JPS60117881A - 固体撮像装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発ａＡは、光を電気信号に変換し、この電気信号に順
次転送し、外部に出力するＣ０Ｄ（を荷転送素子〕等の
固体撮像素子を用いた固体撮像装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

現在個体撮像索子ｖｃｔ／ｉ、ＣＣＤ形、ＭＯＳ形。

ＣＰＤ形等のいくつかの種類があるが、テレビジョンカ
メラ等に使用される２次元固体撮像素子には大きく分け
て、２つの走査方式がある。

その１つは１ＭＯ３形、ＣＰＤ形等に用いられているラ
インアドレス方式である。この方式では、あ仝指定され
た水平走査ライン上の画素信号だけが読み出し紗に読出
されるものでおり、その走査原理は撮像管のそれに類似
している。

一方ＣＣＤ形で用いられている走査方式は、ｌフィール
ド分に蓄えられている電荷が同時に転送用のＣＣＤの各
ビットに読み込まれる。現在一般に使用されているテレ
ビジョン信号は、インターレース走査をしているが、こ
のインターレース走査のために、ＣＣＤの走査方式けさ
ら［２つに分類することができる。

以下図面を用いて２つの走査方式、っまクツイールド蓄
積モードとフレーム蓄積モードにっいて、インターライ
ン転送形ＣＣＤを例にとり説明する。

第１図は、フレーム蓄積モードの駆動方法を説明するた
めの図である。光電変換部１１において、光が電気信号
に変換され蓄積される。テレビジョン信号の第１フイー
ルドにおいて、奇数Ａ１の水平走査ライン上のすべての
光電変換素子に蓄えられた一気信号は、垂直転送ＣＣＤ
部１２に転送され％　ｌ水平走査ライン時間に１ビツト
ずつ垂直転送され、水平転送ＣＣＤ部１３に転送される
。その結果、出力端子１４からは奇数本目の画像情報だ
けが出力される。次に第２フイールドでは、偶数Ｂ１の
水平走査ライン上の画素の電荷が読み出され、同様に転
送され、出力端子１４からは、偶数木目の画像情報たけ
が出力される。

以上の１ｊ作が繰返されるので、各光電変換素子におけ
る光の蓄積時間はｌフレーム時間、すなわち、ＮＴＳＣ
方式の場合では’　３０秒となる。

第２図は、フィールド蓄積モードを説明する図である。

この駆動方法では上下隣合う２ライ′ン分の信号が垂直
転送ＣＣＤ部１２で加算され読み出される。第１フイー
ルドでは、Ａ２で示す組合わせで加算読み出しが行われ
、第２フイールドでＦｉＢ２で示す組合わせで加算読み
出しが行われる。したがって、出力端子１４からは、フ
ィールド毎に組合わせの異なる信号が読み出され、イン
ターレース動作が行われる。この駆動方式の場合１光％
変換素子１１は、毎フィールド読み出しが行われるため
蓄積時間は１秒０ となる。

、　１ 画素の蓄積時間かπ秒の場合、５０Ｈ２駆動の螢光燈下
では、再生画面にフリッカが生じる。この場合、螢光燈
は１秒間に１００回のオン、オフを繰返しており、固体
撮像素子の画素の続出し周波数６　ｏｎｚとビートを生
じるわけである。３　ｏＨｚの続出しでは、１回の蓄積
の６　ｏｎｚの読出しでは、１丁回のオン、オフしか行
なわす、フィールド毎の信号蓄積量の差が太きくなるわ
けである。

ラインアドレス形の固体撮像素子の場合には、この差に
よるフリッカは、ライン間で発生するために、再生画面
上では、フリッカする部分が上下に流れるように発生す
る。しかし、全画素を同時にアドレス指定する形の固体
撮像素子では、画面全体が同じ様なフリッカを生じるた
め、再生画面の全体を著しく劣化させてしまう。この間
口は、固体撮像素子が原理的には残像を有しないことに
起因するもので、撮像管にはみられなかった現象である
。

撮像装置のフリッカ軽減は、特開昭５６−１４９１８３
号において提案されているが、これは、光源とカメラ駆
動の周波数の位相を固定するために多くの分局器、位相
ロツクルーグ（ＰＬＬ）回路等が必要であり、また光源
の５０Ｈｚ、６０Ｈｚに応じ動作を切換えるというよう
に、回路も動作原理も複雑である。さらに、フリッカ軽
−のだめの利得制卸もＡＧＣ回路を使用するため、ブリ
ツカは軽減されるが完全に抑制することは不可能である
。

〔発明の目的〕

本発明は上記の事情に４みてなされたもので、螢光燈照
明下においても、フリッカの全くない良好な再生画面を
、ｖＵ噂な構成で得ることが可能な固体撮像装置を提供
することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明が解決しようとするフリッカ抑制は。

固体撮像素子の出力信号をオリ得制鉤することにより達
成できるが、本発明はこの利得制佃手最に特徴を有する
。ここで首う固体撮像素子としては、毎フィールド毎に
すべてのｉＩ！！Ｉ累信号が開信号読み出される。すな
わち蓄積時間が１／６０秒の固体撮像素子に特に効果を
得ることができる。

固体撮像素子とは独立に、第２の光電変換素子を設け、
固体撮像素子のｉｉ！ｌｌ素の蓄積の開始と同時に、光
電変換を開始する。光励起された信号は、積分手段によ
り積分され、固体撮蝕紫子画素の蓄積終了と同時、すな
わち５画素から読み出しと同時に積分レベルを保持する
。この保持されたレベルは、固体撮像素子から順次読み
出されて来る信号量と、フィールド毎に比例関係にある
。したがって、保持レベルによって固体撮像素子出力を
オリ％制御すれは、フィールド毎の信号差すなわちフリ
ッカはなくなる。利得制御の方法は基本的には割算であ
る。固体撮像素子の各画素は信号の読み出しと同時に新
たな蓄積を開始すｂが、第２の光電変換出力の積分手段
もこれと同時にリセットされ、新たな積分を開始し、次
のフィールドの利得制御に備える。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。第３図
が本発明の一実施例、第４図かその動作を説明するため
の信号波形図である。

螢光燈光源３１より発せられる光は、被写体３２および
第２の光電変換素子３３に到達する。

被写体３２に当った光は反射され、光学系を構成するレ
ンズ３４により固体撮像素子３５上に結像される。固体
？Ｉ＆像素子３５から出力される信号は、第４図（ｅ）
に示すように、ｌフィールド時間ごとに振幅の異なる信
号となり、このままではフリッカが発生する。これは、
螢光燈の発光強度が第４図（ｂ）に示すように変化する
のに対し、テレビジョン信号周期の１フィールド抽間（
ｔ　Ｊ　Ｌすなわち、画素の蓄積期間が、同図（ａ）に
示すような位相関係になるためである。ここで５期間（
重１）が１フィールド期間、期間（ｔ２）が螢光燈の駆
動周波数であり％後者が５０Ｈ２の場合は、再生画面の
フリッカは著しいものとなる。

第２の光を変換素子３３からは、螢光燈の発光伸度に比
例した信号、すなわち、第４１Ｗ（ｂ）に示す波形と同
じ波形の信号が得られる。これは、正弦波を全波整流し
たときに得られる波形と相似である。この信号は、積分
器３６に加えられる。積分器３６は、端子３１１より加
えられる固体撮像素子３５のＤ！１１累の続出し・４）
レスによりリセットされ、固体撮像素子３５のＩ［！］
ｌ紫と同時間の信号稿分を行う。

従って、端子３１１に加えられるリセットノ母ルス波は
、第４図（ａ）の波形でおるものとすると、積分器３６
より出力される信号波形は、第４図（Ｃ）に示すように
なる。積分器３６の出力信号は、サンプルホー舟ド回路
３７により、リセット直前の一位がホールドされる。こ
のためｄブンゾリングパルスは、端子３１２を介して加
えられるもので、第４図（ａ）に示すパルスよりもわず
かに位相が進んだパルスである。このフンブリングアン
ドホールド動作によって、ブンプルホールド回路３７の
出力は、第４図（ｄ）に示すようになる。

第４図（ｄ）（６）に示す信号波形を比べると１両名は
、同一光源からの光を同一時間積分した信号成分を含み
１両信号波形は比例関係にあることがわかる。

従って％割算器３８において％第４図（ｅ）に示す信号
波形を第４図（ｄ）に示す信号波形で割算すれは、第４
１ｚ＋　（ｆ）に示す信号波形が得られ、あたかも発光
強度の変化しない光臨のもとで得た信号のよ’＞＋＝、
フリッカは完全に抑制される。

この信号は、プロセス回路３９により信号処理され、端
子３１０から、テレビジョン信号として出力される。

〔発明の効果〕

上記した本発明によれば、螢光燈下で固体撮像装置を使
用する際に間顧となっていた再生画面のフリッカを簡単
な構成で抑制することができる。特に、固体撮像素子か
フィールド蓄積モードでかつ、すべての画素のへ、無信
号が同時に転送部に読出される形の固体撮像素子の場合
には、従来はフリッカが最も大きく著しく画面を劣化さ
せたが５本発明の適用によって、フリッカは完全に抑制
することが可能であり、またそ。

の回路構成も簡素に実現できる。また、太陽光のように
発光強度の変化しない光源に対しては、第２の光電変換
素子の出力を積分し保持したレベルは、フィールド毎に
変化することはないので、この場合は、再生画面には何
ら不都合はない。６０Ｈ２光源に間しても、フィールド
周波数と一致しフリッカは生じないが、同様に何ら不都
合はない。

第１図１１Ｃ示したフレーム蓄積モードで駆動される固
体撮像素子においても、視覚的にそれ程目立たないが、
フリッカは発生する。しかしこれは１次に説明する他の
実施例により同様に抑制することができる。

〔他の実施例〕

第５図は本発明の他の実施例であり、第６図はその動作
を説明するだめの信号波形図である。

即ち、第３図と同一部分は、同符号を付して説明するに
、固体撮像素子３５は第１図で説明したフレーム蓄積駆
動が行われているものとする。

螢光燈光源３１より発せられた光は、第３図の場合と同
様に、固体撮像素子３５と、第２の光電変換素子３３に
到達する。この実施例では、第２の光電変換素子３３の
後に、２つの積分器５１．５２が設けられる。この２つ
の積分器５１．５２はともに、蓄積時間は、ｌフレーム
期間であるが、そのリセットタイミングは、互いに１８
０°位相が異なる。このタイミングは。

端子５４．５５にそれぞれ加えられるパルス、つ１り第
６図（ｂ）、第６図（Ｃ）　Ｋ示すノヤルスによって決
まる。第６図（ｂ）及び（Ｃ）に示す・奢ルスは１周期
が１フレ一ム期間であり、位相が１８０°異なる。よっ
て、双方間のパルス差期間は、ｌフィールド期間（ｔｌ
）に相当する。第６図（ａ）　Ｆｉ、螢光燈の発光強に
比例した信号であり、積分器５１．５２に入力する。

積分器５１．５２の出力波形は、第６図（ｄ）、第６図
（ｅ）に示すようになるが、これらは、１フイールド毎
に切換るスイッチ５３によって、交互に一方が選択され
、ｆンプルホールド回路３７に入力される。このランプ
ルホールド回路３７は、ｌフィールド期間の保持作用を
行うもので、端子３１２から入力されるツンプリンダノ
９ルスによって、サンプリング動作をする。スイッチ５
３の選択は、固体撮像素子の画素の現荘蓄積を行ってい
るもの、すなわち、次のフィールドで読出されるべき画
素と同一の積分タイミングを持つ積分器の側にセットさ
れる。

上記の回路動作によると、′ｙンプルホールド回路３７
からは、第６図（ｆ）に示すような波形の出力信号が得
られるが、その振幅は、先の実施例と同様に、固体撮像
素子３５の出力、つまり第６図（ｇ）の信号の振幅と比
例関係￥Ｃある。したがって、割算器３８において％フ
ンプルホール号が出力端子３１０より得られる。

以上説明した、第３図、第５図に示す固体撮像装置は、
白黒用、カラー用の何れの装置であっても有効である。

この場合、プロセス回路３９のみが変るのみである。カ
ラー用の場合。

複数個の固体撮像装置を使用する場合があるが。

この場合は、固体撮像装置と同数の利得制御系を設け、
各固体撮像素子の出力を独立に利得制御することで同様
の一効果を得ることができる。

また使用する固体撮像素子は、２次元である必要はなく
、１次元固体撮像素子においても全く同様に適用できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は固体撮像素子のフレーム蓄積モードを説明する
だめの説明図、第２図は固体撮像素子のフィールド蓄積
モードを説明するための説明図、第３図はこの発明の一
実施例を示す構成説明図、第４図は第３図の装置の動作
を説明するのに示したイ宮号波形図、第５図はこの発明
の他の実施例を示す構成説明図、第６図は第５−の装置
の動作を説明するのに示した信号波形図である。 ３ノ・・・螢光燈光源１３３・・・第２の光電変換素子
％　３５・・・固体撮像素子、３６，５１．５２・・・
積分器、３７・・・ランプルホールド回路、３８°°。 割算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光情報を電気信号に変換する光電変換部を有し、一定時
   間蓄積された電気信号を同時に転送部に読み出し、順次
   外部に出力する固体撮像素子と。 周囲光源からの光を検知し光電変換する第２の光電変換
   素子と、前記第２の光電変換素子の出力信号を、ｌＩ？
   Ｊ記固体撮像累子の蓄積時間積分する手段と、前記積分
   された信号を前記蓄積時間保持する手段と、前記蓄積時
   間保持された積分信号によシ、前記固体撮像累子の出力
   を利得制鉤する手段とを具備したことを特徴とする固体
   撮像装置。