JPH10336530A - Ｃｃｄテレビカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 出力映像信号レベルの変動をなくし、カメラ
からの出力信号を使って安定した画像処理を可能とする
ＣＣＤテレビカメラを提供する。 【解決手段】 ＣＣＤ撮像素子１は駆動タイミング信号
発生回路４からの電荷読出し信号が駆動回路２を通して
供給されると、画素に蓄積されている信号電荷が垂直転
送路を通過するようにして前処理回路７に出力する。前
処理回路７はＣＣＤ撮像素子１の出力信号に対してサン
プルホールドや増幅等の処理を行う。画像メモリ回路８
は前処理回路７から出力された信号を記憶する。メモリ
制御回路９は画像メモリ回路８における信号の書込みや
読出しを制御する。映像信号処理回路１０は同期信号発
生回路５の同期信号出力を受けて画像メモリ回路８から
の信号出力をテレビジョン信号に変換する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＣＣＤテレビカメラ
に関し、特に外部からのトリガ信号の入力によって予め
設定されたシャッタ時間だけＣＣＤ（Ｃｈａｇｅ Ｃｏ
ｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）撮像素子に電荷蓄積を行う
ＣＣＤテレビカメラに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のＣＣＤテレビカメラとし
ては、工業用に用いられるものが知られており、図４に
示すように、搬送路１０上を高速に移動する移動物体１
１の位置をセンサ１２で検出し、その位置検出情報によ
ってＣＣＤカメラ１３に内蔵の固体撮像素子（図示せ
ず）の露光や電荷蓄積を行う技術が実用化されている。

【０００３】この技術としては、特開昭６３−５４８８
０号公報に開示された技術や特開平２−１８５１７３号
公報に開示された技術、及び特開平６−８６１８０号公
報に開示された技術等、具体的に様々な手法が提案され
ているが、これらの手法は位置情報によって固体撮像素
子に蓄積された信号電荷の出力形態で大別することがで
きる。すなわち、図５（ａ）に示すように、外部からの
トリガ信号ａに応答して露光ｍを行い、周期的に出力さ
れる映像信号出力ｎの出力間隔をトリガ信号に応答して
強制的にリセットする方法と、図５（ｂ）に示すよう
に、外部からのトリガ信号ａに応答して露光ｍを行い、
周期的に出力される映像信号出力ｎの出力間隔を変える
ことなく、蓄積終了後の次のフィールドから出力する方
法との２種の手法に大別することができる。

【０００４】映像信号出力ｎの出力間隔をリセットせず
に出力する方式では、固体撮像素子上に露光された信号
電荷を、次のフィールドの始まりまで固体撮像素子上に
一時的に保持する必要がある。

【０００５】図６はインタライン転送型ＣＣＤ撮像素子
を用いかつ上記の同期非リセット型外部トリガ機能を有
するＣＣＤテレビカメラの構成を示しており、図７
（ａ），（ｂ）及び図８はこのＣＣＤテレビカメラの動
作を示すタイミングチャートである。尚、図８は図７
（ｂ）の部分拡大図である。

【０００６】ＣＣＤ撮像素子１はシャッタ制御回路３か
らの電荷排出信号ｂが駆動回路２を通して供給される
と、ＣＣＤ撮像素子１の画素（図示せず）上に蓄積され
ている電荷をオーバフロードレインに掃き捨てるように
なっている。

【０００７】また、ＣＣＤ撮像素子１は駆動タイミング
信号発生回路２１からの電荷読出し信号ｍが駆動回路２
を通して供給されると、画素上に蓄積されている信号電
荷を入射光の影響を受けない垂直転送路（図示せず）に
読出すようになっている。

【０００８】したがって、ＣＣＤ撮像素子１の電荷蓄積
時間、すなわちシャッタ速度は、図７（ａ）に示すよう
に、シャッタ制御回路３で生成される電荷排出信号ｂが
断となってから駆動タイミング信号発生回路２１で生成
される電荷読出し信号ｍが出力されるまでの間隔とな
る。

【０００９】外部からトリガ信号ａが与えられない状態
の時、ＣＣＤ撮像素子１には電荷排出信号ｂが供給され
続けている。また、駆動タイミング信号発生回路２１は
電荷読出し信号ｍの出力を停止しているため、垂直転送
信号ｃにはこの電荷読出し信号ｍが重畳されていない。

【００１０】したがって、ＣＣＤ撮像素子１の垂直転送
路及び水平転送路（図示せず）では垂直転送信号ｃ及び
水平転送信号ｄによる空転送を繰返し、信号電荷が存在
しない状態となっている［図７（ｂ）参照］。尚、垂直
転送信号ｃ及び水平転送信号ｄは通常、２相以上の信号
であるが、図７（ｂ）では説明を簡単にするために夫々
を１つに重ね合わせている。

【００１１】次に、外部からトリガ信号ａが入力される
と、シャッタ制御回路３及び駆動タイミング信号発生回
路２１がリセットされる。シャッタ制御回路３はトリガ
信号ａの入力に同期して電荷排出信号ｂを１回だけ出力
した後に、電荷排出信号ｂをロウレベルに固定する。

【００１２】このため、ＣＣＤ撮像素子１の画素にはト
リガ信号ａの入力タイミングから信号電荷が蓄積され始
める。また、垂直転送信号ｃ及び水平転送信号ｄもトリ
ガ信号ａの入力によってリセットされる。予め設定され
た蓄積時間になると、駆動タイミング信号発生回路２１
は電荷読出し信号ｍを駆動回路２に供給し、駆動回路２
はこの電荷読出し信号ｍを垂直転送信号ｃに重畳してＣ
ＣＤ撮像素子１に供給する。

【００１３】ＣＣＤ撮像素子１の画素に蓄積された信号
電荷が垂直転送路に読出されると、駆動タイミング信号
発生回路２１は垂直転送信号ｃの各相の信号をハイレベ
ルまたはロウレベルに固定する。このため、ＣＣＤ撮像
素子１の垂直転送路に読出された各画素からの信号電荷
は垂直転送されず、垂直転送路上で保持されることとな
る。

【００１４】駆動タイミング信号発生回路２１は電荷読
出し信号ｍの出力後の次の垂直同期信号ｅのタイミング
から、垂直転送信号ｃの出力を再開する。すなわち、垂
直転送路に保持されている信号電荷は垂直転送路への電
荷読出しの動作の後、もっとも早い垂直同期信号ｅによ
って垂直転送及び水平転送の動作が行われ、ＣＣＤ撮像
素子１からＣＣＤ出力信号ｇとして読出されることとな
る。

【００１５】この時、垂直同期信号ｅ及び水平同期信号
ｆは同期信号発生回路２２によって生成されており、ト
リガ信号ａとは完全に非同期に動作するパルスである。
このため、駆動タイミング信号発生回路２１は垂直転送
信号ｃ及び水平転送信号ｄを停止状態から動作状態に切
替える時、同期信号発生回路２２の垂直同期信号ｅ及び
水平同期信号ｆに位相を合わせている［図７（ａ），
（ｂ）及び図８参照］。

【００１６】ＣＣＤ撮像素子１からのＣＣＤ出力信号ｇ
は前処理回路７でサンプルホールド及び増幅等の前処理
を受けた後に映像信号処理回路１０に供給され、映像信
号処理回路１０でγ処理や黒レベル調整、及び同期信号
発生回路２２から供給される同期信号の付加等の信号処
理を受けてテレビジョン信号として出力される。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のＣＣＤ
テレビカメラでは、ＣＣＤ撮像素子の垂直転送路上に信
号電荷を保持している間にスミアの影響を受けるため、
出力される映像信号のレベルが変動する。

【００１８】すなわち、垂直転送路は遮光されているた
め、理論的には外光の影響を受けないはずであるが、実
際には完全に遮光することができないので、垂直転送路
上の信号電荷は外光の回り込み等によって信号レベルが
微少なレベルで変化する。

【００１９】従来の技術において、ＣＣＤ撮像素子の画
素から読出された信号電荷が垂直転送路に存在する時間
はトリガ信号の入力されるタイミングによって最小で１
フィールド、最大で２フィールドとなる。

【００２０】したがって、信号電荷の受けるスミア量は
１〜２倍の間で変動するため、例えば工場の生産ライン
を流れてくる製品の自動検査を行うような場合、トリガ
信号によって露光・出力される映像信号のレベルが、ト
リガ信号を入力する毎に変動するという問題が発生す
る。

【００２１】そこで、本発明の目的は上記の問題点を解
消し、出力映像信号レベルの変動をなくすことができ、
カメラからの出力信号を使って安定した画像処理を行う
ことができるＣＣＤテレビカメラを提供することにあ
る。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明によるＣＣＤテレ
ビカメラは、外部から入力されるトリガ信号に応答して
撮像素子の各画素に入射光に応じた電荷が蓄積され、予
め設定されたシャッタ時間が経過した後に前記画素各々
に蓄積された電荷を出力するＣＣＤテレビカメラであっ
て、前記画素からの電荷を前記撮像素子の垂直転送路を
通過させて前記撮像素子の外部に出力させる手段と、前
記撮像素子の外部への出力を記憶する記憶手段とを備え
ている。

【００２３】すなわち、本発明のＣＣＤテレビカメラ
は、ＣＣＤ撮像素子で露光された信号を露光終了後の次
のフィールドの開始までＣＣＤ撮像素子外部の画像メモ
リ回路に一旦記憶してから映像信号処理回路に出力して
いる。

【００２４】より具体的には、本発明のＣＣＤテレビカ
メラはＣＣＤ撮像素子と、ＣＣＤ撮像素子に駆動信号を
供給する駆動回路と、駆動信号を生成する駆動タイミン
グ信号発生回路と、シャッタ時間を制御するための電荷
排出信号を生成するシャッタ制御回路と、外部からのト
リガ信号を受けて駆動タイミング信号発生回路及びシャ
ッタ制御回路に供給するトリガ信号入力回路と、トリガ
信号とは非同期に動作する同期信号発生回路と、ＣＣＤ
撮像素子の信号出力のサンプルホールド及び増幅等の処
理を行う前処理回路と、前処理回路から出力されてくる
信号を記憶して同期信号発生回路の出力の次のフィール
ドの開始に合わせて読出していく画像メモリ回路と、画
像メモリ回路の出力と同期信号発生回路の同期信号出力
とをテレビジョン信号に信号処理する映像信号処理回路
とから構成されている。

【００２５】ＣＣＤ撮像素子は通常、シャッタ制御回路
から駆動回路を通して入力される電荷排出信号によって
画素と垂直転送路と水平転送路とに夫々信号電荷が蓄積
されないようになっている。この状態で、外部からトリ
ガ信号が入力されると、シャッタ制御回路からの電荷排
出信号の供給が止まり、ＣＣＤ撮像素子の画素上に電荷
が蓄積され始める。

【００２６】同時に、駆動タイミング信号発生回路はト
リガ信号によってリセットされ、予め設定されたシャッ
タ速度に対応する蓄積時間後に電荷読出し信号を生成す
る。電荷読出し信号は駆動回路を通してＣＣＤ撮像素子
に供給される。ＣＣＤ撮像素子の画素上に蓄積されてい
た信号電荷は電荷読出し信号に応答して垂直転送路に読
出される。

【００２７】垂直転送路に読出された信号電荷は順次垂
直転送され、１フィールドの間に全てが前処理回路に読
出される。前処理回路でサンプルホールド及び増幅等の
処理を受けた信号は画像メモリ回路に入力され、画像メ
モリ回路に一旦記憶される。

【００２８】画像メモリ回路に記憶された信号は同期信
号発生回路の垂直同期タイミングに合わせて読出され、
映像信号処理回路を通してテレビジョン信号として出力
される。

【００２９】これによって、トリガ信号の入力に応答し
て画素から読出された信号が垂直転送路上に存在する期
間がトリガ信号の入力タイミングによらずに一定である
ため、スミアによる出力映像信号のレベル変動をなくす
ことができ、カメラからの出力信号を使って安定した画
像処理を行うことが可能となる。

【００３０】これは従来の技術が垂直転送路上で信号電
荷を保持しているのに対し、上記のＣＣＤテレビカメラ
では垂直転送路上に信号電荷を保持することなく、外部
に新たに設けた画像メモリ回路に保持するためである。
そのため、カメラの出力を画像処理するような場合に、
カメラ出力の信号レべルが変動せずに一定であるため、
より精度の高い画像処理を行うことが可能となる。

【００３１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施例について
図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施例によ
るＣＣＤテレビカメラの構成を示すブロック図である。
図において、本発明の一実施例によるＣＣＤテレビカメ
ラは画像メモリ回路８及びメモリ制御回路９を配設し、
駆動タイミング信号発生回路４及び同期信号発生回路５
がそれらを制御するようにした以外は、従来例と同様の
構成となっており、同一構成要素には同一符号を付して
ある。また、同一構成要素の動作は従来例の動作と同様
である。

【００３２】ＣＣＤ撮像素子１はシャッタ制御回路３か
らの電荷排出信号が駆動回路２を通して供給されると、
画素（図示せず）上に蓄積されている電荷をオーバフロ
ードレインに掃き捨てるようになっている。また、ＣＣ
Ｄ撮像素子１は駆動タイミング信号発生回路４からの電
荷読出し信号が駆動回路２を通して供給されると、画素
に蓄積されている信号電荷を垂直転送路（図示せず）に
読出すようになっている。

【００３３】トリガ信号入力回路６は移動する被写体
（図示せず）を検知するセンサ（図示せず）等からの位
置情報をトリガ信号として受け、これを波形整形してシ
ャッタ制御回路３及び駆動タイミング信号発生回路４に
供給する。

【００３４】シャッタ制御回路３はＣＣＤ撮像素子１の
電荷蓄積時間、すなわちシャッタ速度の制御を行う電荷
排出信号を生成する。駆動タイミング信号発生回路４は
ＣＣＤ撮像素子１の水平転送タイミングや垂直転送タイ
ミング、及び電荷読出し信号等の駆動タイミング信号を
生成する。

【００３５】駆動回路２はシャッタ制御回路３及び駆動
タイミング信号発生回路４各々から入力される信号をＣ
ＣＤ撮像素子１の駆動に必要な電圧レベルに変換した
り、バイアスを与える等の動作を行い、それらの信号を
ＣＣＤ撮像素子１に供給する。

【００３６】前処理回路７はＣＣＤ撮像素子１の出力信
号に対してサンプルホールドや増幅等の処理を行う。画
像メモリ回路８は前処理回路７から出力された信号を記
憶する。メモリ制御回路９は画像メモリ回路８における
信号の書込みや読出しを制御する。映像信号処理回路１
０は同期信号発生回路５の同期信号出力を受けて画像メ
モリ回路８からの信号出力をテレビジョン信号に変換す
る信号処理を行う。

【００３７】図２及び図３は本発明の一実施例によるＣ
ＣＤテレビカメラの動作を示すタイミングチャートであ
る。これら図１〜図３を用いて本発明の一実施例による
ＣＣＤテレビカメラの動作について説明する。

【００３８】外部からトリガ信号ａが与えられない状態
の時、ＣＣＤ撮像素子１にはシャッタ制御回路３からの
電荷排出信号ｂが駆動回路２を介して供給され続けてい
る。また、駆動タイミング信号発生回路４は電荷読出し
信号の出力を停止しているため、垂直転送信号ｃにはこ
の電荷読出し信号が重畳されていない。

【００３９】したがって、ＣＣＤ撮像素子１の垂直転送
路及び水平転送路（図示せず）では垂直転送信号ｃ及び
水平転送信号ｄによる空転送を繰返し、信号電荷が存在
しない状態となっている。尚、垂直転送信号ｃ及び水平
転送信号ｄは通常、２相以上の信号であるが、図２では
説明を簡単にするために夫々を１つに重ね合わせてい
る。

【００４０】次に、外部からトリガ信号ａが入力される
と、シャッタ制御回路３及び駆動タイミング信号発生回
路４がリセットされる。シャッタ制御回路３はトリガ信
号ａの入力に同期して電荷排出信号ｂを１回だけ出力し
た後に、電荷排出信号ｂをロウレベルに固定する。

【００４１】このため、ＣＣＤ撮像素子１の画素にはト
リガ信号ａの入力タイミングから信号電荷が蓄積され始
める。また、垂直転送信号ｃ及び水平転送信号ｄもトリ
ガ信号ａの入力によってリセットされる。予め設定され
た蓄積時間になると、駆動タイミング信号発生回路４は
電荷読出し信号を駆動回路２に供給し、駆動回路２はこ
の電荷読出し信号を垂直転送信号ｃに重畳してＣＣＤ撮
像素子１に供給する。

【００４２】ＣＣＤ撮像素子１の画素に蓄積された信号
電荷が垂直転送路に読出されると、その信号電荷は通常
の垂直転送動作及び水平転送動作によって、垂直転送路
上を通過して前処理回路７に順次出力されていく。この
時、トリガ信号ａが入力されてから電荷読出し信号が出
力されるまでの期間、垂直転送信号ｃや水平転送信号ｄ
は同期信号発生回路５の出力である水平同期信号ｆとは
位相が異なるが、電荷読出し信号が出力されて数Ｈ以内
に同位相となるよう駆動タイミング信号発生回路４がリ
セットされる。

【００４３】画像メモリ回路８はアナログ／ディジタル
（Ａ／Ｄ）コンバータやメモリ、及びディジタル／アナ
ログ（Ｄ／Ａ）コンバータ等で構成されており、メモリ
制御回路９から供給されかつ駆動タイミング信号発生回
路４の出力に同期した書込みイネーブル信号ｈや書込み
アドレスリセット信号ｉによって前処理回路７から供給
される映像信号を順次書込んでいく。

【００４４】書込みイネーブル信号ｈがロウレベルの期
間、すなわちＣＣＤ撮像素子１から信号が出力される期
間、画像メモリ回路８には書込みが行われる。書込みア
ドレスリセット信号ｉは電荷読出しのタイミングで出力
され、画像メモリ回路８の書込みアドレスを０番地にリ
セットし、以後、画像メモリ回路８のクロック信号が入
力される毎に１番地ずつインクリメントされる。

【００４５】次に、同期信号発生回路５の垂直同期信号
タイミングに合わせて読出しイネーブル信号ｊがロウレ
ベルとなり、さらに読出しアドレスリセット信号ｋによ
って読出しアドレスが０番地からクロック入力毎に１番
地ずつインクリメントされるので、画像メモリ回路８か
らは先に書込まれた信号が読出される。

【００４６】この画像メモリ回路８へのクロック信号は
前処理回路７のサンプルホールドパルスと同じ周波数で
ある。その結果、画像メモリ回路８を通して出力される
信号は同期信号発生回路５の垂直同期信号ｅに同期した
出力となる（図２及び図３参照）。

【００４７】映像信号処理回路１０は入力された映像信
号にγ処理や黒レベル調整、及び同期信号発生回路５か
ら供給されるブランキング信号や同期信号によるブラン
キング処理、同期信号付加といった信号処理を施し、そ
の信号をテレビジョン信号として出力する。

【００４８】このように、ＣＣＤ撮像素子１の画素から
読出される信号電荷を垂直転送路上で保持することな
く、前処理回路７で前処理を行った後に画像メモリ回路
８に保持することによって、トリガ信号ａの入力によっ
て画素から読出された信号が垂直転送路上に存在する期
間がトリガ信号ａの入力タイミングによらずに一定とな
るので、カメラの出力を画像処理するような場合にカメ
ラの出力の信号レべルが変動せずに一定となり、より精
度の高い画像処理を行うことが可能となる。よって、ス
ミアによる出力映像信号のレベル変動を無くすことがで
き、カメラからの出力信号を使って安定した画像処理を
行うことができる。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、外
部から入力されるトリガ信号に応答して撮像素子の各画
素に入射光に応じた電荷が蓄積され、予め設定されたシ
ャッタ時間が経過した後に画素各々に蓄積された電荷を
出力するＣＣＤテレビカメラにおいて、画素からの電荷
を撮像素子の垂直転送路を通過させて撮像素子の外部に
出力させ、その撮像素子の外部への出力を撮像素子の外
部のメモリに記憶することによって、出力映像信号レベ
ルの変動をなくすことができ、カメラからの出力信号を
使って安定した画像処理を行うことができるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるＣＣＤテレビカメラの
構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の一実施例によるＣＣＤテレビカメラの
動作を示すタイミングチャートである。

【図３】本発明の一実施例によるＣＣＤテレビカメラの
動作を示すタイミングチャートである。

【図４】従来の技術の使用例を説明するためのブロック
図である。

【図５】（ａ）は周期的に出力される映像信号出力の出
力間隔を強制的にリセットする方法の動作を示すタイミ
ングチャート、（ｂ）は周期的に出力される映像信号出
力の出力間隔を変えることなく出力する方法の動作を示
すタイミングチャートである。

【図６】従来例によるＣＣＤテレビカメラの構成を示す
ブロック図である。

【図７】（ａ），（ｂ）は図６のＣＣＤテレビカメラの
動作を示すタイミングチャートである。

【図８】図７（ｂ）の部分拡大図である。

【符号の説明】

１ ＣＣＤ撮像素子 ２ 駆動回路 ３ シャッタ制御回路 ４ 駆動タイミング信号発生回路 ５ 同期信号発生回路 ６ トリガ信号入力回路 ７ 前処理回路 ８ 画像メモリ回路 ９ メモリ制御回路 １０ 映像信号処理回路

【手続補正書】

【提出日】平成１０年９月７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明によるＣＣＤテレ
ビカメラは、外部から入力されるトリガ信号に応答して
撮像素子の各画素に入射光に応じた電荷が蓄積され、予
め設定されたシャッタ時間が経過した後に前記画素各々
に蓄積された電荷を出力するＣＣＤテレビカメラであっ
て、前記画素からの電荷を前記撮像素子の垂直転送路を
通過させて前記撮像素子の外部に出力させる手段と、前
記撮像素子の外部への出力を記憶する記憶手段とを装置
内部に備えている。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部から入力されるトリガ信号に応答し
   て撮像素子の各画素に入射光に応じた電荷が蓄積され、
   予め設定されたシャッタ時間が経過した後に前記画素各
   々に蓄積された電荷を出力するＣＣＤテレビカメラであ
   って、前記画素からの電荷を前記撮像素子の垂直転送路
   を通過させて前記撮像素子の外部に出力させる手段と、
   前記撮像素子の外部への出力を記憶する記憶手段とを有
   することを特徴とするＣＣＤテレビカメラ。
2. 【請求項２】 前記撮像素子の外部への出力をアナログ
   ／ディジタル変換して前記記憶手段に出力する第１の変
   換手段と、前記記憶手段の出力をディジタル／アナログ
   変換する第２の変換手段とを含むことを特徴とする請求
   項１記載のＣＣＤテレビカメラ。
3. 【請求項３】 前記画素各々に蓄積された前記電荷の転
   送を行うための水平転送信号及び垂直転送信号を出力し
   かつ前記シャッタ時間の経過後に前記電荷の読出し信号
   を出力する駆動手段を含み、前記読出し信号の出力タイ
   ミングに同期して前記撮像素子に対する露光終了後の次
   のフィールドの開始まで前記記憶手段に前記撮像素子の
   外部への出力を記憶するようにしたことを特徴とする請
   求項１または請求項２記載のＣＣＤテレビカメラ。
4. 【請求項４】 前記撮像素子と前記記憶手段との間に配
   設されかつ前記画素各々からの電荷に対して少なくとも
   サンプルホールド及び増幅を行う前処理手段を含むこと
   を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか記載のＣ
   ＣＤテレビカメラ。
5. 【請求項５】 前記撮像素子は、電荷転送撮像デバイス
   からなることを特徴とする請求項１から請求項４のいず
   れか記載のＣＣＤテレビカメラ。