JP3346802B2 - ビデオカメラの受光装置 - Google Patents

ビデオカメラの受光装置

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九州日本電気株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ビデオカメラの受光装
置に係り、特に固体撮像素子を用いたビデオカメラの受
光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】映像を含む光を電気信号に変換し、この
電気信号を記録することにより映像を記録する装置とし
てビデオカメラがある。このビデオカメラでは、入力し
た映像を含む光を電気信号に変換する受光装置として、
固体撮像素子である電荷転送素子(CCD)が使用され
ている。図4はCCDを使用した従来の受光装置の構成
を示す構成図であり、同図において、301はCCD、
306はCCD301を制御するCCDドライバ/クロ
ック発生部、308は映像を含んだ光である。映像を含
んだ光308は、レンズ(図示せず)などによりCCD
301上に結像し、CCD301で光電変換され、電気
信号として図5に示すように出力される。この信号の最
大振幅と最小振幅がホワイトレベルとブラックレベルの
範囲を示し、ホワイトレベルとブラックレベルの間の所
定の出力信号値を各画素の輝度として後段回路で判断す
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の受光装置は以上
のように構成されていたので、CCDの各受光セルの微
細化を進めようとすると、有効受光面積が減少してCC
Dからの出力信号のレベルが低下し、これに伴ってS/
N比も低下するという問題があった。また、各セルの電
荷転送の高速化を進めることは、電子の蓄積時間を減少
させるため、上述と同様にCCDからの出力信号のレベ
ルが低下し、やはりこれに伴ってS/N比も低下すると
いう問題があった。したがって、これら出力の低下とこ
れに伴うS/N比の低下がCCDにおける受光セルの微
細化やCCDの高速化を進める上で制約条件となってい
た。出力は増幅すれば大きくなるが、CCDの出力信号
の中には光信号を電気信号に変換する時点で発生してい
るCCDの物理的な特性がノイズも含まれており、受光
セルの微細化などにより低下したCCDからの出力信号
自体を増幅しても、そのノイズまで増幅してしまいS/
N比は改善できなかった。
【0004】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたもので、CCDの物理的な特性による
ノイズを減少させ、S/N比のよい信号を取り出せるよ
うにすることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】以上のような問題点を解
決するために、この発明では、同一の光を第1の光と第
2の光とに分ける分光器と、第1の光を受光して電気信
号に変換する第1の固体撮像素子と、第2の光を受光し
て電気信号に変換する第2の固体撮像素子と、第1の固
体撮像素子が出力する電気信号を位相反転する位相反転
手段と、この位相反転手段により位相反転された電気信
号と第2の固体撮像素子が出力する電気信号とを同期し
差動的に加算合成する信号処理手段とを備えたことを
特徴とする。
【0006】
【作用】第1と第2の固体撮像素子からの信号は同期の
とれた状態で加算合成されるので大きな振幅となるが、
その信号成分の中でノイズのような同期性が無いものは
加算されない。
【0007】
【実施例】以下、この発明の1実施例を図を参照して説
明する。 (実施例1)図1は、この発明の1実施例であるビデオ
カメラの受光装置の構成を示す構成図である。図1にお
いて、101は2次元の光学像から1次元の電気信号を
取り出すために光電変換をする第1のCCD、102は
第1のCCDと同一の特性を有する第2のCCD、10
3は撮影する映像を含んだ光(2次元の光学像)を2つ
に分光し、第1,第2の各CCD101,102に分配
する分光器、104は第1のCCD101からの光電変
換信号の位相を反転するインバータ、105はインバー
タ104からの反転信号と第2のCCD102からの光
電変換信号とを合成する信号処理部、106はクロック
発生回路,タイミング回路及びCCDドライバなどを有
し、第1のCCD101と第2のCCD102とを駆動
するためのCCD駆動部、107は信号処理部105で
合成した信号を映像信号にするエンコーダである。な
お、108は映像を含んだ光、108aは光108が分
光器103により分光されCCD101に入射する第1
の分光光、108bは光108が分光器103により分
光され第2のCCD102に入射する第2の分光光であ
る。
【0008】つぎに、このビデオカメラの受光装置の動
作を説明する。まず、ビデオカメラの光学系レンズ(図
示せず)を通過してきた光108は、分光器103で2
方向に分かれ、第1及び第2のCCD101,102の
表面に到達する。第1のCCD101に到達した第1の
分光光108aは、光電変換されて電気信号Aとして出
力され、次いでインバータ104により位相が反転され
た反転信号A’となり信号処理部105に入力する。一
方、第2のCCD102に到達した第2の分光光108
bは、前述と同様に、光電変換されて電気信号Bとして
出力され、この場合は、そのまま信号処理部105に入
力する。
【0009】第1のCCD101と第2のCCD102
は、同一のCCD駆動部106により駆動されているの
で、第1のCCD101から出力されインバータ104
で位相反転された反転信号A’と第2のCCD102か
ら出力された光電変換信号Bは、図2(a)に示すよう
に、振幅は逆相になっているがタイミングは同期した信
号である。これらの各信号は信号処理部105で差動的
に加算合成され、その加算合成された信号が図2(b)
に示すものであり、全体の出力信号はホワイトレベルと
ブラックレベルの間で2倍となり、これに対応してホワ
イトレベルとブラックレベルの間のレンジも2倍とな
る。ここで、信号処理部105に入力する2つの信号に
含まれるCCD表面の物理的要因,熱電子によるノイズ
成分は、不規則に発生していてクロック信号に同期して
いるわけではないので、信号処理部105により加算さ
れてもその振幅が2倍になることはなく、出力信号の中
のこれらのノイズ成分は2倍に増加されるようなことは
ない。したがって、信号処理部105により合成された
出力信号は、S/N比が向上した信号となる。
【0010】(実施例2)ところで、CCDは映像を含
んだ光を取り込みこれを光電変換するが、この光を取り
込む時間を通常の1/60秒から1/500秒,1/1
000秒とすることで、動きの早い映像を取り込んだ際
の分解能を向上させることができる。これがビデオカメ
ラにおけるシャッター動作であるが、CCDに不要電荷
を掃き出すための電圧を印加して、常時CCDに蓄積さ
れている不要な電荷を除き、例えば1/500秒だけ映
像を含んだ光を取り込むことでシャッター動作が可能と
なる。
【0011】図3は、シャッター動作を行う場合のビデ
オカメラの受光装置の構成を示す構成図であり、109
は、CCD駆動部106aによって制御され第1のCC
D101と第2のCCD102をシャッター動作させる
ためのシャッター動作部であり、他は図1と同様であ
る。シャッター動作部109は、通常より数倍高い電圧
を第1のCCD101と第2のCCD102に所定の時
間だけ印加し、これにより蓄積されている電荷を掃引
し、光電変換する時間を短くして映像を含んだ光を取り
込む。これにより、動画のブレが減少し分解能が向上す
るが、取り込む光の量が減少するので感度が低下する。
しかし、実施例1で説明したように、この実施例2にお
いても、第1のCCD101からの光電変換信号Aをイ
ンバータ104で位相反転し、この位相反転信号A’と
第2のCCD102から出力される光電変換信号Bとを
信号処理部105で差動的に加算合成しているので、シ
ャッター動作によって起こる出力信号レベルの低下を改
善し、加えて、S/N比も改善することができる。
【0012】(実施例3)なお、上記実施例1では、第
1のCCD101から出力される光電変換信号をインバ
ータ104により位相反転し、それを第2のCCD10
2から出力される光電変換信号Bと合成していたが、こ
れに限るものではなく、第1のCCD101からの光電
変換信号Aを位相反転せず、第2のCCD102から出
力される光電変換信号Bと合成するようにしてもよい。
この場合は、図1においてインバータ104を除き、信
号処理部105を第1のCCD101からの信号Aと、
第2のCCD102からの信号Bとを同期して加算合成
する信号処理部105aとすればよい。
【0013】なお、図3の実施例2においても実施例3
と同様のことが可能であり、図2においてインバータ1
04を除き、信号処理部105を第1のCCD101か
らの信号Aと第2のCCD102からの信号Bとを加算
合成する信号処理部105aとしてもよい。
【0014】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、固体撮
像素子表面の物理的な特性による光電変換時の電気信号
のノイズを増加すること無く、光電変換した信号のみを
増幅できるので、S/N比を改善することが可能とな
り、理論的にはS/N比を1.4倍程度にまですること
ができる。したがって、ビデオカメラで暗い場所を撮影
する場合やシャッター動作をする場合など取り込む光の
量が少ない場合でも、S/N比が向上しているので、ノ
イズを増やすこと無く光電変換した信号を増幅でき、感
度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の1実施例であるビデオカメラの受光
装置の構成を示す構成図である。
【図2】信号処理手段の信号処理における信号の変化を
示す説明図である。
【図3】この発明の他の実施例であるビデオカメラの受
光装置の構成を示す構成図である。
【図4】従来のビデオカメラの受光装置の構成を示す構
成図である。
【図5】図5に示す固体撮像素子の出力信号レベルを示
す波形図である。
【符号の説明】
101 第1のCCD 102 第2のCCD 103 分光器 104 インバータ 105 信号処理部 106 CCD駆動部 107 エンコーダ 108 光 108a 第1の分光光 108b 第2の分光光

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同一の光を第1の光と第2の光とに分け
    る分光器と、 前記第1の光を受光して電気信号に変換する第1の固体
    撮像素子と、 前記第2の光を受光して電気信号に変換する第2の固体
    撮像素子と、 前記第1の固体撮像素子が出力する電気信号を位相反転
    する位相反転手段と、 この位相反転手段により位相反転された電気信号と前記
    第2の固体撮像素子が出力する電気信号とを同期して
    動的に加算合成する信号処理手段とを備えたことを特徴
    とするビデオカメラの受光装置。
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