JPS6177477A - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、電荷転送デバイスを用いた固体撮像装置に係
り、特に移動する物体から静止画用の鮮明な画像信号を
抽出する画像信号抽出回路に関する。

〔発明の背景〕

一般に高速で移動する物体の形状、寸法、汚点などを基
準値と比較判別して良否の検査判定を行う場合、被検査
物体の静止画用の画像信号を得る必要があるが、通常の
真空管式撮像管のテレビジョンカメラにおいては　定食
方式が例えばＮＴ８Ｃ（Ｎａｔｔｏｎａｌ　’ｌ’ｅｌ
ｅｖｌｓｉｏｎ　３ｙｓｔｅｍ　Ｃｏｍｍ１ｔｔｅｅの
略）方式の場合、６０Ｈｚのフィールド周波数にて２：
１のインタレース走査を行いながら映像信号を得ている
ので、１／６０９ｅＯ毎に撮像管の光’Ｐｉｔｚ換膜が
チャージアップされる。したがって、この間に被検査物
体が移動すると画像がぶれて鮮明な画像信月を得ること
ができない。

このため、従来は、移動中の被検査物体が検査位置に到
達し九ときに、該被検査物体にフラッシュ光源からのフ
ラッシュを照射したり、シャッタ用開口の配設された円
板を前記撮像管の光電変換膜前面において回転させる構
造のいわゆるロータリシャツタなどの機械的シャッタ機
構を用いて光電変換膜への受光時間や量を制御していた
。このようなフラッシュ光源を用いた静止画は周囲が比
較的暗い場合や、被検査物体が近距離にある場合は有効
であるが、屋外で使用する場合などには効果が薄れる欠
点があった。また、シャッタ機構については、回転円板
の大きさ、開口の数あるいは回転円板の枚数などを変え
ることにより、シャッタスピードを変えることも可能で
あるが、テレビジョンカメラに実装した状態においてス
ピードを変えるのは極めて困難でおつｆｃ。

ところで、従来普及していた真空管式撮像管の代わりに
電荷転送デバイスであるＣ０Ｄ（＋：：ｈａｒｇｅ　Ｃ
ｏｕｐｌｅｄ　１）ｅｖｉｃｅの略）からなる固体撮像
デバイス方式の撮像装置１ｔｔ−使用して映像信号を抽
出する方法が近年普及している。

第３図にフレーム転送方式のＣＯＤの模式図を示す。こ
の場合、走査はノ／インターレース走査で行ない、１フ
イールドで１フレームが完成するものとして以下説明す
る。Ｃ０Ｄ１０は、二次元の撮像装置を形成し、受光部
１１、蓄積部１２、続出し部１３及び出力部１４からな
っておシ、各部には所要の転送りロック信号が印加され
る。

ＣＯＤによる従来の映像信号を抽出する方法を以下に述
べる。まず、格子状に仕切られた多数個の受光素子（図
示せず）により形成された受光部１１では、被検査物体
からの入力光像を受光素子毎に光電変換して電荷信号と
し２個の位相の異なる転送りロック信号φＰ、φＱによ
シ転送されるまで蓄積する。この蓄積された電荷信号は
垂直同期信号のフィールドブランキング期間に高速で蓄
積部１２に垂直転送され、受光部１１の電荷信号が一担
蓄積される。次に、蓄積部１２では受光部１１が次の画
面の受光可能状態となる間に２個の位相の異なる転送り
ロック信号φＲ１φＳによυ蓄積した電荷信号を読出し
部１３に垂直転送する。

読出し部１３では位相の異なる水平読出し用の転送りロ
ック信号φＴ、φＵにより各水平列毎に電荷信号を順次
、出力部１４に水平転送し転送りロック信号φＧにより
出力部１４では出力端子ＯＵＴから１水平酸分毎に映像
信号を出力する。以上の動作を繰シ返しながら、入力光
像を電荷信号に変換して１フイ一ルド分の映像信号を抽
出する。

次に従来の映像信号の抽出について第４図のタイムチャ
ー）１用いて説明する。垂直同期信号ＶＤは１フイ一ル
ド期間Ｔｏ毎にパルスが入る。

受光部１１において入力光像はτ１期間受光され、光電
変換がなされ蓄積される。光電変換がなされた電荷信号
は、垂直同期信号ＶＤのフィールドブランキング期間Ｔ
ｖＯ間のτ０期間に高速で垂直転送され、蓄積部１２に
電荷信号は一担蓄積される。更に蓄積された電荷信号は
、次の受光期間τ１期間に１水平酸分毎の映像信号（図
中Ａで示す）としてＯＵＴ端子から出力され、１フイ一
ルド分の映像信号（図中Ｂで示す）が抽出される。

すなわちτ１期間で受光された電荷信号は次の受光期間
ｒ１にて読出されることになシ、受光期間と映像信号の
抽出期間は同じである。したがって、フィールドブラン
キング期間Ｔマはフィールド期間Ｔｏからみれば短時間
であシ、この期間内に蓄積部１２へ転送が行なわれるた
め、受光部１１の各受光素子が受光状態になると共に比
例した電荷信号を発生し蓄積している期間τ１は１フイ
一ルド期間とはは同じと考えてよく、１フイ一ルド期間
が前述のように１／６０ｓａ＋であるため受光部１１の
各受光Ｘ　′ｆ−は約１７ｍ１＋００の間は受光状態、
すなわち、ンヤツタを開放している状態にある。

このような電荷転送デバイスを用いた撮像装置で移動物
体を静止画として撮像する方法も、従来の真空管式撮像
′ｕの場合と同様に、前記フラッシュ光源による方法、
ロータリシャッタによる方法が一般に実施されているが
、約１フイールド期間（約１７□ｎｈｖ；）もの間、シ
ャッタを開放し、電荷を蓄積しているので、この間に被
検査物体が移動すると画像がぶれてしまうという前述の
ような問題は、真空管式撮像管と同様に存在していた。

−また最近では、この他に電子的なシャッタ機構をパも
つ撮像装置が提案されている。特開昭５５−６１１７５
号公報に記載のように、前記受光部１１の各受光素子が
一担蓄えた電荷を１フィールド期間の途中でクリアパル
スを印加し、蓄積電荷を放電させ、再び受光状態にもど
すことに工υ受光部１１の受光する時間を制御するもの
でちる。しかし、このような方法ではクリアパルスを印
加するために一般に市販されている電荷転送デバイスを
用いた撮像装置を大幅に改造する必要があり、ＣＣＤ自
体を上記のように放電する構造としなければならず高価
な装置になるという問題があった。

また、電荷蓄積時間を短縮するには、前述の電荷転送の
ための転送りロック信号及び同期信号を高速に与え１画
面を構成するフィールド周期を短縮することによシ実現
できるが、この方法では、撮像装置の映像信号の処理を
高速にする必要があり信号処理システムとして構成の複
雑化並びにコストアップにつながる欠点があシ、また一
般のテ〆レビジョンカメラに同期しない欠点があった。

査機能および、光電変換作用を有する電荷転送デバイス
でおるＣＯＤをイメージセ／すとして用い上記光電変換
作用による電荷蓄積時間を可変とすることによシ、任意
のシャッタスピードにて撮像全行々い得るようにした固
体撮像装置を提供するにある。

〔発明の概要］ 本発明は、撮像装置に対して与えられる垂直同期信号の
所定の１フイ一ルド周期内にパルスを複数個有する同期
（８号を発生させ、その同期信号を垂直同期信号として
印加して、シャッタ機構の開放時間に相当する電荷蓄積
時間と、その信号を読出す時間とに分割することによシ
、シャッタ機能の実現、すなわち短時間に受光した画像
を撮像できることを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。第１
図は、本発明にかかる固体撮像装置のブロック図である
。外部同期型の撮像装置４０において、被検査物体（図
示せず）の入力光像はレンズ等の光学系２０を介し光電
変換素子であるＣＣＤｌ０に取シ込まれ、駆動回路３０
によυ映像信号ＯＵＴとして出力される。通常の撮像装
置においてはフィールドの始まりの合図である垂直同期
信号と走査線の始まりの合図である水平同期信号が必要
であるが、本実施例忙おいては、垂直同期信号ＶＤ’と
水平同期信号ＨＤによシ実現している。垂直同期信号Ｖ
Ｄ’は、画像処理装置７０等から与えられる垂直同期信
号ＶＤを変換したもので、信号処理装置５０において、
シャッタスピード制御信号ＣＴを印加することによυ、
得られるものである。また、水平同期信号ＨＤは画像処
理装置７０等から撮像装置４０にそのまま印加している
。前述した映像信号ＯＵＴは、この垂直同期信号ＶＤ’
及び水平同期信号ＨＤｅ印加することによりこれらに同
期して得られるものであシ、この映像信号ＯＵＴは映像
信号処理装置６０においてシャッタスピード制御信号Ｃ
Ｔ’を印加することにより映像信号ＯＵＴ’に変換され
て画像処理装置７０に取込まれる。このシャッタスピー
ド制御信号ＣＴ’は、信号処理層ｆｔ５０によυ供給さ
れるもので、映像信号ＯＵＴの無効時間を設定し、必要
分だけの映像信号ＯＵＴ’を得るために印加するもので
ある。

次に、第２図のタイムチャーｈ”を用いて説明する。こ
こで第４図と同一の記号は同じ意味を示す。

垂直同期信号ＶＤは１フイ一ルド期間Ｔｏ毎にパルスが
入り、水平同期信号ＨＤは１水平周期毎にパルスが入る
。信号処理層ｊｉ１５０に垂直同期信号ＶＤよシＴｌの
期間だけ位相のずれた信号、すなわちシャッタスピード
制御信号ＣＴを入力すると信号処理層（疏５０から■Ｄ
′の信号が出力され撮像装置４０の垂直同期信号として
入力される。

垂直同期信号ＶＤ’と水平同期信号ＨＤが撮像装置４０
に入力されたときの映像信号ＯＵＴは図中に示される。

ここで、受光期間ｒ３に受光部１１に受光した入力光像
は直ちに一画面分の光電変換がなされるため、次の受光
期間τ３に１水平成分毎の映像信号（図中人で示す）と
して出力され、映像信号出力の期間が充分長いので、１
画面分（（１フイ一ルド分）の映像信号が得られる（図
中Ｂで示す）。また、受光期間τｍに伎光した信号は、
次の受光期間τ２に１水平酸分毎に映像信号が出力され
るが、映像信号出力の期間が短いため映像信号はＣしか
得られず、１画面分の全ての信号は得られない。しかし
、本発明で必要な映像信号は、ＣではなくＢであシ、映
像信号Ｃは、無効となっても差しつかえない。そこで、
映像処理装置６０にシャッタスピード制御信号ＣＴ’を
入力し、τ！期間受光した信号だけを取り出し映像信号
ＯＵＴ’を得る構成としている。また、τ雪期間以外は
、受光による電荷の発生を必要に応じて打ち消す信号を
加えてもよい。

第５図で更に詳細に説明する。

垂直同期信号ｖＤ′の時刻ａ　−ｈにおけるＣＣＤの状
態を（ａ）〜巾）で示す。まず（ａ）はＰの光を受光部
１１にＰ１〜Ｐ４　　（受光部１１の受光素子が４個の
ときを示す）として受光し、次の（ｂ）でτＧの期間に
受光部１１から蓄積部１２に全ての電荷Ｐ１あ 〜Ｐ４が億速転送される。次の時刻Ｃでは、受光部１１
は（ｂ）での高速転送が終了しだい受光状態となシ、Ｑ
の光を「２期間受光しながら、蓄積部１２と転送部１３
で電荷Ｐ１〜Ｐ４を順次読出す。

しかしながら、読出しには時間がかかるためＰ１〜Ｐ４
は全て読出されない。次の時刻ｄには時刻すの状態と同
様にｒ、期間受光したＱの電荷を蓄積部１２に転送し、
時刻ｅには再び新しく凡の光をｒ３の期間受光しなから
Ｑ１〜Ｑ４ｔ−順次読出す。この一連の流れ（ａ）〜（
ｈ）が−周期となって繰υ返し処理される。

この場合、時刻Ｃの状態に受光した電荷を読み出す期間
、すなわち時刻ｅの状態に出力される電荷信号が短時間
受光した映像信号となシ、この信号だけを取り出すこと
により、シャッタ機能と同等な信号が得られる。

このように、電荷転送デバイスを用いた撮像装置に与え
る垂直同期信号の１フイ一ルド期間内に電荷蓄積時間制
御用パルスを加え、短時間受光する期間と長時間受光す
る期間を設定し、その短時間受光した信号のみを映像信
号として出力する手段をとることにより、純電子式のシ
ャッタカメラを構成できるｆｌｖ（に、映像信号は通常
のテレビジョンカメラと同期しているためＶＴＲ−？そ
ニタテレビと接続可能である。

第６図、第７図に本発明の他の実施例を示す。

第１図、第２図と記号が同一のものは同じ意味を表わす
。シャッタスピード制御信号ＣＴが信号処理装置８０に
入力されると、通、常のテレビジョンカメラの１フイ一
ルド期間Ｔ２とその期間よシ短かいＴ３の期間とを有す
る垂直同期信号Ｖ　Ｄ　ｌが撮像装置４０に与えられる
。その結果、映像出力としてはｒ４期間受光した映像Ｂ
とτ５期間受光した映像Ｃとが得られる。ところで、最
近の画像処理装置は、外部からの映像を一担画像メモリ
と呼ばれるディジタルメモリ上に格納し、その内容を処
理して画面上に表示したシすることが多い。

したがって、起動開始のパルスを画像処理装置に入力す
ると、自動的に１フイ一ルド分の映像信号を前記画像メ
モリに格納するまで動作するようになっている。このよ
うな場合、画像処理装置９０の同期信号として垂直同期
信号Ｖ　Ｄ　Ｚを与えることこのパルスから１画面分の
読出し期間τ５の映像信号（Ｂ）だけを自動的に取シ出
し処理することができる。このような構成にすると、シ
ャッタ機能での開放時間と同等なＴ３の期間を極端に大
きくすることもでき、シャッタ期間を任意に設定できる
効果がある。

なお、前記実施例ではフレーム転送方式のＣＯＤを使用
したが　インターライン転送方式でも同様の効果がある
。また、撮像装置に印加する垂直周期信号のパルスの数
は２個とは限らず、複数個発生させその中からｌｌｐ定
のパルス間隔時間内に受光した画像のみ抽出してもかま
わない。

〔発明の効果〕

本発明によｒ［ば、′電荷転送デバイスを用いた固体撮
像装置に、複数個のパルスを有する垂直同期信号を印加
することによシ、シャッタ機構の開放時間に相当する電
荷蓄積時間を可変に出来、一般の外部同期型の撮像装置
を改造することなく、移動中の物体の静止画像を鮮明に
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる固体撮像装置の全体ブロック
構成図、第２図は本発明にかかる画像信号抽出のタイム
チャート、第３図は、フレーム転送方式のＣＯＤの模式
図、第４図は、従来の画像信号抽出のタイムチャート、
第５図は、本発明にかかる画像信号抽出を表わす詳細図
、第６図は、本発明の他の実施例にかかる固体撮像装置
の全体ブロック構成図、第７図は他の実施例にかかる画
像信号抽出のタイムチャートである。 １０・・・ＣＯＤ、１１・・・受光部、１２・・・蓄積
部、５０・・・信号処理装置、６０・・・映像信号処理
装置、８０・・・信号処理装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、受光部と蓄積部を有し、該受光部は受光量に比例し
   た電荷信号を発生させると共に、該電荷信号を蓄積部に
   転送し、該蓄積部は電荷信号を映像信号として転送する
   電荷転送デバイスを用いた固体撮像装置において、前記
   固体撮像装置に印加する垂直同期信号の所定の１周期内
   に、パルスを複数個有する同期信号を発生させ、該周期
   信号を垂直同期信号として前記固体撮像装置に印加し、
   該パルスの間隔時間内に受光した画像を撮像することを
   特徴とする固体撮像装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の固体撮像装置において
   、複数個のパルスの間隔を所定の１周記内で任意に可変
   とする固体撮像装置。