JPS60239179A - テレビカメラ - 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】 〔技術分野〕 本発明は固体撮像素子を用いた、テレビカメラに関する
。

〔従来技術〕

従来の固体撮像素子を用いたテレビカメラは、第１図に
例示する様に二次元イメージセンサを用いている。第１
図によりこのテレビカメラの機能を説明する。パッケー
ジ１の中に、二次元イメージセンサ２が透明窓３により
密封されて成る固体撮像素子に、しぼり４を介し゛て光
学しｙズ５により光学像を該イメージセンサ１の表面に
結像して、映像信号を得るものである。該イメージセン
ナとして、’（！Ｏ’Ｄや、ＭＯＳスイッチアレイ、も
しくはこれらの複合型の構造が、用いられる。画素数と
しては横方向３５０〜５００、縦方向４８′０〜５２０
が必要となるため、素子寸法は一般に大きくなり、１０
聰スク工ア程度が、普通である。

このため、製造プロセスのバッチスケールが小さくなり
、非常に高コストな素子となる欠点を有す。また保有す
る画素数は、２０万個以上と非常に多いため、欠陥率が
高くなり、これによっても高価格な素子となる。

−また、入射光量が強い場合、ブルーミングや、スミア
リングといった、光キャリヤのにじみ出しによる画像の
劣化が生ずる。

また画素数は現状では、垂直、水平とも５００〜６００
個程度であるため、撮像管に比べ、画質が粗く、被写体
の空間周波数との変調パターンが発′生ずるなど、高停
品の画像が得られない。

一般に固体撮像素子のダイナミックレンジは撮像管に比
べて小さいため、光学しぼり４を用いて光量を調節する
必要がある。手動式のしぼりの場合は、安価で′はある
ものの、露光精度を欠く他、遠隔操作ができないため、
監視装置には応用できない欠点を有す。また自動式のし
ぼりとした場合、ソレノイド等の駆動機構が必要となり
、寸法と重量の増加及び、駆動のためのエネルギー消費
が大きいこと等から、携帯型のテレビカメラとした場合
の欠点となる。

また、二次元イメージセンサの垂直方向の画素数は、定
まっており、走査線数の異なるテレビ方式間、たとえば
Ｍ方式とＢ方式の間の互換性はなすることはできない。

〔目的〕

本発明はかかる問題を解決するもので、その目的とする
ところは、低価格で高性能の、携帯可能な小型のテレビ
カメラを提供することである。

〔概要〕

本発明のテレビカメラは、固体撮像素子として一次元イ
メージセンナを用いるものであって、垂直方向の走査を
、回転屈折体の回転により行ない、この回転屈折体の巾
は厚味の４倍から１０倍の範囲にあり、この屈折率は１
．７から５５の範囲にあることを特徴とする。

〔実施例〕

以下、本発明につき、詳述する。第２図に、本発明によ
るテレビカメラの実施例継承す。第２図に於いて、ＣＯ
ＤやＭＯＳスイッチアレイ等の一次元イメージセンサ６
がパッケージ７の中に実装されており、透明窓８を介し
て受光するものである。回転屈折体９は、モーター１ｏ
から、軸１１を介して回転駆動され、軸１１の他端は、
軸受１２に、係合している。１５は固定台。電界効果型
しぼり１４を介してレンズ１５による光学像が、回転屈
折体９を経て、−次元イメージセンサ６に結像されるも
のである。回転屈折体９の回転により、光路が上下方向
に移動することを利用して、垂直方向の走査をモーター
１００回転を回転屈折体に伝えることにより行うもので
ある。この様子を第５図にて説明する。第５図において
、入射光Ｉｗ１６は、回転屈折体９を通７過して、透過
光線１７となるが、回転屈折体が角度θだけ回転して、
９′となった時、透過光機は１７−′となり、透過光線
１７と距離ｄだけ隔れて、放射する。ここ、でｄ、Ｂ変
位量と呼称する。回転角度θは前記入射角度θと一致す
る。回転屈折体９の厚味をα、有効長を６１回転角度を
θ、透過光線の変位量をｄｌ、変位量の最大値をｐ１回
転屈折板９の屈折率をｎとすると、以下の関係が成立す
る。

房θ ｄ＝αｓｉｎθ（１−□ン・・・・・・■５０）Ｔ また変位量ｄと回転角θの関係を第４図（Ａ）に示す。

第４図（αンにおいて、Ｄは変位量の最大値である。こ
の時の回転角りの値をθにムＸ　とするとθｗｈｘ＝ｔ
ａ＋＋　（／。）で与えられる。このＤの値は、回転屈
折体９の厚味αと有効長す及び屈折率外を０式に代入し
て定まり、今α＝１　、　ｂ＝ｓｌ。

７　、　ｎ　＝　１．７とした時、Ｄははぼ　ｒＬ８６
となり、この時のθにムＸ　は約８０°となる。また、
垂直同期信号間の時間における映像信号期間の比ρは、
θＭＡＸ　／　９０°　で与えられ、上記条件の時、こ
の比ρはほぼ８９％となり、従づて垂直ブランキング時
間は、１垂直時間のほぼ１１％となる。αの値に対しｈ
の値をさらに増加することにより、こあブランキング時
間の比率はさらに小さくなつく現行のテレビ放送におけ
る比率的“７％程度にすることができる。一般にｂの値
はαの値の４倍から１０倍程度が、現在市場におけるテ
レビ受像機なり、現行のテレビジョン放送方式に適んす
るのにふされしい。■式は、ｄがθに対して線形でない
ことを示している。この非線形性は第４＠（Ｂ）に示す
如く、回転屈折体の屈折率外の値を選択することにより
変化する。第４図ＣＢ）は、屈折率外をパラメータとし
た、０とθの相関を示す。

第４図ＣＢ）によれば、％＝１６の時に、非線形性がか
なり軽減されていることが分る。Ｒ＝１・７の時は、勾
配の変化は最大と最小の比が約２となり、このままでは
、映像の歪が大きく実用的ではない。屈折率外が２．６
から上下にはなれる程非線形性は大きくなるため、外の
値としては、１．７乃至＆５が好ましい。具体的な材料
としては、ＹＡＧ、Ｙ工Ｇ　、　ＧＧＧ　、キュービッ
クジルコニア。

サファイア、ジルコン、ダイヤモンド、Ｌｉ１ｊｌ）Ｏ
。

、ＬｉＴａ０．、ルチル、ｓｙｓ工等の光学用ガラス等
がある。また入射光線が回転屈折体９の端面１８から入
り、不要光を透過させるのを防ぐため、端面１８は遮光
処理を行なうことが必要である。空気抵抗（７）性め般
回転屈折体の回転の安定性が失なわれたり、回転を維持
するためのエネルギーが余計に必要になる等の問題があ
る。第５図は、この問題を回避するための円筒フードを
有する回転屈折体を示す。第５図に於いて、前述の回転
屈折体９に外接するごとくこれに固着された円筒フード
１９が形成されている。２０は回転軸。円筒７−ド１９
が回転屈折体９と一体で回転するため、空気抵抗が減少
し、上記問題を解決する。さらにこの円筒フードの使用
により他の利点が生ずる。すなわち、回転屈折体が回転
する際、入射光線の入射角が増大するに従い、表面反射
率が増大し、−次元イメージセンサ−に到達する光量が
減少する。これを受像機により観察すると、画面の上下
が暗くなることに相当する。これを補正するために該円
筒フードの光透過重分布を最適化することが可能となる
。第６図は、該円筒フードの光透過率の分布を示す。第
６図において、θは回転屈折体の回転軸を中心にして、
この巾方向Ｒからの角度。Ｔはこの角度における円筒フ
ードの光透過率を示す。θ＝９０°及θθ＝２７０’に
おける光透過率は、回転屈折体表面での反射率が最も小
さいため、該光透過率Ｔは最小値Ｔ。となっており、θ
＝０６　、θ＝１８０°に近づくに従って、回転屈折体
表面での反射による透過光量低減をおぎなうために、透
明に近くなる様に分布させるものである。この円筒フー
ドはできるだけ透明に近い素材が好ましく、ガラスもし
くは合成樹脂を円筒形に成形し、しかる後、蒸着もしく
は印刷もしくは感光材の露光などにより、前記分布を発
生せしめたものである。また前記の回転屈折体表面での
反射を低減するために、回転屈折体表面に、反射防止層
を形成するものである。反射防止層は、ＧａＦ、等の低
屈折率を有する材料の薄膜を形成することにより得られ
る。第７図は、前記電界効果型しぼり１４の実施例を示
す。第７図において、ガラ＼２１の表面に透明導電膜２
２が形成されており、封止材２３を介して、透明導電膜
２４を表面に形成したガラス２５が固着されており、封
止材と、両ガラスの中にＴＩ型液晶２６が封入されて成
り１両表閑には偏光板２７及び２８が接着されているも
のである。該透明導電膜の表面は、ラビング等の配向処
理が施されており、その配向方向は、両ｒＨＪ２２．２
４が互いにほぼ直交する様になされておる。また該偏光
板２７．２８は互に偏光方向がほぼ平行もしくは、はぼ
直交する様になされるものである。該透明導電、膜２２
と同２，４の間に交流電圧を印加することにより、電界
効果型しぼり１４に入射した光線の透過量がコントロー
ルされ、該交流電圧の振巾に応じて第８図に示す様に変
化する。第８図において、Ｔは該し−ぼりを光線が通過
する時の光透過率。■は該交流電圧で、イのカーブは一
両偏光板をほぼ直交させた時の相関であり、口のタープ
は両偏光板をほぼ平行にした時の相関である。いずれに
しても、透過量Ｔは、該交流電圧Ｖにより制御すること
が可能である。また該交流電圧Ｖは、−次元イメージセ
ンナの出力電圧すなわち、映像信号の平均値もしくは、
最大値もしくはこれらの混合値から変換して得られるも
のであり、自動的に、入射光量に応じて、光透過量が設
定されいわゆる自動露出が実現できる。

〔効果〕

以上に述べたように、本発明により種々の点が改善され
次の様な効果を生ぜしめる。

二次元イメージセンサは、素子寸法が大きいことや、画
素数が多いこと等により非常に高価なものである。−万
一次元イメージセンサは、二次元のものの画素数の約２
桁少ない画素を有するのみであり、素子面積が小さく、
諷意性能も安定する、ため、非常に低コストである。

一次元イメージセンナを垂直方向に走査を加えるための
要素であるモータは、充分安価であり、ｉらに回転屈折
体も、透明材料を平面研摩するのみの低コストな要素で
あるので、全体としても、非常に安価なテレビカメラを
実現するものであるまた、性能面においては、現状の二
次元イメージセンサの画素数は、垂直、水平方向にそれ
ぞれ５００〜６００程度であるのに対し、本発明による
方式では、−次元イメージセンサとして現在市場に出回
っているものでも２０００〜４０００＠程度の画素数の
ものまであり、垂直方向は前述のとうり連続的な走査で
あるため垂直方向の分解能は原理的には無限大である。

少なくとも現在ＮＨＫで進められている高品位テレビ放
送方式以上の分解能を本発明によるテレビカメラは、実
現させ得るものである。また、従来の二次元イメージセ
ンサは、プルーミング、スミアリング等の問題がある。

これらの問題は、強い光照射を受けた時に発生した電荷
が、拡散し、上下の白っぽい帯状のパターンとして出現
するものであるが、現状では、この問題を根絶した二次
元イメージセンサは実現していない。これに対し、本発
明によるテレビカメラの場合、垂直方向に画素が連続し
ていないため、全くこの問題は発生せず、非常に広い入
射光強度の範囲において、鮮明な映像を出力することが
できるものである。また本発明によるテレビカメラの垂
直走査周期は、前記モーターの回転数で、これを設定す
るのみであり、モーターの回転数を変化させるだけで、
日本、米国のＭ方式テレビ信号や、欧州のＢ、Ｇ、工、
Ｌ方式のテレビ信号を簡単に切シ換えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の固体撮像素子を用いたテレビカメラを
例示する。固体撮像素子として二次元イメージセンサ２
が使用されている。 第２図は、本発明による、固体撮像素子を用いたテレビ
カメラの実施例。９は回転屈折体。６は固体撮像素子と
して用いた一次元イメージセンサ°っ３゜９□−おヶ、
８−７８、ゎオ６、。アヤを示す。（Ａ）は光線の入射
角度θと、光路の変位ｆｋｄと回転屈折体９の断面形状
α、ｂの相′関を示す。（Ｂ）は、回転屈折体が機能す
る、入射角度６の上限値θＭＡＸ　における状態を示し
、―θＭＡＸがｂ／ａになることを示す。 第４図（Ａ）は、回転屈折体の回転角度θと透過光線の
変位量ｄの相関を示す。 す。１９は円筒７−ド。。 第６図は、円筒フードの光透過率分布を示す。 第７図は、電界効果型しぼりの実施例。２６はＴＮ型液
晶。２７．２８は偏光板。　・第８図は、電界効果型し
ぼりの光透過率Ｔと飄印加する交流電圧の相関を示す。 以上 出願人　株式会社諏訪精工舎 代理人　弁理士　最上　務 第１図 第２図 （Ａ） ０ 第３図 （ム） 第４図 ■ 第５図 ゴ 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　−次元イメージセンサと回転屈折体から成るテ
   レビカメラにおいて、回転屈折体の厚味と巾の比が１＝
   ４内至１．、：、１０である事を特徴とするテレビカメ
   ラ。 （２）　特許請求の範囲第１項記載のテレビカメラであ
   って、回転屈折体の屈折率が１．７から３．５の範囲に
   あることを特徴とするテレビカメラ。 （８）　反射防止層が回転屈折体表面に形成されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のテレビカ
   メラ。