JPS63308484A - 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】 （産業上の利用分野〕 本発明は、固体撮像装置に関し、特に走査周期と照明の
点灯周波数の非同期によって生ずるフリッカ−現象を解
消した固体撮像装置を提供するものである。

〔従来の技術） 集積回路を中心とする固体デバイス技術の大きな発展の
中で、撮像素子の固体化も急速に進んでいる。固体撮像
装置にも、光電変換、蓄積、走査の基本的な３機能が必
要であるが、走査には、撮像管のように電子ビームを使
わず、回路的にパルスを送ってモザイク状に独立した画
素をつきつぎにスイッチしていく。このように画素の配
列が固定されていて、パルスの送り時間がクロックでき
っちりおさえられているので、光学系で生ずるひずみを
除けば図形ひずみは非常に少ない。したかって、計測や
図形認識なと、幾何学的な精度か必要な用途には有利で
ある。また、固体撮像装置はＩＣのパッケージに入れら
れていて、小形軽量て丈夫であり、振動にも強く、低消
費電力で信頼性があるなとの特徴をもっている。

従来のこのような固体撮像素子は、特に日本においては
ＮＴＳＣ標準テレビ方式に準拠しているので、固体撮像
素子の走査はｌ／６０秒周期で行われている。その場合
、従来のＭＯ５型固体撮像素子やインターライン型のＣ
ＣＤ（電荷結合素子）あるいはフレームトランスファー
型のＣＣＤでは、蓄積期間が１／６０秒もしくは１／３
０秒となっていた。一方、関東地方では電源周波数が５
０　ＩＩ　ｚであるので、照明（特に、蛍光灯）の点灯
周期と、固体撮像素子の走査周期が同期しないために、
２０１１ｚのフリッカ−が生じていた。このフリッカ−
現象は再生画面上では非常に気になる現象であり、特に
固体撮像素子の残像特性を改善すればするほど、フリッ
カ−が目立ってくるというやっかいな問題となっていた
。

ところが近年、１／６０〜１／１５７５０秒の間で自由
に信号蓄積時間を変えられるような固体撮像素子が開発
された。そのような固体撮像素子の代表的な構造例を第
６図及び第７図に示す。

第６図に示すものは蓄積時間可変型のＭＯ５型固体撮像
素子であるが、この固体撮像素子は掃き出し用の垂直シ
フトレジスタ１００と読出し用の垂直シフトレジスタ１
０１の２つの垂直レジスタを有しているのが特徴であり
、信号読出し走査に先行させて余剰な信号の掃き出し走
査を行っている。この先行走査により、各ホトダイオー
ド１０２は信号読出しの前に一度リセットされ再び信号
（電荷）の蓄積を開始する。したがって、素子出力に係
わる実効的な蓄積時間は、再び蓄積を開始した時点から
読出されるまでの時間、即ち画定査問の位相差となる。

この位相差は、２ケの垂直シフトレジスタ１００と１０
１の各スタートパルスのタイミングを互いに変えること
により可変となり、よってこの固体撮像素子によれば１
水平走査期間ｔ□を単位に容易に蓄積時間を変えること
が可能となる。

第７図はＦＩＴ（フレームインターライン転送）型ＣＣ
Ｄと呼ばれる構造の蓄積時間可変型のＣＣＤ型の固体撮
像素子を示し、第８図はそのＦＩＴ型ＣＣＤを用いて蓄
積時間を可変するためのタイミングを示す。このＦＩＴ
構造のＣＣＤでは水平ブランキング期間中に撮像部のフ
ォトダイオード１１０から垂直ＣＣＤＩＩＩに不要電荷
を移し、信号電荷の蓄積に入る。この間、撮像部の垂直
ＣＣＤＩＩＩに移された不要電荷は、ブランキング期間
および垂直ブランキング期間を利用してドレイン部１１
３へ掃き出される。一定の信号蓄積期間Ｔ３の後、フォ
トダイオード１１０の信号電荷は撮像部の垂直Ｃ（：Ｄ
ｌｌｌに移され、期間Ｔ２において蓄積部１１２ヘフレ
ーム転送される。蓄積部１１２へ移された信号電荷は１
ライン毎に読出しレジスタ１１４へ移され、順次外部へ
読出される。よって、このような構造のＣＣＤを用いた
場合も、１水平周期きざみて任意に蓄積期間を可変にす
ることができる。

このような蓄積期間を制御できる構造の固体撮像素子を
用いて、５０　Ｉｔ　ｚ地域でのフリッカ−現象を解消
することができ得る。すなわち、第９図に示すように、
固体撮像素子の蓄積時間を１／１００秒にすれば、５０
Ｈｚで蛍光灯が点灯されている場合でも、蓄積期間内で
は本図の斜線部で示されるように積分された光量はどの
フィールドでも一定になる。このことによって電源周波
数が５０Ｈｚの地域でのフリッカ−を除去することがで
きる。

（発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、このように蓄積時間を１７１００秒にす
ることによって電源周波数が５０Ｈｚの地域でのフリッ
カ−を除去することができるが、逆にフリッカ−の発生
の問題のない６０Ｈｚ地域でも蓄積時間を１７１００秒
とすると、１７６０秒の蓄積期間でも問題がないにもか
かわらず、蓄積時間を短くすることによって感度を低下
させてしまうということになる。だからといって、蓄積
時間の切換え用手動スイッチを設けるようにすることは
操作を煩雑にするだけで、スイッチの入れ忘れなど実用
上の問題がある。

本発明は、上述の問題点に鑑み、フリッカ−の発生の有
無に応じて自動的に蓄積時間を切換え、操作を煩雑にす
ることなくフリッカ−現象の発生の解消と高感度の維持
を図ることのできる固体撮像装置を提供することを目的
とする。

（問題点を解決するための手段） かかる目的を達成するため、本発明は駆動信号のタイミ
ングにより信号蓄積時間が可変となる固体撮像素子と、
固体撮像素子により撮像される被写体を照明する照明手
段の点灯周波数と固体撮像素子の走査周期との非同期に
よって生ずるフリッカ−を固体撮像素子へ入射する光量
変化に基いて検出するフリッカ−検出手段と、フリッカ
−検出手段によるフリッカ−の検出に応じて固体撮像素
子の信号蓄積時間をフリッカ−を生じさせない所定の信
号蓄積時間に切替える切替手段とを具備したことを特徴
とする。

〔作用） 本発明は、走査周期と照明の点灯周波数の非同期によっ
て生ずるフリッカ−をフリッカ−検出手段によって自動
的に検出し、この検出に応じて切替手段によりこのフリ
ッカ−を生じさせないようなタイミングで固体撮像素子
を駆動せしめるように蓄積時間を自動的に切替えるよう
にしたので、操作を煩雑にすることなく５０ｔｌｚ地域
におけるフリッカ−を除去し、かつ６０Ｈ２地域におい
ては感度を損わないようにし、また５　０　Ｈｚ地域に
おいてもフリッカ−が検出されないときは高感度モード
となる。

〔実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は本発明実施例の基本構成を示す。本図において
、ａは固体撮像素子であり、駆動信号のタイミングによ
り信号蓄積時間が可変となる。ｂはフリッカ−検出手段
であり、固体撮像差ａにより撮像される被写体を照明す
る照明手段ｄの点灯周波数と固体撮像素子ａの走査周期
との非同期によって生ずるフリッカ−を固体撮像素子ａ
へ入用する光量変化に基いて検出する。Ｃは切替手段で
あり、フリッカ−検出手段すによるフリッカ−の検出に
応じて固体撮像素子ａの信号蓄積時間をフリッカ−を生
じさせない所定の信号蓄積時間に切替える。

第２図は本発明の−実り凡例の回路構成を示す。

本図において、１は被写体の映像を結像するレンズ、２
は入射光量を調節する絞り、３は第６図または第７図に
示すような蓄積時間可変型の固体撮像素子、４は固体撮
像素子３を駆動するドライブ回路、５はドライブ回路４
の駆動タイミングを発生ずるタイミング発生回路である
。６は固体撮像素子３の出力信号を処理してビデオ信号
を出力する信号処理回路である。

７は固体撮像素子３の出力信号を１垂直走査期間積分す
る積分回路、８は積分回路７の出力を常に一定にするよ
うに絞り２を制御するオー１〜アイリス回路である。２
２は積分回路７の出力をＡ／Ｄ　（アナログ・ディジタ
ル）変換するへ／Ｄ変換回路、９はへ／Ｄ変換回路２２
てディジタル値に変換された積分値を１垂直走査期間毎
に記憶するメモリ、１０はへ／Ｄ変換回路２２から直接
得られる現フィールドの積分値とメモリ９に記憶されて
いる前フィールドの積分値との差をとる減算回路、１１
は減算回路１１の出力を１垂直走査期間毎に積算する積
算回路、１２は積算回路１１の出力をあらかじめ定めた
基準値発生回路１３の基準値と比較する比較回路である
。

１４はこの比較回路１２の動作に時間制限を与えるタイ
マー回路、１５はタイマー回路１４やタイミング発生回
路５等へ電源を供給する電源回路、および１６は電源回
路１５の開閉を行う電源スィッチである。

次に、第２図の木実施例の動作について説明する。以上
の構成において、電源スイッチ１６を投入すると、撮像
装置全体に電源が供給されるとともに、回路が安定する
のを待ってからタイマー回路１４がＯＮになり、比較回
路１２の比較動作が開始される。また、固体撮像素子３
の蓄積時間は投入時で、１７１０００秒程度の短秒時に
設定されている。

固体撮像素子３の出力は１垂直走査期間だけ積分回路７
に積分される。積分回路７の出力はオートアイリス回路
８に送られて、積分回路７の出力が常に一定になるよう
にオートアイリス回路８の制御信号により絞り２が制御
される。

また、積分回路７の１垂直走査期間内における積分結果
はＡ／Ｄ変換回路２２でディジタル値に変換され、メモ
リ９に記憶される。積分回路７のディジタル出力からメ
モリ９の読み出し出力が減算回路１０によって減算され
、その結果得られる１垂直走査期間毎の信号の積分値の
差が積算回路１１に積算される。

このとき、走査周期１７６０秒で１７１０００秒間信号
を蓄積した場合の電源周波数が５０Ｈｚだとすると、第
３図の波形Ａの鎖線部分で示すように、３Ｖ（垂直走査
期間）に１回毎に積分値は等しくなるが、１ｖ毎に積分
値は等しくならないので、積算回路１１にフリッカ−成
分が蓄積される。従って、積算回路１１の出力を比較回
路１２において基準値発生回路１３とタイマー回路１４
で定められた所定時間比較し、積算回路１１から得られ
る積算フリッカ−成分が基準値を超えたら、フリッカ−
が発生していると判断し、比較回路１２からの判定信号
によりタイミング発生回路５の出力タイミングを切替え
、ドライブ回路４を介して固体撮像素子３の蓄積時間を
１７１００秒に設定する。

一方、電源周波数が８０Ｈｚの場合には、走査周期１／
６０秒で１，７１０００秒蓄積としても第３図の波形Ｂ
の鎖線部分で示すように、積分回路７の出力は常に一定
となるので、後段の積算回路１１の出力も増加しない。

このため、タイマー回路１４で設定された時間内に比較
回路１２でフリッカ−成分は検出されない。従ってこの
場合は固体撮像素子３の蓄積時間はタイミング発生回路
５を通じて１７６０秒に設定される。

また、オートアイリス回路８は積分回路７の出力を常に
一定に保つように働くが、通常不自然感を除くために追
従時定数を十分長くとっているので、比較回路１２にお
けるフリッカ−成分の検出を妨げるようになことはない
。また、電源投入時には固体撮像素子３の蓄積時間は１
７１０００秒に設定されるが、フリッカ−の検出には数
秒とかからないので全く実用上問題は生じない。

第４図は本発明の他の実施例の回路構成を示す。本実施
例では、第２図のオートアイリス回路８と積算回路１１
との間に新たな比較回路１７と基準値発生回路１８とを
接続し、オートアイリス回路８の出力と基準値発生回路
１８のあらかじめ定めた基準値とを比較することによっ
て、オートアイリス回路８の出力に大きな変化があった
場合、すなわち被写体の明るさが大きく変わった時には
比較回路１７の出力により積算回路１１におけるフリッ
カ−の積算を１時的に禁止するようにした点が第２図の
実施例と異っている。この積算禁止機能によって、撮像
装置を移動したときに生じるような被写体の急激な明度
変化をフリッカ−として積算してしまうようなことがな
くなるので、フリッカ−の検出誤差が小さくなる利点が
得られる。

第５図はホワイトバランス用センサから光源の周波数を
検知するようにした本発明の更に他の実施例の回路構成
を示す。本図において、１９はホワイトバランス用に被
写体を照明する照明光の色温度を検出するホワイトバラ
ンス用センサであり、赤、緑、青色を検知する３つのセ
ンサを用いる場合と、赤と青とを検知する２つのセンサ
を用いる場合とがあるが、どちらを用いてもよい。２０
はホワイドバランス制御回路であり、ホワイトバランス
用センサ１９の出力から色温度を検出し、検出した色温
度に応じて信号処理回路６におけるＲ（赤）、Ｂ（青）
のゲインを制御することによってホワイトバランスを調
節する。

２１はサンプリング回路であり、１７６０秒に１回、例
えば１ｍｓの期間ホワイトバランス用センサ１９の出力
をサンプリングする。２２はサンプリング回路２１の出
力をＡ／Ｄ変換するへ／Ｄ変換回路であり、へ／Ｄ変換
回路２２の出力は積分回路７の出力に代ってメモリ９お
よび減算回路１０に供給される。また、タイミング発生
回路５から積算回路１１と比較回路１２にリセット信号
が出力される。

次に、第５図の本実施例の動作を説明する。サンプリン
グ回路２１によってホワイトバランス用センサ１９のい
ずれか１色の出力を１７６０秒に１回、１ｍｓ程度の期
間サンプリングし、そのサンプリング値をへ／Ｄ変換回
路２２でＡ／Ｄ変換後、メモリ９に記憶する。メモリ９
に記憶されたサンプリング値と、メモリ９に記憶される
前のサンプリング値との差な減算回路１０て減算するこ
とによって、１垂直走査期間毎の光量の変化をフリッカ
量として積算回路１１に積算していく。さらに、第４図
の実施例とほぼ同様にして積算回路１１から得られるフ
リッカ積算量を比較回路１２においてタイミング発生回
路５で定められたタイミング信号発生周期で基準値発生
回路１３の基準値と比較し、比較回路１２でフリッカ−
が検出されたと判定された場合には比較回路１２の切替
信号によりタイミング発生回路５、ドライブ回路４を介
して固体撮像素子３の蓄積時間を１７１００秒に設定す
る。

また、比較回路１２での判定が終ったと同時に、タイミ
ング発生回路５のリセッＩ・信号により積算回路１１の
＃清刺学羽キ積算結果をリセットする。

木実施例でのフリッカ−があるか否かの判定は、このよ
うに電源投入後のみならず、周期的に行われるので、例
えば撮影中にとつぜん蛍光灯が点灯されたような場合で
も、その際発生ずるフリッカ−を自動検出して蓄積時間
を自在に変更することがてきる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、木発明によれは、５０１１ｚ電源
の蛍光灯によるフリッカ−を自動的に検出して、固体撮
像素子の蓄積時間を自動的に１／１００秒に切換ること
によってフリッカ−な生じなくするとともに、フリッカ
−が検出されないと奸には自動的にその固体撮像素子の
蓄積時間を１７６０秒に切換えてフリッカ−が生じない
ような使用条件下においては常に高感度を保つようにし
たので、固体撮像装置の走査周期と照明の点灯周波数の
非同期によって生ずるフリッカ−現象がめんどうな手動
切替操作を行わずに解消されるとともに、フリッカ−が
生じないような使用条件下では常に高感度を保つことが
できるという顕著な効果か得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の基本構成を示すブロック図、 第２図は本発明の一実施例の回路構成を示すブロック図
、 第３図は電源周波数とフリッカ−検出時の蓄積期間との
タイミング関係を示す波形図、第４図は木発明の他の実
施例の回路構成を示すブロック図、 第５図は木発明の更に他の実施例の回路構成を示すブロ
ック図、 第６図は蓄積時間を可変にてきるＭＯ５型固体撮像素子
の概略回路構成を示す回路図、 第７図は蓄積時間を可変にてきるＣＣＤ型固体撮像素子
の概略回路構成を示す回路図、 第８図は第７図のＣＣＤ型固体撮像素子を用いて蓄積時
間を可変にする駆動タイミングの一例を示すタイミング
発生回路、 第９図は、第７図または第８図の固体撮像素子を用いて
１７１００秒信号蓄植体よるフリッカ−除去の原理を示
す波形図である。 １・・・レンズ、 ２・・・絞り、 ３・・・固体撮像素子、 ４・・・ドライブ回路、 ５・・・タイミング発生回路、 ７・・・積分回路、 ８・・・オートアイリス回路、 ９・・・メモリ、 １０・・・減算回路、 １１・・・積算回路、 １２．１７・・・比較回路、 １３．１８・・・基準値発生回路、 １４・・・タイマ回路、 １５・・・電源回路、 １９・・・ホワイトバランス用センサ、２０・・・ホワ
イトバランス制御回路、２１・・・サンプリング回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ａ）駆動信号のタイミングにより信号蓄積時間が可
   変となる固体撮像素子と、 ｂ）該固体撮像素子により撮像される被写体を照明する
   照明手段の点灯周波数と前記固体撮像素子の走査周期と
   の非同期によって生ずるフリッカーを前記固体撮像素子
   へ入射する光量変化に基いて検出するフリッカー検出手
   段と、ｃ）該フリッカー検出手段による前記フリッカー
   の検出に応じて前記固体撮像素子の前記信号蓄積時間を
   前記フリッカーを生じさせない所定の信号蓄積時間に切
   替える切替手段と を具備したことを特徴とする固体撮像装置。