KR100422113B1 - 고체촬상장치및이것에탑재한비디오카메라 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은, 형광등하에서 발생하는 휘도플리커 및 크로마플리커를 억압 가능한 고체촬상장치를 제공하는데 있다.
그 구성은, 센서부에서 광전변환된 신호전하를 일시적으로 축적가능한 스트레 이지부를 가지며, 전자셔터 동작이 가능한 CCD고체촬상소자(13)와, 이 CCD고체촬상소자(13)에 대하여 1필드당 복수회(예를들면, 3회)의 노광기간을 설정하기 위한 셔터펄스(XSUB) 및 이 복수회의 노광기간에서 센서부에 축적된 각 신호전하를 스트레이지부에 독출하기 위한 독출펄스(XSG)를 부여하는 타이밍발생회로(14)와를 구비하는 구성으로 한다.

Description

고체촬상장치 및 이것을 탑재한 비디오카메라
본 발명은 고체촬상장치 및 이것을 탑재한 비디오카메라에 관하여, 특히 전자셔터동작이 가능한 고체촬상소자를 사용한 고체촬상장치 및 이것을 탑재한 비디오카메라에 관한 것이다.
고체촬상소자에는, 센서부에 있어서의 신호전하의 축적시간(노광시간)의 제어가 가능한 소위 전자셔터기능을 가지는 것이 있다. 그 기본원리는 센서부에 있어서 신호전하(광전하)의 독출을 행하기 직전의 소망기간만 신호전하의 축적을 행하고, 그 이전의 신호전하를 별도의 장소(예를들면, 기판)에 쓸어버린다는 것이다. 그 타이밍차트를 제 7도에 나타낸다. 수직동기신호(VD)에 동기한 타이밍으로 신호전하를 센서부에서 수직전송 레지스터에 독출하는바, 그 독출타이밍에서 소급된 어느 시기(노광타이밍)에, 그 이전에 센서부에 축적된 신호전하를 예를들면 기판에 쓸어버리기 위해 셔터펄스를 기판에 인가한다. 이 노광타이밍에서 독출타이밍까지의 기간이 노광기간(노광시간)이 된다.
그런데 전자셔터 동작이 가능한 고체촬상소자를 사용한 종래의 고체촬상장치에서는, 정상적으로 밝기가 변화하지 않는 광원하에서 촬상한 경우에는 문제없으나, 예를들면 형광등과 같이 주기적인 발광특성을 갖고 또 고체촬상소자의 노광주기와 동기하고 있지 않은 광원하에서 촬상한 경우에는, 일예로써 100Hz로 발광하고 있는 형광등과 60Hz로 노광동작하고 있는 고체촬상소자의 조합을 예로들면, 제 8도에 나타내는 바와같은 플리커(flicker)가 발생하게 된다. 즉 형광등의 발광주기는 10ms이며, 60Hz의 노광동작의 1주기는 16. 7ms인데서 이들의 최소공배수는 50ms가되고, 제 9도에 나타내는 바와같이 3회의 노광동작으로 양자의 관계는 원래대로 되돌아간다. 따라서 노광기간의 종류로써는 3종류가 되고, 이들의 사이에서 고체촬상소자의 출력신호레벨이 다르다는 것이, 20Hz의 플리커(휘도플리커)가 발생하는 원인으로 되어 있다.
이 휘도플리커는 셔터스피드가 빨라지면 빨라질수록 현저하게 되고, 화면상이 가물거림으로써 화질을 현저히 열화시키는 것이다. 100Hz로 발광하고 있는 형광등과 60Hz의 노광동작을 하는 고체촬상소자(NTSC/EIA)의 조합의 경우에는, l/100초의 전자셔터가 플리커 가압에 유효하다는 것은 주지의 사실이다. 그러나 이 경우는, 전자셔터를 이용한 노광제어는 불가능하게 된다.
일반적으로 형광등은 그 발광타이밍에 의존하여 색온도가 현저하게 다르다. 즉, 제 8도에 나타내는 A, B, C의 신호가 얻어지는 각 노광기간에서는 형광등은 각각 다른 색온도로 발광하고 있다. 이때문에 컬러시스템에 있어서는 크로마(chroma)신호의 플리커(크로마플리커)가 발생하게 되기 때문에, 각 필드 사이에서 화이트밸런스가 어긋난 화상이 되고, 그 화질을 현저히 열화시킨다. 이들은 형광등의 발광주파수에 대하여 노광동작의 주파수가 낮은 까닭에, 그 반환성분이 저역으로 나타나고 있기 때문이다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이룬것이며, 그 목적으로 하는바는 형광등아래에서 발생하는 휘도플리커 및 크로마플리커를 억압가능한 고체촬상장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 고체촬상장치는 센서부에서 광전변환된 신호전하를 일시적으로 축적가능한 저장부를 가지며, 전자셔터 동작이 가능한 고체촬상소자와 이 고체촬상소자에 대하여 l필드당 복수회의 노광기간을 설정하기 위한 셔터펄스 및 이 복수회의 노광기간에서 센서부에 축적된 각 신호전하를 저장부에 독출하기 위한 독출펄스를 부여하는 타이밍발생회로와를 구비하는 구성으로 되어 있다.
상기 구성의 고체촬상장치에 있어서, 타이밍발생회로에서 고체촬상소자에 부여하는 셔터펄스의 발생타이밍을 제어하는 것으로, 고체촬상소자의 노광기간을 1필드당 1회가 아니고, 복수회로 설정한다. 그리고 이 복수회의 노광기간에서 센서부에 축적된 각 신호전하를, 각 노광기간의 경과후에 타이밍발생회로에서 고체촬상소자에 독출펄스를 부여하는 것으로 저장부에 독출한다. 이것에 의해 각 노광기간의 신호전하가 저장부에서 가산되고,그런후 전송되어서 출력된다.
(실시예)
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
제 1도는 본 발명의 일실시예를 나타내는 구성도이다. 제 1도에 있어서 피사체로 부터의 빛은 렌즈(11)에 의해 거둬들여져서, 광학필터(12)를 거친 후 CCD고체 촬상소자(13)의 이미지부에 입사한다. 이 CCD고체촬상소자(13)는 타이밍발생회로(14)에서 발생되는 각종의 타이밍신호에 의거해서 구동회로(15)에 의해 구동된다. CCD고체촬상소자(13)의 CCD출력신호는, 신호처리회로(16)에서 각종의 신호처리가 실시된 후 비디오출력으로써 도출된다.
타이밍발생회로(14)로부터는 CCD고체촬상소자(13)에 대하여, 센서부에 축적된 신호전하를 수직전송레지스터에 독출하기 위한 독출펄스(XSG), 센서부에 축적된 신호 전하를 예를들면 기판에 쓸어버리기 위한 셔터펄스(XSUB), 수직전송 레지스터를 예를들면 4상 구동하기 위한 수직전송클럭(φVl∼φV4), 수평전송 레지스터를 예를들면 2상 구동하기 위한 수평전송클럭(φH1,φH2) 등의 각종 타이밍신호가 발생된다.
여기서 일예로써, 100Hz의 형광등과 60Hz의 노광동작을 반복하는 CCD고체촬상 소자와의 조합을 예로 들어 설명하면, 종래의 기술에서는 l필드에 대하여 1노광기간 이었는데 대하여, 본 실시예에서는 타이밍발생회로(14)에 있어서 셔터펄스(XSUB) 및 독출펄스(XSG)의 발생타이밍을 제어함으로써, 1필드당 복수회로 나누어서 노광시간을 설정하는 것으로 한다. 또한 1필드기간의 토탈노광시간이 종래의 기술과 같아지도록 각각의 셔터스피드를 조정하는 것도 가능하다. 본 실시예에서는 일예로써, l필드당 3회의 노광기간으로 분할하는 것으로 한다.
이와같이, 1필드의 사이의 노광기간을 복수로 분할하여 설정함으로써, 제 2도의 타이밍차트에 나타내는 바와같이 형광등의 발광타이밍의 몇 포인트에 걸쳐서 노광하기 때문에, 얻어지는 CCD출력신호는 각 포인트의 발광휘도, 발광색 온도를 평균화한 결과의 정보로 되고, 각 필드간의 CCD출력신호의 레벨차를 작게할 수 있다.
따라서 특히 고속의 전자셔터 동작시에 형광등을 촬상하는 경우에 있어서,종래의 기술에서 문제로 되어 있었던 샘플링주파수가 낮은 것에 기인하는 휘도정보의 반환, 크로마정보의 반환을 경감할 수 있으므로, 휘도플리커 및 크로마플리커가 억압된다.
또한 본 실시예에서는, 1필드의 노광시간을 3회로 분할하는 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 적용범위는 이것에 한정되는 것이 아니고, 분할수를 늘림으로써 휘도플리커 및 크로마플리커를 더욱 억압할 수 있게 된다. 또 본 실시예에 있어서는 60Hz로 동작하는 CCD고체촬상소자와 100Hz로 발광하는 형광등의 조합을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 적용범위는 이 조합에 한정되는 것이 아니다.
그런데. 상기 실시예를 실현하는데는, 1필드기간에 있어서 복수회에 절쳐서 독출된 신호전하를 보태서 합칠 필요가 있고, 그를 위해서는 CCD고체촬상소자가 센서부에서 독출된 신호전하를 일시적으로 축적하는 것이 가능한 축적기능을 갖는 것이 전제가 된다. 이하에 그 구체예에 대하여 설명한다. 먼저 CCD고체촬상소자(13)로써 프레임 인터라인전송(FIT)형의 것을 이용한 경우의 구체예를 제 3도에 나타낸다.
제 3도에 있어서, 행방향(수직방향) 및 열방향(수평방향)에 매트릭스형으로 배열되고 또 입사광을 그 광량에 따른 전하량의 신호전하로 변환하여 축적하는 복수개의 센서부(31)와, 이들 센서부(31)의 수직열마다 배열되어서 각 센서부(31)에서 독출된 신호전하를 수직전송 레지스터(32)에 의해 이미지부(33)가 구성되어 있다. 이 이미지부(33)의 도면상의 하측에는 이미지부(33)의 복수개의 수직전송 레지스터(32)에 각 열마다 연속한 복수개의 수직전송 레지스터(34)로 되는 저장부(35)가 설치되어 있다. 또한 이미지부(33)에서는 센서부(31)의 개구부를 제외하고 알루미늄 등으로 되는 차광막에 의해 덮여져 있으나, 저장부(35)에서는 그 전면이 차광막에 의해 덮여져 있다.
이미지부(33)에 있어서, 센서부(31)에서의 광전변환에 의해 얻어진 신호전하는, 수직전송 레지스터(32)에 독출되고 또 당해 레지스터(32)에 의해 저장부(35)에 고속 전송된다. 저장부(35)에 전송된 신호전하는 수직전송 레지스터(34)에 의해 1라인에 상당하는 부분씩 수평전송 레지스터(36)에 고속 전송된다. 이 1라인분의 신호전하는 수평전송 레지스터(36)로 순차 수평전송된다. 수평전송 레지스터(36)의 출력측에는 플로팅·디퓨젼·앰프 등으로 되는 전하검출부(37)가 설치되어 있다. 이 전하 검출부(37)는 수평전송레지스터(36)에 의해 전송되어 온 신호전하를 신호전압으로 변환하여 CCD출력신호로써 출력한다.
다음에 상술한 일 구체예에 있어서의 노광동작에 대하여, 제 4도의 타이밍차트를 참조하면서 설명한다. 먼저 센서부(31)에 있어서 광전변환된 신호전하는, 기판에 고레벨의 셔터펄스(XSUB)가 인가됨으로써 기판에 쓸어버려진다. 단, 설정된 노광 기간에 있어서는 셔터펄스(XSUB)가 저레벨이 됨으로써, 광전변환된 신호전하는 센서부(31)에 축적된다. 그렇게 하여야 할 노광기간을 거친후 독출게이트부(도시생략)에 독출펄스(XSG)가 인가됨으로써, 신호전하는 센서부(31)에서 수직전송 레지스터(32)에 독출된다. 다시 셔터펄스(XSUB)가 고레벨이 됨으로써, 불필요한 신호전하의 기판으로의 쓸어버리는 동작이 개시되고, 상기 동작이 복수회(본 예에서는, 3회)반복된다.
이것에 의해, 노광기간(1~3)에 있어서 각각 센서부(31)에 축적되고, 3회의 독출동작에 의해 센서부(31)에서 수직전송 레지스터(32)에 독출된 신호전하는 수직전송 레지스터(32)에 있어서 가산된다. 1필드 거친 데서 수직전송 레지스터(32, 34)를 구동하는 수직전송클럭(φVl∼φV4)의 주파수가 통상 전송시의 주파수보다도 높아지는 것으로, 신호전하는 수직전송 레지스터(32)에서 저장부(35)에 고속 전송되고, 다시 순차로 수평전송 레지스터(36)에 보내지고, 수평전송된 CCD출력신호로써 도출된다.
한편, 이 기간에 있어서 센서부(31) 및 수직전송 레지스터(32)에서는, 다음 필드의 신호전하의 쓸어버림, 축적의 동작이 행하여진다. 이상의 일련의 동작에 .의해 1 필드 사이에서 복수회로 나눈 노광동작이 실현된다.
다음에, CCD고체촬상소자(13)로써, 센서부에 인접하여 저장부를 가지는 구조의 것을 이용한 경우의 구체예를 제 5도에 나타낸다. 제 5도에 있어서 매트릭스형으로 배열된 복수개의 센서부(51)의 각각에는, 각 센서부(51)에서 광전변환되고 또 축적된 신호전하를 일시적으로 축적하는 저장부(52)가 인접하여 설치되어 있다. 이 저장부(52)에 일시적으로 축적된 신호전하는 도시하지 않은 독출게이트부를 거쳐서 수직전송 레지스터(53)에 독출된다. 이 센서부(51), 저장부(52) 및 수직전송 레지스터(53)에 의해 이미지부(54)가 구성되어 있다. 이 저장부(52)를 센서부(51)에 인접하여 설치한 구조의 CCD촬상소자로써는, 일본 특개평2-56l82호공보에 개시된 것을 이용할 수 있다.
이미지부(54)에 있어서, 수직전송 레지스터(53)에 독출된 신호전하는 수평블랭킹(귀선소거)기간의 일부에서 1라인에 상당하는 부분씩 순서대로 수직방향으로 전송된다. 이 이미지부(54)의 도면상의 하측에는 복수개의 수직전송 레지스터(53)에서 1 라인에 상당하는 신호전하가 순차 전송되는 수평전송 레지스터(55)가 배치되어 있다.
수평전송 레지스터(55)에 전송된 1라인분의 신호전하는 수평블랭킹기간의 수평주사기간에 있어서 순차 수평방향으로 전송된다. 수평전송 레지스터(55)의 출력측에는 플로팅·디퓨젼·앰프 등으로 되는 전하검출부(56)가 설치되어 있다. 이 전하검출부(56)는 수평전송 레지스터(55)에 의해 전송되어 온 신호전하를 신호전압으로 변환하여 CCD출력신호로써 출력한다.
다음에, 상술한 다른 구체예에 있어서의 노광동작에 대하여, 제 6도의 타이밍차트를 참조하면서 설명한다. 먼저 센서부(51)에 있어서 광전변환된 신호전하는, 기판에 고레벨의 셔터펄스(XSUB)가 인가됨으로써 기판으로 쓸어버려진다. 단, 설정된 노광기간에 있어서는 셔터펄스(XSUB)가 저레벨이 됨으로써, 광전변환된 신호전하는 센서부(51)에 축적된다. 그렇게 하여야 할 노광기간을 거친 후, 독출게이트부(도시생략)에 독출펄스(XSG1)가 인가됨으로써, 신호전하는 센서부(51)에서 저장부(52)에 독출된다.
이 독출된 신호전하는 저장부(52)에 일시적으로 축적된다. 다시 셔터펄스(XSUB)가 고레벨이 되는 것에서, 불필요한 신호전하의 기판에의 쓸어버리는 동작이 개시되고, 상기 동작이 복수회(본 예에서는, 3회) 반복된다. 이것에 의해 노광기간(1∼3)에 있어서 각각 센서부(51)에 축적되고, 3회의 독출동작에 의해센서부(51)에서 저장부(52)에 독출된 신호전하는 저장부(52)에 있어서 가산된다. 그리고 l필드 경과한 시점에서 독출게이트부(도시생략)에 독출펄스(XSG2)가 인가됨으로써, 저장부(52)에서 가산축적된 신호전하는 수직전송 레지스터(53)에 독출되고, 다시 순차로 수평전송 레지스터(36)에 보내지고, 수평전송 되어서 CCD출력신호로써 도출된다. 이상의 일련의 동작에 의해 1필드 사이에서 복수회로 나눈 노광동작이 실현된다.
또한 본 발명의 적용범위는, 상기 각 구체예에 나타낸 구조의 CCD고체촬상소자에의 적용에 한정되는 것이 아니고, 센서부에서 광전변환한 신호전하를 일시적으로 축적하여 놓는 구조의 고체촬상소자라면 적용가능하다.
이상 설명한 바와같이 본 발명에 의하면, 센서부에서 광전변환된 신호전하를 일시적으로 축적가능한 저장부를 가지며, 전자셔터 동작이 가능한 고체촬상소자를 이용하여 l필드당 복수회로 나누어서 노광기간을 설정하고, 형광등의 발광타이밍의 몇 포인트에 걸쳐서 노광하도록 함으로써, 고체촬상소자의 각 필드간의 출력신호의 레벨차를 작게하는 것이 가능하기 때문에, 휘도플리커 및 크로마플리커를 억압할 수 있게 된다.
제 1도는 본 발명에 관계되는 비디오카메라의 일실시예를 나타내는 구성도이다.
제 2도는 본 발명의 일실시예에 관계되는 타이밍차트이다.
제 3도는 본 발명의 일구체예에 사용되는 CCD고체촬상소자의 구성도이다.
제 4도는 일구체예에 관계되는 타이밍차트이다.
제 5도는 본 발명의 다른 구체예에 사용되는 CCD고체찰상소자의 구성도이다.
제 6도는 다른 구체예에 관계되는 타이밍차트이다.
제 7도는 전자셔터의 동작을 설명하기 위한 타이밍차트이다.
제 8도는 종래예에 관계되는 타이밍차트이다.
제 9도는 형광등의 발광주기와 CCD고체촬상소자의 노광동작의 관계를 나타내는 타이밍차트이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
13. CCD고체촬상소자 14. 타이밍
16. 신호처리회로 31,51. 센서부
32,53. 수직전송 레지스터 33,54. 이미지부
35,52. 저장부 36,55. 수평전송 레지스터

Claims (3)

  1. 센서부에서 광전변환된 신호전하를 일시적으로 축적가능한 저장부를 가지며, 전자셔터 동작이 가능한 고체촬상소자와,
    상기 고체촬상소자에 대하여 1필드당 복수회의 노광기간을 설정하기 위한셔터펄스 및 상기 복수회의 노광기간에서 상기 센서부에 축적된 각 신호전하를 상기 저장부에 독출하기 위한 독출펄스를 부여하는 타이밍 발생회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  2. 센서부에서 광전변환된 신호전하를 일시적으로 축적가능한 저장부를 가지며, 전자셔터 동작이 가능한 고체촬상소자를 이용하여 1필드당 복수회의 노광기간을 설정가능한 고체촬상장치와,
    상기 고체촬상소자의 이미지부에 대하여 입사광을 인도하는 광학계를 구비하는 것을 특징으로 하는 비디오카메라.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 저장부는 1필드 동안 불연속의 노출기간동안의 신호량을 축적하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
KR1019960011108A 1995-04-24 1996-04-13 고체촬상장치및이것에탑재한비디오카메라 KR100422113B1 (ko)

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