JPH05176236A - Ｃｃｄ撮像回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ＣＣＤに強い光が入射したときＣＣＤの異常状
態を回避するようにしたＣＣＤ撮像回路を提供する。 【構成】ＣＣＤの出力信号よりＣＣＤに強い光が入射し
ていることを検出してＣＣＤ基板電圧を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はビデオカメラ等に用いる
ＣＣＤ撮像回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のＣＣＤを用いた撮像回路のブロッ
ク図を図１２に示す。図１２において、点線で囲む基板
電圧供給回路１は、撮像素子として用いているＣＣＤ２
の基板に基板電圧を供給する周知の安定化電源回路であ
る。

【０００３】この基板電圧供給回路１は抵抗Ｒ１、Ｒ２
で決定されるトランジスタＴｒ３のベース電位を基準電
位とし、この基準電位とトランジスタＴｒ１のエミッタ
電位を抵抗Ｒ３、Ｒ４、可変抵抗Ｒ５で分圧したトラン
ジスタＴｒ２のベース電位が一致するように動作し、ト
ランジスタＴｒ１のエミッタよりＣＣＤ２の基板に基板
電圧を供給する。

【０００４】図１３は上記ＣＣＤ２の１絵素分の断面を
示すもので、ホトダイオード領域Ｗ１、読み出しゲート
領域Ｗ２、ＶＣＣＤ領域Ｗ３及びチャネルストッパ領域
Ｗ４より成り、これらの各領域はｎ型半導体基板５上に
形成されている。

【０００５】従って、上記ホトダイオード領域Ｗ１に入
射した光はｎ＋層とＰ−層で形成されるホトダイオード
部に入り、、ここで入射光の強度に応じた電荷が蓄積さ
れる。この電荷は読み出し用のクロックパルスにより一
定期間毎に読み出しゲート領域Ｗ２を介して、ＶＣＣＤ
領域Ｗ３に読み出される。

【０００６】ところが、ホトダイオード領域Ｗ１への入
射光が強い場合には、ｎ＋Ｐ−層より成るホトダイオー
ド部に発生する電荷が過大になり、あふれた電荷が読み
出しゲート領域Ｗ２を突破してＶＣＣＤ領域Ｗ３に漏れ
出し、所謂ブルーミングの原因になる。

【０００７】そこで、図１３に示すようにｎ型基板５に
正の基板電圧６を印加し、上記ホトダイード部に溜まっ
た過大電荷をｎ型基板５に掃き出すようにした縦型オー
バーフロードレイン方式が用いられている。

【０００８】ＣＣＤにおける基板電圧とダイナミックレ
ンジ及びブルーミング抑圧の特性は図１４に示すように
なる。ｎ型基板の基板電圧を高くすると、図１４に示す
ようにブルーミングはより強力に抑制することができる
が、その反面ホトダイオード部に蓄積できる電荷量が減
少するのでダイナミックレンジが低下するという弊害が
生ずる。

【０００９】従って、従来の装置においては強い光を撮
像したとき、ブルーミングが発生しない程度にブルーミ
ングを適当に抑えながらダイナミックレンジもある程度
確保できるようにするため、ＣＣＤ２の基板電圧を図１
４のＡ点に定め、Ｂ点のダイナミックレンジとＣ点のブ
ルーミング抑制が得られるようにしている。そして、こ
の図１４のＡ点で示す基板電圧を図１２に示す基板電圧
供給回路１より供給していた。上記基板電圧Ａは可変抵
抗Ｒ５で調整できるが、一旦調整された後は一定の電圧
として供給される。

【００１０】ＣＣＤ２より導出される映像出力信号は、
相関２重サンプリング（以下ＣＤＳという）３で信号処
理が施された後、クランプ回路４を介し信号処理回路
（図示せず）に導かれる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記従来装置のよう
に、ＣＣＤの基板電圧が一定の値であると、ダイナミッ
クレンジとブルーミング抑制の度合いとがある範囲の入
射光に対しては適当な値になるが、入射光がそれより弱
い場合は必要以上にブルーミングを抑制して、ダイナミ
ックレンジを低く抑えすぎる結果になり、また入射光が
より強い場合はブルーミングを充分抑制することができ
ないという問題があった。

【００１２】即ち一般的には、強い光が入射することは
それほど頻繁に発生するものではないにもかかわらず強
い光が入射することを考慮して、例えば標準的な入射光
の１，０００倍とか１０，０００倍の入射光でもブルー
ミングが発生しないように基板電圧を高く設定してお
り、それだけダイナミックレンジを低下させた状態で使
用しているという問題があった。

【００１３】また、暗い状態から急激に強烈光が入射す
ると、レンズアイリスが開いているため、ＣＣＤの過大
な光が入射し、本来カメラ回路の動作の基準となるレベ
ル、即ちＣＣＤのホトダイオード表面を黒で覆って光を
感じなくしたオプティカルブラック（以下ＯＢという）
部のレベルが、ＯＢ部に光が入射したかのように上昇す
る。

【００１４】これは、ＯＢ部を基準にしてみると、信号
の無い場合と等価になり、レンズアイリスは開いたまま
になる。その結果、この状態が続き、カメラを強烈光か
らずらせるまで、この状態から抜け出すことができず、
後段の信号処理回路が動作異常となって画面が出なくな
るという問題があった。

【００１５】また、近年ＣＣＤの高画素化、小型化、駆
動電圧の低電圧化等の要求に伴い、ＣＣＤの扱える電荷
量がますます低下する傾向にある。このような状況の中
にあって、より強い光でも正常に動作するよう、またダ
イナミックレンジも大きくとれるようにしたいという要
求は強い。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題を解
決するため、被写体の映像信号を導出するＣＣＤ撮像手
段と、該ＣＣＤ撮像手段の出力から入射光量の増大に伴
う異常状態を検出する異常状態検出手段と、該異常状態
検出手段より異常状態が検出されたとき、上記ＣＣＤ撮
像手段の基板電圧を上昇させるように制御して、上記異
常状態を回避する基板電圧制御手段とを設けた構成にす
る。

【００１７】また、上記異常状態検出手段はＣＣＤ撮像
手段から導出される映像信号の垂直ブランキング内のス
ミア成分を検出するスミア成分検出手段と、該スミア成
分検出手段で検出したスミア成分が予め定めた基準値を
越えているか否かを判断する比較回路とから成る構成に
する。

【００１８】更にまた、上記異常状態検出手段は、ＣＣ
Ｄ撮像手段の水平オプティカルブラック部の出力レベル
を検出するオプティカルブラック出力検出手段と、水平
ブランキング部の出力レベルを検出するブランキングレ
ベル検出手段と、上記水平ブランキング部の出力レベル
に対する上記オプティカルブラック部の出力レベルが、
予め定めた所定の値以上になっていることを検出する比
較手段とから成る構成にする。

【００１９】

【作用】以上の構成によれば、ＣＣＤへの強い光の入射
で異常状態が検出されると、基板電圧供給回路からＣＣ
Ｄの基板に供給する基板電圧を上昇させ、フォトダイオ
−ド部で発生する電荷を基板にはき出して上記異常状態
を回避する。

【００２０】また、ＣＣＤへ強い光が入射すると、ＣＣ
Ｄより導出される映像信号の垂直ブランキング内のスミ
ア信号のレベルが入射光量の強度に依存して増大する。
このスミア信号の増加をスミア成分検出手段で検出し
て、検出したスミア量の値が予め定めた基準値以上にな
ると、ＣＣＤの基板へ供給する基板電圧を上昇させ、そ
の結果ダイナミックレンジは多少犠牲にしながらブルー
ミングの抑制を効果的に行わせる。

【００２１】更にまた、ＣＣＤへの入射光が暗い状態か
ら急激に強烈光の入射する状態になると、ＣＣＤの水平
オプティカルブラック（以下ＨＯＢという）部の出力が
浮いた状態になってくる。これをＣＣＤから導出される
映像信号の水平ブランキング（以下ＨＢＬという）部の
出力レベルを基準にして検出し、その値が予め定めた所
定の値以上になったとき、強烈光が入射したと判断する
ようにする。

【００２２】そこで、ＯＢ部出力検出手段によりＨＯＢ
部の出力レベルを検出し、またブランキングレベル検出
手段によりＨＢＬ部の出力レベルを検出して比較手段で
両者を比較し、ＨＯＢ部の出力がＨＢＬ部の出力より予
め定めた値以上大きくなることを検出すると、ＣＣＤの
基板へ供給する基板電圧を上昇させ、ＯＢ部の浮きを消
滅させて、ＯＢ部の出力レベルを基準に動作している後
段の信号処理回路の動作異常を瞬時に解消する。

【００２３】

【実施例】図１は本発明の一実施例の構成図である。本
実施例においては、ＣＣＤより出力される映像信号の垂
直ブランキング内のスミア成分を検出し、強い光が入射
したとき上記のスミア成分が増大するので、この値が予
め定めた所定の値以上になったとき、ＣＣＤの基板電圧
を上昇させて強い光の入射に対するブルーミングの発生
を抑制するものである。

【００２４】図１において、従来例として示す図１２に
対応する部分は同一符号を付し説明を省略する。図１に
おいて、７はＣＣＤ２より導出される映像信号にＣＤＳ
信号処理やクランプ処理を施した図２（ａ）に示す映像
信号を図２のＶＢＬで示す垂直ブランキングパルスでゲ
ートして図２（ｂ）に示すようなスミア成分がある垂直
ブランキング部の信号を導出するゲート回路であり、８
は上記スミア成分の値をピークホールドするピークホー
ルド回路である。

【００２５】９は、上記ピークホールド回路８の出力を
基準電圧１０と比較し、基準電圧以上であればスイッチ
ング用信号をスイッチングトランジスタＴｒ４に与える
比較回路であり、上記スイッチングトランジスタＴｒ４
は基板電圧供給回路１の抵抗Ｒ４と並列に挿入され、Ｏ
Ｎ時に基板電圧供給回路１よりＣＣＤ２の基板に供給す
る基板電圧を高い値に設定する。

【００２６】本実施例は上記の構成より成るので、ＣＣ
Ｄ２より導出される映像信号はＣＤＳ３で信号処理が行
われ、更にクランプ回路４でクランプされた後、図２
（ａ）に示す映像信号を導出する。この映像信号（図２
（ａ））は、ゲート回路７に導かれ図２のＶＢＬで示す
垂直ブランキングパルスでゲートされ、垂直ブランキン
グ部以外が直流信号に置き換えられた図２（ｂ）に示す
信号になる。

【００２７】上記垂直ブランキング部の信号（図２
（ｂ））は次段のピークホールド回路８に導かれ、該ピ
ークホールド回路８で垂直ブランキング部の信号（図２
（ｂ））に乗っているスミア成分のピーク値をホールド
し、図２（ｃ）に示すような信号を導出し、これを次段
の比較回路９の一方の入力端子に供給する。

【００２８】比較回路９では、上記図２（ｃ）に示すス
ミア成分がホールドされた信号と、他方の端子に供給さ
れている基準電圧１０とを比較し、スミア成分がホール
ドされた信号（図２（ｃ））の方が基準電圧より高い場
合は「Ｈ」、逆に低い場合は「Ｌ」（ＯＶ）の図２
（ｄ）に示すスイッチング用信号を導出する。

【００２９】このスイッチング用信号（図２（ｄ））
は、基板電圧供給回路１に付加されたスイッチングトラ
ンジスタＴｒ４に入力され、上記スイッチング用信号が
「Ｈ」のとき、即ち強い光の入射でスミア成分が大のと
き、該トランジスタＴｒ４をＯＮ状態にして、ＣＣＤ２
の基板に供給する基板電圧を図２（ｅ）に示すように高
い値にする。また逆に、上記スイッチング用信号が
「Ｌ」（ＯＶ）のとき、即ち強い光の入射がなく、スミ
ア成分が小さいとき、スイッチング用トランジスタＴｒ
４をＯＦＦ状態にして、ＣＣＤ２の基板に供給する基板
電圧を図２（ｅ）において点線で示す低い値にする。

【００３０】ＣＣＤ２の基板電圧（図２（ｅ））が高い
場合は、図３のＡ”になり、低い場合はＡ’になる。従
って、ＣＣＤ２に強い光が入射していない通常の状態、
即ち基板電圧が低いＡ’の状態ではダイナミックレンジ
をＢ’まで上げることができ、また強い光が入射してい
る状態、即ち基板電圧が高いＡ”の状態ではダイナミッ
クレンジは犠牲にしているがブルーミングの抑圧をＣ’
まで高めることができる。尚、図４は画面の中央部に強
い光が入射したときの水平及び垂直方向の信号波形を示
す図である。ここで、モニター画面の中央（正方形部
分）は明るく、それ以外は黒である場合に、水平方向に
関しては、垂直ブランキング（ＶＢＬ）期間以外の水平
期間では、ホトダイオードが存するので大きな信号が得
られるが、垂直ブランキング期間内の水平期間はホトダ
イオードがないので、出力は生じない。ただし、スミア
成分が生じる。図４において、ＨＢＬは水平ブランキン
グ期間を示している。

【００３１】従って、通常の明るさの被写体の場合は、
より大きなダイナミックレンジが得られ、強い光で照射
された被写体撮像の場合は、ブルーミングを抑圧するこ
とができる。強い光で照射された被写体の場合、ダイナ
ミックレンジは低下するが、この場合周辺の被写体部は
レンズ絞りで絞られているのであまりダイナミックレン
ジを必要としない状態になっている。従って、実質的に
ダイナミックレンジの増大とブルーミングの抑圧を同時
に行うことが可能となる。

【００３２】図５は本発明の他の実施例の構成図であ
る。本実施例においては、ＣＣＤに急激に強烈光が入射
したときＣＣＤのＯＢ部の出力レベルと映像信号のブラ
ンキング部の出力レベルを比較して、ＯＢ部の出力レベ
ルが所定の値以上大きいとき、ＣＣＤの基板電圧を上げ
て、ＯＢ部の浮きにより信号処理ができなくなるのを防
止するものである。

【００３３】図５において、上記図１及び図１２に対応
する部分は同一符号を付し、説明を省略する。図５にお
いて、１１は前段のＣＤＳ３で信号処理が施された映像
信号（図１１（ｄ））を図１１（ｌ）に示す水平ブラン
キングのサンプリングホールドパルス（以下「ＨＢＬ−
Ｓ／Ｈパルス」という）によりサンプリングホールド
し、図１１（ｆ）に示すような水平ブランキングレベル
を示す信号を導出する水平ブランキング部のサンプリン
グホールド（以下「ＨＢＬ−Ｓ／Ｈ」という）回路であ
り、１２は前段のＣＤＳ３で信号処理が施された図１１
（ｄ）に示す映像信号を図１１（ｍ）に示すＨＯＢ部の
サンプリングホールドパルスによりサンプリングホール
ドし、図１１（ｇ）に示すようなＨＯＢレベルを示す信
号を導出する水平オプティカルブラック部のサンプリン
グホールド（以下「ＨＯＢ−Ｓ／Ｈ」という）回路であ
る。

【００３４】また、１３及び１４は上記ＨＢＬ−Ｓ／Ｈ
回路１１及びＨＯＢ−Ｓ／Ｈ回路１２からのＨＢＬ及び
ＨＯＢレベルを示す信号（図１１の（ｆ）及び（ｇ））
のピーク値をホールドし、図９の（ｈ）及び（ｉ）で示
す信号を出力するピークホールド回路であり、該ピーク
ホールド回路１３及び１４の出力は比較回路１５に入力
される。

【００３５】上記比較回路１５はピークホールド回路１
３及び１４からの信号を比較し、両信号間に一定値以上
の差があると「Ｈ」出力を導出し、スイッチングトラン
ジスタＴｒ４に導く。

【００３６】本実施例は上記の構成より成るので、ＣＣ
Ｄ２から導出される映像信号はＣＤＳ３で信号処理が施
され、図１１（ｄ）に示すような信号となってクランプ
回路４、ＨＢＬ−Ｓ／Ｈ回路１１及びＨＯＢ−Ｓ／Ｈ回
路１２に供給される。

【００３７】クランプ回路４ではＣＤＳ３より供給され
る映像信号（図１１（ｄ））を図７（ｋ）に示すクラン
プパルスでクランプして、次段の信号処理回路（図示せ
ず）に導き、該信号処理回路でビデオ信号の処理を施し
てモニターに表示させる。

【００３８】この場合、ＣＣＤに急激に強烈光が入射す
ると、クランプ回路４では図７に示すように信号成分が
変化する。図７において、（ａ）は強烈光の入射で全垂
直期間のＯＢ部が飽和レベルまで達した場合、（ｂ）は
強烈光の入射でＯＢ部が浮き始めた場合、（ｃ）は強烈
光の入射がない場合を夫々示しており、これは図６、図
８、図９、図１０においても同一の意味を示す符号とし
て用いられる。

【００３９】強烈光の入射がない図７（ｃ）の状態で
は、クランプ回路４におけるクランプ前の信号（ｄ）と
クランプ後の信号（ｅ）では信号成分において変化はな
いが、強烈光が入射した図（ｂ）の状態ではクランプ後
の信号成分（ｅ）はクランプ前の信号成分（ｄ）に比べ
て小さくなっており、更に強い強烈光が入射する図７
（ａ）の状態になると、クランプ後の信号成分（ｅ）は
無くなってしまう。従って、強烈光が入射する図７
（ａ）の状態に突入すると、ビデオ信号は無くなってし
まいモニターには出画しない状態になる。

【００４０】一方、強烈光がＣＣＤ２に入射するとＣＤ
Ｓ回路３からの映像信号（ｄ）は垂直方向と水平方向に
おける画面中央部Ａ、画面上部Ｂ及び垂直ブランキング
部Ｃで夫々図６に示すようになる。

【００４１】即ち、強烈光の入射がない（ｃ）の状態で
はいずれも垂直ブランキング（ＶＢＬ）部の浮き及びＨ
ＯＢ部の浮きは発生していないが、強烈光が入射する
（ｂ）の状態になると、ＶＢＬ部及びＨＯＢ部がいずれ
も浮きはじめ、画面上部ＢではＨＯＢ部が白レベルまで
上昇する。更に、強烈光が入射する（ａ）の状態になる
と、ついにはＶＢＬ部及びＨＯＢ部が全垂直期間に亘っ
て白レベルにまで上昇することになる。

【００４２】上記の各状態からなり得るＣＤＳ３からの
映像信号（ｄ）を上記のＨＢＬ−Ｓ／Ｈ回路１１及びＨ
ＯＢ−Ｓ／Ｈ回路１２に入力し、夫々図１１に示すＨＢ
Ｌ−Ｓ／Ｈパルスｌ及びＨＯＢ−Ｓ／Ｈパルスｍでサン
プリングホールドすると、図８及び図１１に示すような
ＨＢＬレベルの信号（ｆ）及びＨＯＢレベルの信号
（ｇ）が導出される。

【００４３】次に、この両信号（ｆ）及び（ｇ）をピー
クホールド回路１３及び１４でピークホールドし、図９
（ｈ）及び（ｉ）に示すＨＢＬレベル及びＨＯＢレベル
のピークホールド信号を導出し、これを次段の比較回路
１５に入力する。

【００４４】比較回路１５では、上記ＨＢＬレベル及び
ＨＯＢレベルのピークホールド信号（ｈ）及び（ｉ）を
比較し、図１０（ｊ）に示すような比較出力を得る。

【００４５】上記比較回路１５の比較出力（ｊ）は図１
０に示すように、上記（ａ）及び（ｂ）の状態において
「Ｈ」レベルになり、（ｃ）の状態において「Ｌ」レベ
ルになる。比較回路１５の出力が「Ｈ」になると、スイ
ッチングトランジスタＴｒ４を導通させ、基板電圧供給
回路１の抵抗Ｒ４を短絡するので、トランジスタＴｒ１
のエミッタ電圧が上昇し、ＣＣＤの基板電圧上昇させ
る。

【００４６】即ち、強烈光がＣＣＤ２に入射する上記
（ａ）及び（ｂ）の状態では、ＣＣＤ２の基板電圧が上
昇するのでＯＢ部の浮きが解消され、回路の動作を正常
にする。比較回路１５の比較出力（ｊ）は、図１０に示
すように強烈光の入射がない（ｃ）の状態では「Ｌ」レ
ベルになり、スイッチングトランジスタＴｒ４を遮断状
態に保ち通常動作を行う。

【００４７】本実施例は以上のようにしてＣＣＤの出力
信号より強烈光の入射の有無を検出し、これを信号処理
してＣＣＤの基板電圧にフィードバックして、強烈光入
射時のクランプ不良による画像出力が得られなくなる問
題を解消する。

【００４８】

【発明の効果】本発明は以上のように、ＣＣＤの出力信
号よりＣＣＤへの入射光の異常を検出して、ＣＣＤの基
板電圧を制御するようにしたものであるから、簡単な回
路構成で入射光異常に基づく画像出力の乱れに高速に対
応する装置を提供することができる。また、ＣＣＤ出力
のスミア成分が基準値を越えることを検出して、ＣＣＤ
の基板電圧を制御するので、通常時は所望のダイナミッ
クレンジを確保し、強い光が入射したときには効果的に
ブルーミングを抑制するようにすることができる。更に
また、ＣＣＤ出力のブランキング部の信号レベルに対し
て、オプティカルブラック部の信号レベルが所定の値以
上になることを検出して、強烈光の入射を検出しＣＣＤ
基板電圧の制御を行うので、オプティカルブラック部の
浮きによる出力信号の乱れを解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の構成図。

【図２】 図１の各部の信号波形図。

【図３】 図１の動作説明図。

【図４】 図１の動作説明図。

【図５】 本発明の他の実施例の構成図。

【図６】 図５の動作説明図。

【図７】 図５の各部の信号波形図。

【図８】 図５の各部の信号波形図。

【図９】 図５の各部の信号波形図。

【図１０】 図５の各部の信号波形図。

【図１１】 図５の各部の信号波形図。

【図１２】 従来例の構成図。

【図１３】 ＣＣＤの構成図。

【図１４】 従来例の動作説明図。

【符号の説明】

１ 基板電圧供給回路 ２ ＣＣＤ ７ ゲート回路 ９、１５ 比較回路 １１ ＨＢＬ−Ｓ／Ｈ １２ ＨＯＢ−Ｓ／Ｈ Ｔｒ４ スイッチングトランジスタ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被写体の映像信号を導出するＣＣＤ撮像手
   段と、該ＣＣＤ撮像手段の出力から入射光量の増大に伴
   う異常状態を検出する異常状態検出手段と、該異常状態
   検出手段より異常状態が検出されたとき上記ＣＣＤ撮像
   手段の基板電圧を上昇させるように制御して上記異常状
   態を回避する基板電圧制御手段とを設けたことを特徴と
   するＣＣＤ撮像回路。
2. 【請求項２】請求項１記載のＣＣＤ撮像回路において、
   異常状態検出手段はＣＣＤ撮像手段から導出される映像
   信号の垂直ブランキング内のスミア成分を検出するスミ
   ア成分検出手段と、該スミア成分検出手段で検出したス
   ミア成分が予め定めた基準値を越えているか否かを判断
   する比較手段とから成ることを特徴とするＣＣＤ撮像回
   路。
3. 【請求項３】請求項１記載のＣＣＤ撮像回路において、
   異常状態検出手段は、ＣＣＤ撮像手段の水平オプティカ
   ルブラック部の出力レベルを検出するオプティカルブラ
   ック出力検出手段と、水平ブランキング部の出力レベル
   を検出するブランキングレベル検出手段と、上記水平ブ
   ランキング部の出力レベルに対する上記オプティカルブ
   ラック部の出力レベルが、予め定めた所定の値以上にな
   っていることを検出する比較手段とから成ることを特徴
   とするＣＣＤ撮像回路。