JPS6248949B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、例えばCCDやBBD等のような電
荷蓄積形イメージセンサを用いた撮像装置に関す
る。

被測定物からの反射像、透過像あるいは輻射像
等を撮像し、その撮像信号をデイジタル化して出
力する撮像装置が、産業上種々の分野に広く利用
されるようになつてきた。このような撮像装置で
は、そこから出力されるデイジタル化信号に誤り
が含まれないようにするために、適当な感度調節
が必要である。この感度調節は、一般に電荷蓄積
形イメージセンサでは、その走査間隔すなわち走
査周波数を可変制御することによつて行なわれ
る。周波数を高くすれば、それだけ光量の蓄積時
間が短くなつて感度が低下し、反対に周波数を低
くすれば、蓄積時間が長くなつて感度が増大す
る。そこで、従来においては、その走査周波数を
撮像信号の平均レベルに基づいてフイードバツク
制御することが行なわれていた。いわゆる一種の
AGCである。しかしながら、イメージセンサに
て撮像される被測定像の態様は実に多様であり、
単に撮像信号の平均レベルに基づいて走査周波数
を制御するだけでは、必ずしも十分に誤検出を防
止することはできない。例えば、イメージセンサ
内の各絵素毎のセンサ部において、あるセンサ部
における受光量が多かつた場合、そのセンサ部に
蓄積された電荷の一部が近隣のセンサ部に漏れ出
るという現象が生じる。これにより、イメージセ
ンサから各センサ部毎に順次出力されてくる撮像
信号の波形は、その波形の端部が鈍つてくる。す
なわち、受光量のほとんどないセンサ部からその
受光量に相当する以上のレベルの信号が発せられ
るようになる。このような現象をブルーミングと
呼んでいるが、このブルーミング現象は、例えば
走査周波数を低くして感度を高めた場合、一部の
センサ部における受光強度が飽和レベルを越えた
ような場合あるいはセンサ全体が被測定物からの
輻射熱によつて影響を受けたような場合等に顕著
となる。ところが、従来の撮像装置では、撮像信
号をそのレベルの高低に応じてデイジタル化する
に際して、その撮像信号の平均レベルの変動に対
する考慮はなされているが、上記ブルーミング現
象の影響については、何らの対策もなされていな
かつた。このため例えば、撮像信号の平均レベル
が低いためにセンサの感度を自動的に高めると、
上記ブルーミングによつて生じさせられた暗出力
までもが誤まつて検出されてしまう恐れが非常に
大きくなる。

この発明は、以上のような背景を鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、上述した撮
像装置において、撮像信号をデイジタル化するに
際し、上記ブルーミングによる影響をも防止でき
るようにし、これにより誤検出を一層少なくし、
かつ常に正確なデイジタル化信号を得られるよう
にした撮像装置を提供することにある。

以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳述
する。

第１図はこの発明に係る撮像装置の一実施例を
示したもので、ここに示す装置では、先ず、電荷
蓄積型イメージセンサ１から出力される撮像信号
Vaを、Ａ／Ｄ変換器Ｃ１によつてそのレベルの
高低に応じた“Ｈ”と“Ｌ”の２値のデイジタル
信号Vdに変換するようになつている。Ａ／Ｄ変
換器Ｃ１は、撮像信号Vaが取り得るレベル範囲
の中間に位置する基準レベルTsを有する比較器
で構成される。さらに、上記撮像信号Vaを高低
２レベルの基準レベルTh，Tlとそれぞれ比較
し、高基準レベルThを越えた信号Vhに対する低
基準レベルTlを越えた信号Vlの割合に応じたレ
ベルを有する制御信号Vc１を発するように構成
された比較演算回路２を備えている。また、上記
イメージセンサ１の非露光部分１ａ，１ｂにおけ
る撮像信号Vb１，Vb２を抽出してそのピークレ
ベルを保持するサンプルホールド回路３を備えて
いる。そして、上記制御信号Vc１と上記サンプ
ルホールド回路３のホールド出力Vc２との加算
レベルVc３に基づいて上記イメージセンサ１の
走査周波数をフイードバツク制御するようにして
ある。

ここで、実施例についてさらに詳述すると、先
ず上記イメージセンサ１の受光面には、被測定物
４からの光像（可視あるいは可視外光による）が
光学系５によつて結像されるようになつている。
このとき、センサ１は、その全センサ部のすべて
が受光面としては使用されず、その片端部あるい
は両端部は光学的にマスキングされている。すな
わち、その部分に非露光部分１ａ，１ｂが設けら
れている。このような非露光部分１ａ，１ｂは意
識的に設けてもよいが、しかし一般のイメージセ
ンサには、製造上その他の理由により何らかの非
露光部分が生じている場合が多く、従つて、これ
をそのまま利用することもできる。センサ１は駆
動回路６によつて走査駆動される。その走査周波
数ｓはＶ／Ｆ（電圧／周波数）変換器７から与
えられる。各走査回毎にセンサ１から絵素単位で
順次出力されてくる撮像信号Vaは、アナログビ
デオ出力バツフア８およびケーブル９を介してコ
ントローラ部Ｂ側のインターフエイスであるアナ
ログ入力バツフア１０に送られる。なお、装置は
カメラ部Ａとコントローラ部Ｂとに分割されてお
り、カメラ部Ａにはセンサ１とその周辺装置が、
またコントローラ部Ｂには、上記Ｆ／Ｖ変換器７
およびその他の制御機能部がそれぞれ設けられて
いる。

入力バツフア１０を介してコントローラ部Ｂに
導入された撮像信号Vaは、上記比較演算回路２
および上記サンプルホールド回路３に分配され
る。比較演算回路２は、先ず比較動作を行なうた
めの２つのレベル比較器Ｃ２，Ｃ３を有する。一
方の比較器Ｃ２は上記高基準レベルThを、また
他方の比較器Ｃ３は上記低基準レベルTlをそれ
ぞれ有する。２種類のレベルTh，Tlはそれぞれ
ポテンシヨメータVR１，VR２によつて可変可能
に設定され、通常その設定値は上記Ａ／Ｄ変換器
Ｃ１の基準レベルTsの上側と下側に振り分けら
れる。各比較器Ｃ２，Ｃ３からの出力Vh，Vl
は、それぞれにＰ／Ｖ（パルス数／電圧）変換回
路１１ａ，１１ｂを通されてパルス数に比例した
レベルを有する電圧信号に変換された後、演算回
路１２に入力される。この演算回路１２では、上
記２つの信号Vh，Vlの比（Vl／Vh）を取つて、
これを上記制御信号Vc１として出力する。この
とき、両演算入力信号Vh，Vlは、常に除算可能
となるべく予め適当にバイアスされて、Vh≠
０、Vl≧Vhとなるように設定される。また、上
記制御信号Vc１には適当な係数が含まさせられ
るようになつている。

他方、上記サンプルホールド回路３は、実施例
では、センサ１の両端部に設けられた非露光部分
１ａ，１ｂからの空の撮像信号Vb１，Vb２を抽
出するために２つのサンプルホールド回路３ａ，
３ｂによつて構成されていて、両回路３ａ，３ｂ
によつて保持されたピークレベルが、加算回路３
Ｃを介して、上記ホールド出力Vc２として出力
される。このホールド出力Vc２も、図示はして
いないが、適当な係数が含ませられるようになつ
ている。

そして、上記制御信号Vc１と上記ホールド出
力Vc２とが加算増幅器１３によつて加算され、
この加算出力（Vc１＋Vc２）が上記Ｖ／Ｆ変換
器７の電圧入力となるのである。このとき、上記
センサ１の走査周波数ｓすなわち感度は、第２
図に示すように、上記加算出力のレベルVc３
（Vc３＝Vc１＋Vc２）の高低に応じて比例的に
変化する。

さてここで、先ず、第３ａ図の実線に示すよう
な撮像信号Vaが入力された場合は、上記制御信
号Vc１および上記ホールド出力Vc２の何れもが
低いので上記加算レベルVc３も低くなり、この
ため走査周波数ｓが低い方へ移動してセンサ１
が増感されるが、しかしこれによつて撮像信号
Vaの平均レベルが高くなつて上記低基準レベル
Vlの付近に達すると、上記比（Vl／Vh）が急に
増大して上記周波数ｓを高い方に移動させよう
とする動作が生じてくる。従つて、結局は、破線
で示すように、撮像信号Vaの平均レベルが低基
準レベルVlの付近で落ちつく点で上記周波数
ｏすなわち感度が安定化させられる。ここで、低
基準レベルVlを上記Ａ／Ｄ変換器Ｃ１の基準レ
ベルVsから余裕を持つて低くしておけば、上記
感度は、誤検出を防止し、かつノイズマージンを
確保するのに高過ぎもせず、かつ低過ぎもしない
最適状態に設定される。

次に、センサ１に被測定物が受像されて、第３
ｂ図に示すような鋭いエツジを伴なつた撮像信号
Vaが入力された場合は、上記比（Vl／Vh）が低
下して走査周波数ｓは低い方へ移動させられ、
結局、撮像信号Vaのレベルが、第３ｃ図に示す
ような誤検出を防止し、かつノイズマージンを確
保する上で最も妥当と認められるような状態にな
るべく、上記感度がフイードバツク制御される。

また、第３ｄ図の符号ａで示すような波形の撮
像信号Vaが入力された場合は、これを“Ｈ”と
“Ｌ”のデイジタル信号化するのに最も妥当と認
められる符号ｂで示すような撮像信号Vaが得ら
れるべく、上記感度が自動調節される。この場
合、符号ｃ，ｄで示すような波形とすることは、
感度の過小あるいは過大による誤検出の増大ある
いはノイズマージンの低下を招きやすくなる。特
に、符号ｄに示すような波形が得られる感度状態
では、ブルーミングによる信号出力が間違つて検
出されてしまう恐れが生じてくる。

次に、第３ｅ図に示すように、イメージセンサ
１をその感度レベルの飽和直前の状態で使用する
ために上記高基準レベルVhを高めに設定した
り、あるいは誤つて高基準レベルVhを高過ぎて
設定したりした場合等には、上述したブルーミン
グ現象が顕著になつて、これによる誤検出の恐れ
が現実のものとなつてくる。すなわち、図中の矢
印方向に漏れ出した電荷によつてレベルの高くな
つた部分までもが、上記Ａ／Ｄ変換器Ｃ１の基準
レベルVsを越えようとする。しかしこのような
場合には、その飽和レベルをもたらす被測定物の
像を上記非露光部分１ａあるいは１ｂに跨がらせ
るように位置させておけば、そのブルーミング現
象によつて生じた出力レベルの増加分は、上記ホ
ールド出力Vc２のレベルの増加をもたらし、こ
れが上記比（Vl／Vh）に代わつて上記加算出力
レベルＣ３を持ち上げ、これによりそのブルーミ
ング現象による誤検出が生ぜず、かつ感度が低過
ぎない程度に上記走査周波数ｓがフイードバツ
ク制御される。すなわち、ブルーミング現象に原
因する誤検出の恐れも、ここでは取り除けるので
ある。さらに、ブルーミング現象は、センサ１の
全体が受ける温度によつても顕著となるが、この
場合は、上記被測定物の像の位置等に係わりな
く、そのブルーミング現象の程度に応じた感度調
節が行なわれて、やはり誤検出を防止するのに最
適な感度状態が自動的に設定される。すなわち、
一種の温度補償が行なわれる。例えば、ホールド
出力Ｃ２の係数を選択することにより、例えば第
４ａ図に示すような温度によるブルーミングの影
響を受けた撮像信号Vaから、第４ｂ図に示すよ
うに、そのブルーミングの影響分を相殺した撮像
信号Vaが得られるようにすることもできる。

以上のように、この発明による撮像装置は、撮
像信号のデイジタル化に際して、その撮像信号の
レベルに応じて常に良好な動作状態を与えること
ができるとともに、ブルーミング現象による悪影
響を防止するのにも最適な動作状態を与えること
ができ、これにより誤検出の恐れをなくし、かつ
常に正確なデイジタル化信号を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による撮像装置の一実施例を
示す回路図、第２図はその一部の動作特性の一例
を示すための図、第３ａ図から第３ｅ図まではそ
れぞれ上記装置の動作例を示す波形図、第４ａ図
および第４ｂ図はそれぞれ上記装置の非動作例お
よび動作例を比較して示すための波形図である。 １……イメージセンサ、１ａ，１ｂ……非露光
部分、２……比較演算回路、３……サンプルホー
ルド回路、Ｃ１……Ａ／Ｄ変換器、７……Ｆ／Ｖ
変換器、Ｖ１……低基準レベル、Vh……高基準
レベル、Va……撮像信号、Vc１……制御信号、
Vc２……ホールド出力、Vc３……加算レベル、
Ｃ２，Ｃ３……比較器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電荷蓄積形イメージセンサから出力される撮
   像信号をそのレベルの高低に応じてデイジタル化
   する撮像装置において、上記撮像信号を高低２レ
   ベルの基準レベルとそれぞれ比較し、高基準レベ
   ルを越えた信号に対する低基準レベルを越えた信
   号の割合に応じたレベルを有する制御信号を発す
   るように構成された比較演算回路と、上記イメー
   ジセンサの非露光部分における撮像信号を抽出し
   てそのピークレベルを保持するサンプルホールド
   回路とを備え、上記制御信号と上記サンプルホー
   ルド回路のホールド出力との加算レベルに基づい
   て上記イメージセンサの走査周波数をフイードバ
   ツク制御するようにしたことを特徴とする撮像装
   置。