロツク信
号は同期信号発生回路２０８から供給されてい
る。

前述のようにCCD２０５から読出された１フ
レーム又は１フイールドの画像信号は、プリアン
プ２０９を介してプロセスアンプ２１０へ入力さ
れ、ここで例えばNTSC方式等の標準テレビジヨ
ン方式の映像信号に処理されてビデオスイツチ２
１１を介して出力端子２１５へ送られるようにな
つている。尚、前述の画面抜取り用のパルス発生
回路２０４は、レリーズ操作による信号を受けて
１画面分の画像信号をCCD２０５から抜き取り、
出力させるための信号を発生する回路であり、出
力端子２１５に接続される磁気記録装置（第３
図）での１画面分の記録時に作動する。さらに第
２図において端子２１６は磁気記録装置への同期
信号出力端子である。

今、撮影者が適当なシヤツタスピードを選択す
るか或いは図示しない自動露出制御回路によりシ
ヤツタスピードが選定されるとそれに応じた時間
情報を含む信号がシヤツタスピード設定回路２１
２から出力される。撮影者がレリーズ操作をする
と駆動パルス発生回路２０６が作動開始し、先ず
CCD２０５の各受光部に蓄積されている余分な
電荷を全て排出させ、その完了後にパルス発生回
路２０４が作動してタイミングコントローラ２０
７によりシヤツタ駆動回路２０３が起動され、こ
れによりシヤツタ２０２が開かれる。このシヤツ
タ２０２の開放と同時に駆動パルス発生回路２０
６によりCCD２０５ががレンズ２０１を介して
入射結像した被写体光に対応した電荷の蓄積を開
始し、これが前記選択又は選定された時間だけ継
続する。この時間の長さすなわちシヤツタースピ
ードは任意に設定可能であり、その経過後に第１
のモードが選択されている場合はシヤツタ２０２
が閉じられ、引き続きCCD２０５の電荷転送が
開始される。この電荷転送はタイミングコントロ
ーラ２０７による駆動パルス発生回路２０６の制
御によつてCCD２０５の蓄積電荷を２：１イン
ターレース走査で読出すように行なわれ、第１の
モードでは奇数２フイールドの１フレーム画像信
号が、第２のモードではいずれか一方の１フイー
ルド画像信号がプリアンプ２０９およびプロセス
アンプ２１０を介してビデオスイツチ２１１に入
力される。ビデオスイツチ２１１は各々のモード
に応じてタイミングコントローラ２０７によつて
１画面分の画像信号の転送時間だけ入力信号を出
力端子２１５へ送り、従つて出力端子には記録す
べき１画面分の静止画の画像信号が現れ、これが
第３図の如き磁気記録装置によつて磁気デイスク
へ記録される。

モード切換回路２１４は、前述のようにフレー
ム画像を選択する第１モードとフイールド画像を
選択する第２のモードとを切換えるもので、設定
されたシヤツタスピードがシヤツタ２０２の動作
可能限界（例えば1/4000秒）以下のスピードであ
るときには第１のモードに、それ以上のシヤツタ
動作不可能な高速シヤツタスピードのときには第
２のモードに、自動的にモードを切換える機能を
備える。これにより、機械的シヤツタの動作範囲
を超えるような範囲を含む幅広い範囲のシヤツタ
スピードでの撮影が可能となり、かつ、シヤツタ
２０２の動作限界までは第１のモード（フレーム
画像）で高解像度の画像が得られる。なお、当然
のことながら、モード切換回路２１４は手動切り
換え可能であつても良いものである。

また以上の動作とは別に、CCD２０５自体の
シヤツタ機能を利用してスチル撮影を行なう場合
やビデオカメラとして用いる場合には、前記シヤ
ツタ２０２を開状態にロツクするような機構を付
加してもよい。

さて、出力端子２１５に接続される磁気記録装
置としては、出力端子２１５に現われる画像信号
を同期信号出力端子２１６に生じる同期信号に従
つて１画面分ずつ磁気記録媒体に記録するもので
あればよいが、特に第３図に示した磁気デイスク
への記録を行なう磁気記録装置はこの発明の撮像
装置と組合せてコンパクトな一体化が計れる等、
好適である。

第３図において入力端子３０１は第２図の出力
端子２１５と接続され、同期入力端子３０２は第
２図の同期信号出力端子２１６と接続される。記
録信号処理回路３０３は入力端子３０１に受けた
画像信号に対してAGC増幅、プリエンフアシス、
ホワイト・ダーククリツプ、クランプおよびFM
変調等の処理を施し、スイツチ３０４，３０５，
３０７或いは1/2Ｈ遅延回路３０６などを選択的
に経由してFM変調画像信号を記録アンプ３０８
又は３０９へ送り込み、ビデオヘツド３１２又は
３１３により磁気デイスク３１１に記録させるも
のである。３１０は磁気デイスクのケースであ
り、磁気デイスク３１１の回転動作は、同期入力
端子３０２に与えられた同期信号に基づくサーボ
制御モータ３１５によつて行なわれ、このため回
転数および位相のセンサ３１４および検出回路３
１６と、検出結果と同期信号との比較によつてサ
ーボ制御信号を出力する位相比較回路３１７と、
起動停止入力端子３１９に外部から与えられる信
号に基づいてサーボ制御信号に応じてモータ３１
５を動作させるサーボ増幅器３１８とが設けられ
ている。

前記スイツチ３０４，３０５，３０７は前述の
モード切換回路２１４によるモード切換に応じて
動作し、また同期信号に従つて図示しない回路に
よりタイミングコントローラ２０７で制御され
る。

第１のモード、すなわち入力端子３０１に与え
られる画像信号が２フイールド・１フレームの画
像信号である場合、先ずはじめにスイツチ３０４
は閉成し、スイツチ３０５は開成し、スイツチ３
０７は接点３０７ａ側に接続されている。記録信
号処理回路３０３で処理されて出てくるFM変調
画像信号はスイツチ３０４を通つて先ず奇数フイ
ールドの画像信号が磁録アンプ３０９を介してビ
デオヘツド３１３により磁気デイスク３１１の記
録トラツクに記録される。画像信号の垂直帰線消
去期間中にスイツチ３０４が開成し、スイツチ３
０５が閉成に切換えられ、これにより引き続く偶
数フイールドの画像信号はスイツチ３０５と接点
３０７ａを経由して記録アンプ３０８に入力さ
れ、前記ビデオヘツド３１３に並置された別のビ
デオヘツドによつて磁気デイスク３１１上の別の
記録トラツクに記録される。つまりこの場合は奇
数フイールドの画像信号と偶数フイールドの画像
信号とがそれぞれ別の１トラツクずつに記録され
ることになり、従つて再生に際してはビデオヘツ
ド３１３のトラツクを先に再生し、次にビデオヘ
ツド３１２のトラツクを再生することにより１フ
レームの画像が映し出されることになる。

一方、第２のモード、すなわち入力端子３０１
に奇又は偶のいずれか一方のフイールド画像信号
が入力された場合は、スイツチ３０４とスイツチ
３０５は共に閉成し、スイツチ３０７は接点３０
７ｂ側に接続される。遅延回路３０６は入力され
た画像信号を水平同期期間の半分の時間だけ遅延
させて出力する1/2Ｈ遅延回路である。この場合、
記録信号処理回路３０３で処理された１フイール
ドのFM変調画像信号は、スイツチ３０４を通つ
て記録アンプ３０９を介しビデオヘツド３１３で
直ちに磁気デイスク３１１の記録トラツクへ記録
されると共に、スイツチ３０５を介して1/2Ｈ遅
延回路３０６へ入力され、1/2Ｈだけ遅延されて
接点３０７ｂを通り記録アンプ３０８からビデオ
ヘツド３１２により磁気デイスク３１１の別のト
ラツクに記録される。つまりビデオヘツド３１３
のトラツクに記録される１フイールド画像信号と
同じ信号が別のビデオヘツド３１２のトラツク1/
２Ｈ分の時間だけ遅延されて記録されるわけで、
このような記録を行なうことにより再生の際に前
述の第１のモードにおけるフレーム画像の再生と
全く同じ再生操作でテレビジヨン静止画像を映す
ことが可能となる。この場合の映像画面の構成
は、先ずビデオヘツド３１３のトラツクが読出さ
れてテレビジヨン画面上にインターレース走査さ
れ、次に垂直帰線消去期間中にヘツドが切換つて
ビデオヘツド３１２のトラツクが読出されるが1/
２Ｈ分遅延されているのでビデオヘツド３１３の
トラツクによる走査線と画像の位相が合うように
インターレース走査が行なわれ、フイールド画像
による１画面が合成表示される。

以上に述べたように、この発明の装置では、固
体撮像素子の前方に配置されたシヤツタと、第１
及び第２のモードをシヤツタースピードに応じて
換えて制御する制御回路を備え、第１モードでは
シヤツタ閉時にインターレース走査によつて２フ
イールド・１フレームの画像信号が読み出され、
第２モードでは上記のシヤツタは開放のままで固
体撮像素子自体の電子シヤツタ機能を使用して、
一方のフイールド分だけが画像信号として読み出
される。即ち、本発明の撮像装置では、シヤツタ
動作の可能なシヤツタースピードでは第１モード
で１フレーム同時露光によるブレのないフレーム
画像が得られ、シヤツタの動作限界を超える高速
シヤツタスピードでは、第２のモードでフイール
ド画像が得られる。しかるに本発明の撮像装置で
は、一般的なビデオカメラ用の固体撮像素子を利
用して、任意のシヤツタースピードでブレのない
静止画の撮影が可能であり、また、第２モードの
片フイールド信号を疑似インターレース信号とし
て記録することにより、フレーム画像とフイール
ド画像を同じ再生信号処理で画像再生することが
できる。このように、本発明は、低コストで用途
の広い撮像装置を提供し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はビデオカメラ用に造られた２相駆動イ
ンターライン転送型CCDの構成を示す模式図、
第２図はこの発明に係る撮像装置の一実施例の構
成を示すブロツク図、第３図はこの発明の撮像装
置に組合せて好適な画像信号の磁気記録装置の構
成を例示するブロツク図である。 ２０１：撮影レンズ、２０２：シヤツタ、２０
３：シヤツタ駆動回路、２０４：抜取り用パルス
発生回路、２０５：固体撮像素子（CCD）、２０
６：駆動パルス発生回路、２０７：タイミングコ
ントローラ、２０８：同期信号発生回路、２０
９：プリアンプ、２１０：プロセスアンプ、２１
１：ビデオスイツチ、２１２：シヤツタスピード
設定回路、２１３：制御回路、２１４：モード切
換回路、２１５：出力端子、２１６：同期信号出
力端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ インターレース走査可能な固体撮像素子と、 前記固体撮像素子の前方に配置され、撮影光学
   系から前記固体撮像素子へ入射する光に対する前
   記固体撮像素子の露出時間を調整するシヤツタ
   と、 予め設定された前記露出時間に応じて自動的に
   第１と第２のモードに切り換える切換機能を有
   し、 第１のモードでは撮影開始信号の発生に伴つて
   前記シヤツタを開放させると共に前記固体撮像素
   子の電荷蓄積を開始させ、前記露出時間の経過後
   に前記シヤツタを閉じると共に前記固体撮像素子
   に蓄積された電荷をインターレース走査により２
   フイールド・１フレームの画像信号として読み出
   させ、 第２のモードでは前記シヤツタを全開放状態に
   保持すると共に、前記固体撮像素子自体の電子シ
   ヤツタ機能により、撮影開始信号の発生に伴つて
   前記固体撮像素子の電荷蓄積を開始させ、前記露
   出時間の経過後に前記固体撮像素子に蓄積された
   電荷のうち一方のフイールド分だけを画像信号と
   して読み出させる制御回路、 とを備えたことを特徴とする撮像装置。