JPS61157180A - 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】 （技術分野） 本発明は固体撮像素子を用いた撮像装置に関する。

（従来技術） 固体撮像素子１例えばＣＣＤ　（電荷結合素子）を例え
ばテレビカメラに使用する場合において、固体撮像素子
の駆動方法を変換することにより、テレビジョン信号の
フィールド（あるいはフレーム）時間より撮像素子の蓄
積時間を短くすることが出来ることが従来提案されてい
る。

例えばフレーム転送型と呼ばれる固体撮像素子において
、光電変換及び電荷蓄積を行う受、先部の電荷を垂直期
間の途中で一度、垂直転送を行うことにより排除し、さ
らに垂直期間の残りの時間を実質的な蓄積時間として動
作させる駆動方法が、例えば特願昭５５−６１０９８号
に提案されている。

上述の方式によると、例えばＮＴＳＣ方式のテレビカメ
ラにおいて１通常はｌ／６０秒の蓄積時間であるが、こ
れをｌ／１２０秒、１１５００秒等の蓄積時間とする事
が出来るため大光量入射時にも小絞りとならない高速移
動物の像がぶれない等の効果がある。しかしながら、上
述の様な動作を行っている時、前述の様に垂直期間の途
中までの蓄積される電荷を信号として取り出さず排除す
る際、特に実質的な蓄積時間を短くした場合、この排除
する電荷量が非常に多くなってしまう０例えば、実質的
な蓄積時間（ｔｌ）を１７５００秒とすると、排除する
電荷の蓄積時間ｔ２の比は ｔ　２／ｌ　１＝　（１／６Ｏ−１１５００）　／１５
００４＋７．３約７．３倍となりｔｌに蓄積される電荷
が標準レベルであるとすると、ｔ２においては標準レベ
ルの７．３倍の電荷が蓄積される。この様に多くの電荷
が蓄積された場合これをすべて排除して、実質的な蓄積
時間に影響を与えないようにすることは非常に困難であ
る。特に、画面上のいわゆるハイライト部等においては
発生する電荷量が、非常に多く、垂直期間の途中で電荷
排出の為の垂直転送を行なった際に多くの電荷が残り、
出力される画面への悪影響が現われてしまう。

又、この残された電荷は、撮像素子の出力においては、
信号レベルの４〜ｌＯ倍（はぼ撮像素子の飽和信号レベ
ル）になり、信号処理回路の異常応答を招いたり、利得
制御または絞り制御の誤動作を生ずる。

また、垂直期間の途中において、受光部、蓄積部両者の
電荷を排除してしまう撮像装置も提案されている。この
場合、途中の転送より前の期間においては出力信号が得
られず、絞り制御、利得制御等が不正確になってしまう
。

（目　的） 本発明は上述従来例の欠点を除去すると同時に実質的な
蓄積時間を可変した場合１画面への悪影響を除去するこ
とが可能な固体撮像装置を提案する事を目的としている
。

（実施例） 本発明の実施例について、以下図面を参照して説明する
。

第１図は１本発明に適用し得るフレームトランスファ型
ＣＣＤ固体撮像素子の構成図である。１はフレームトラ
ンスファ型ＣＣＤ固体撮像素子、２は不図示の撮像光学
系よりの入射光を光電変換し、電荷を蓄積する受光部、
３は受光部２の電荷を転送し、さらに１水平期間ごとに
読出す蓄積部、４は蓄積部３より１水平期間ごとに転送
される電荷をφＴにより水平転送を行なう水平レジスタ
、５は水平レジスタ４よりの電荷を電圧に変換し出力す
る電荷電圧変換部、ＤＧはレジスタ４に沿って設けられ
たゲート又はバリア、ＤＲはオーバーフロードレインで
ある。

８２図（ａ）は、フレームトランスファＣＣＤ撮像素子
ｌの短秒時モードにおける駆動波形で、φＩは受光部２
、φＳは蓄積部３．φＴは水平シフトレジスタ部４、φ
Ｒは電荷電圧変換部５のそれぞれ駆動波形を示す。

ＩＶがテレビジョン信号の垂直期間、Ｔ２は実質的蓄積
期間である。

垂直期間の始めにおいて■、■に示される垂直転送パル
スにより受光部２の電荷が垂直転送され蓄積部３に移り
、その後■のパルスによりｌ水平期間に１ラインずつ、
水平レジスタ４に転送され、水平期間において■のパル
スにより、水平転送され電荷電圧変換部５に移り、■の
パルスにより電荷電圧変換され出力として取り出される
。

受光部２においてＴ１期間光電変換、電荷蓄積された後
■のパルスにより受光部のみが垂直転送され、Ｔ１期間
に蓄積された電荷が受光部から排除される。その後、Ｔ
２期間に受光、蓄積された電荷は■、■のパルスにより
垂直転送され蓄積部３に移される。以下の動作は前述と
同様である。尚、第２図（ｂ）の如く通常の約１フイー
ルド期間を蓄積期間とする標準モードでは第２図中■の
パルスが省略される。ここで短秒時モードでは■のパル
スにより受光部２のみが垂直転送し、Ｔ１期間に蓄積さ
れた電荷を排除する際、Ｔ２と比較しＴ１に蓄積される
電荷量は多いため排除しきれずに残ってしまう。

第３図にこのようにして得られた画像の出力波形を示す
。

Ｖｓａｔは撮像素子の飽和出力電圧、Ｖａｖは撮像素子
の標準平均出力電圧、ＴＢＬＫは垂直帰線区間である。

前述のように実質的な蓄積期間Ｔ２の前の垂直転送にお
いて排除しきれず残った電荷が出力されてしまい垂直期
間の初期のＴ３期間において、Ｖｓａｔレベルの出力が
生ずる。Ｔ３が短い場合は画面上には表われないが、Ｖ
ｓａｔはＶａｖと比較し３〜５倍程度と非常に大きいた
め信号処理、絞り制御、利得制御等への悪影響が大きい
。

第４図は本発明の第１の実施例である。１０１は撮像レ
ンズ、光学フィルタ等を含む撮像光学系、１０２は絞り
、１０３は撮像素子１よりのｇＩ散散出出力連続化する
サンプルホールド回路、１０４は１０３サンプルホール
ド回路の出力を信号処理し、テレビ信号を合成する信号
処理回路、１０５は１０４より出力される輝度信号を平
滑する平滑回路、１０６は基準レベルと平滑回路１０５
の出力とを比較する誤差増幅回路、１０７，１０８は基
準レベルを発生する分圧器、１０９は１０７，１０８で
作られた基準レベルを切換える補正手段としてのスイッ
チ、１１０は絞りを駆動することにより撮像素子におけ
る光電荷の形成量を制御する制御手段としての絞り駆動
回路、１１１は撮像素子１を駆動する駆動回路、１１２
は第２図示のような撮像素子１の駆動パルスやサンプル
ホールド回路１０３の駆動パルスや信号処理用同期パル
スやテレビジョン同期信号等を発生する蓄積時間制御手
段としての同期信号発生回路、１１３は同期信号発生回
路の出力モードを切換え撮像素子１の動作モードを切換
えるスイッチである。スイッチ１０９とスイッチ１１３
は連動関係にある。撮像素子ｌの動作モードとしては、
蓄積時間をテレビ信号の垂直期間とする通常のビデオカ
メラと同様の標準モードと垂直期間の途中に受光部のみ
垂直転送を行う、短秒時モードとを有し、スイッチ１１
３により、同期信号発生回路１１２の出力を切換えるこ
とにより上記動作モードの切換が行なわれる。

被写体像は撮像光学系ｌＯ１及び絞り１０２を通り、撮
像素子りで光電変換され、同期信号に合せて出力されサ
ンプルホールド回路１０３により連続化し、信号処理回
路１０４により、信号処理されると同時に、同期信号発
生回路１１２よりの同期信号と共に、テレビジョン信号
が合成され、テレビ信号出力端子１１４へ出力される。

一方、信号処理回路１０４の途中から絞り制御用の輝度
信号が出力され、平滑回路１０５により平滑し誤差増幅
回路１０６により基準レベルと比較し、絞り駆動回路１
１０に入力して絞り１０２を制御する。

この制御により、平滑回路１０５の出力電圧すなわち撮
像素子１の出力電圧の平均値が分圧器１０７又は１０８
で設定される一定電圧となるようにフィードバック制御
を行なう。

本実施例では誤差項＠器１０６の基準電圧は２つあり、
前述のように、スイッチ１１３と連動関係のスイッチ１
０９により切換えられる。

すなわち、撮像素子の動作モードである標準モード及び
短秒時モードの別に応じて基準電圧が設定されるよう構
成されている。なお、１゜１０１〜１０８，１１０−１
１４等により撮像手段が構成されている。

第２図に示すような動作で短秒時モードを行う場合標準
モードの分圧器１０７の出力に較べて短秒時モードの分
圧器１０８の出力をおおむね第３図のＴ３の期間とＶｓ
ａｔの積の分だけ高い電圧に設定する。これにより撮像
素子ｌの出力として得られるテレビ信号において画面上
の被写体の輝度を撮像素子ｌの動作モードによらず一定
に保つことが出来る事が確かめられた。

尚、基準レベルはスイッチ１０９により切換えるように
構成したが、実質的な蓄積時間を連続あるいは段階的に
可変するようにし、さらにその可変に応じて基準電圧を
連続的あるいは段階的に可変するよう構成しても良く、
本発明はこのようなものも含む、又、絞りにより撮像手
段の映像信号レベルを制御する代わりにシャッターによ
りこれを行なうものにおいても本発明は有効である。

又、このシャッターとして機械的、物性的なシャッター
だけではなく、電子シャッター即ち、蓄積時間を制御す
るものも含む。

勿論映像信号レベルに応じて絞り、シャッター、蓄積時
間制御の２つ又は３つを組み合わせて用いることにより
光電荷の形成量を制御し、これによって映像信号レベル
を制御するものにも有効である。

又、サンプルホールド回路１０３の動作を第３図Ｔ３期
間市めたり、ゲート回路を信号系に挿入し、Ｔ３期間遮
断する等の方法で、第３図Ｔ３期間の撮像素子出力が信
号処理回路１０４の入力側に入らないよう構成しても良
い。その場合も、上述と同様に本発明を実施出来る。但
し、この場合映像信号はＴ３期間黒レベルになるので短
秒時では基準レベルを下げる必要がある。

尚、前記実施例において、撮像素子の短秒時モードは垂
直期間の途中において、受光部のみ、垂直転送を行う方
式としたが垂直期間の途中において受光部及び蓄積部の
両方の電荷を排除する方式においても、本発明を実施出
来る。

この場合、短秒時モードの基準電圧は、標準モードより
低い電圧設定とする。

第５図はこのような本発明の第２実施例を示す図で短秒
時モードの変形例を示す０本実施例では受光部のくすの
高速の垂直転送に同期して蓄積部でも（φの高速の垂直
転送を行なう、従って、水平シフトレジスタ４に受光部
及び蓄積部の電荷が集められオーバーフローする。この
オーバーフローした電荷はゲート又はバリアＤＧを介し
てドレインＤＲに流れ込み排出される。

従って、電荷電圧変換部５の出力はｌｉφの部分で欠落
する。この場合前述の如く、短秒時モードの基準電圧は
標準モードより低い値になるよう補正手段によりスイッ
チ等により補正する。

また、他方式の撮像素子例えばインターライン方式ＣＣ
Ｄ、ＭＯ５撮像素子等においても、蓄積時間制御の可能
なものが各種考えられており、短秒時モードにおいて、
標準モードと撮像素子の出力特性が異なる場合にも本発
明を適用出来る。

また、前記実施例は絞り制御系に適用したが、電圧によ
り利得を可変し、出力レベルを一定となるよう動作する
利得制御系においても、本発明を実施出来る。

即ち、本発明は撮像素子の出力系で映像信号レベルを制
御するものも含む。

第６図はこのような本発明の第３実施例を示す図で、第
４図と同じ番号のものは同じ要素を示す。

１１５は増巾回路、１１６は増巾回路１１５の出力を平
滑する平滑回路、１１７は平滑出力を基準レベルと比較
し、誤差信号を形成する誤差増巾回路、１１８はこの誤
差増巾回路の出力によりインピーダンスの変化するトラ
ンジスタであり、このトランジスタによりアンプ１１５
への映像入力レベルを変化させ結果的にゲイン調整を行
なう。

１２０．１２１は夫々、基準レベルを出力する分圧器で
、一方が基準レベルとして誤差増巾回路１１７に入力さ
れる。又、１２０の出力レベルの方が１２１の出力レベ
ルよりも大きい。

１１９はその切換えを行なう為の補正手段としてのスイ
ッチで撮像素子の動作モードを切換えるスイッチ１１３
の切換に連動して切換わる。

即ち、スイッチ１１３が短秒時モード側のときには分圧
器１２０の出力を誤差増巾回路１１７に入力し、スイッ
チ１１３が標準モード側のときには分圧器１２１の出力
を誤差増巾回路１１７に入力するようにスイッチ１１９
を切換える。

このようにゲイン調整により撮像手段の映像信号レベル
を制御する構成の他の例としては撮像素子自身の感度を
ＷＲ整することによって撮像手段の映像信号レベルを制
御する構成も含む。

これらのゲイン調整による方法によれば絞りや、シャッ
ター等を用いて映像信号レベルを変化させるものに比べ
て応答性が極めて良いという効果がある。

（効　果） 本発明によれば、撮像素子の実質的な蓄積時間を短く設
定しても、不要な電荷による画面への影響を除去するこ
とが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はフレームトランスファ型ＣＯＤの説明図、 第２図（ａ）は短時間モードの説明図、第２図（ｂ）は
標準モードの説明図。 第３図は短時間モードにおける不要信号の説明図、 第４図は本発明の撮像装置の構成例を示す図、 第５図は本発明の第２実施例のタインミングチャート、 第６図は本発明の第３実施例・の構成例を示す図、 １０２−−−一絞り、 ｉ　−−−−−−−一撮像素子、 １０９−−−−スイッチ、 １０７．１０８−−−一分圧器、 ＩＬ３−−−−スイッチ、 １１２−−−一同期信号発生器。 １０５−−−一平滑回路、 １０６−−−一誤差増幅回路。 １１５−−−一増巾回路、 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光学像を電気信号に変換する撮像素子を含み映像信号を
   形成する撮像手段と、 撮像素子の光電荷の蓄積時間を可変制御する蓄積時間制
   御手段と、 撮像手段の出力に応じて撮像手段における映像信号レベ
   ルを制御する為の制御手段と、 前記蓄積時間制御手段の出力に応じて前記制御手段によ
   る制御状態を補正する補正手段と、を有する撮像装置。