JPH0120594B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は固体撮像素子を用いた撮像装置に関す
る。

〔背景技術〕

近年、ビデオカメラとVTRを小型化した、所
謂ポータブルビデオの開発が盛んであるが、将来
的にはさらに一歩進んだ形態であるビデオカメラ
とVTRを一体化した８mmビデオが有力である。

このような電子機器の小型化は特に半導体技術
に大きく依存している。前述のビデオカメラの光
電変換部もこの様な半導体技術の進歩により撮像
管から固体撮像素子に置き変わろうとしている。
現在この固体撮像素子は撮像管に比べて多くの特
徴を有している。

即ち、固体デバイスであるがゆえに小型、低消
費電力、量産性、焼付けがない等の特徴をもつ。

この様に多くの特徴を持つ固体撮像素子の技術
確立と、超小型の磁気記録装置の開発により、従
来の銀塩フイルムを記録媒体とする銀塩写真技術
は現像処理を必要としない磁気写真或は電子式写
真技術にその足元をおびやかされつつある。

現在のVTRの主な利用法であるVTRに動画像
を記録し、TVにデイスプレイするのを主目的と
するものをムービービデオと呼び、記録装置に静
止画像を記録し、その記録信号をTVにデイスプ
レイしたり、あるいはプリンタによりプリントす
るのを主目的とするものをステイールビデオと呼
べば、ムービービデオ、ステイールビデオの両方
とも、その信号形態はTV信号形態に信号変換さ
れるので双方に大差はない。

しかしムービービデオは被写体を連続的に撮像
するのが一般的であるが、ステイールビデオは一
般の写真機と同様に瞬間的に被写体像を撮影する
ものであるから、アイリス、シヤツタ、AGC、
ホワイトバランス等の応答性はかなり異なつた動
作にする必要があり、加えて固体撮像素子の駆動
方法も少し異なることになり、現在の―光学系―
信号処理系だけでは両方に使用することはできな
いと言う問題点がある。

このためにムービー用のカメラ部とステイール
用のカメラ部は別体のものとする方が望ましい
が、それがコスト的に見合うのはこの様なカメラ
が充分に普及してからの事であり、現在において
は両方を兼用するのが有利である。

カムラ部をムービー用ステイール用とも兼用に
した場合に、問題化するのが固体撮像素子の電荷
蓄積法とその読出し方法である。固体撮像素子に
はMOS型やインタラインタイプCCD（IL―
CCD）、フレームトランスフアタイプCCD（FT―
CCD）などがあるが、ここではデバイスの基本
構造はあまり関係ないのでFT―CCDを例にとり
説明する。

FT―CCDは、被写体像の光を電荷に変換する
複数の光電変換セルより成る撮像部と撮像部から
の信号電荷を一時的に蓄積するメモリー部と、メ
モリー部からの信号電荷をTV同期信号にタイミ
ングを一致させて読出す水平シフトレジスタ部、
そして水平シフトレジスタ部からの信号電荷を増
幅し、信号電圧として出力するオンチツプアンプ
部とから成つている。

この様なFT―CCDをムービーカメラとして利
用する時は、撮像部は１フイールド期間、前述の
様に光電変換を行い、この光電変換された信号電
荷は垂直ブランキング期間に数ＭHzの垂直転送パ
ルスでメモリー部に移される。そしてメモリー部
の信号電荷は次にフイールド期間に１水平走査毎
に水平ブランキング期間に水平シフトレジスタ部
に転送され、次段のオンチツプアンプからCCD
信号として読出される。その間、撮像部は光電変
換状態にある。つまり、１フイールド毎に光電変
換、垂直転送が繰返し成され、連続的な映像信号
が得られることになる。

次に、今説明したFT―CCDをステイールカメ
ラとして利用すると、画像のブレが発生しやすく
なる、何故ならば、TV信号は１フレームの映像
信号より成り立つており、また１フレームは２フ
レールド（奇数、偶数フイールド）即ちインター
レース動作により１枚の画像を組立てているか
ら、異なる時点での光電変換作用による１フレー
ム信号は、特に速く動く被写体に対しては画像の
ブレが発生し、画質の低下をきたす。

この様な欠点をなくす方法として、次の２つの
方法がある。

第１の方法は奇数フイールドだけの（あるいは
偶数フイールドだけの）信号を利用する事であ
る。即ち、奇数フイールド目の信号を次の偶数フ
イールドにも使う方法である。しかし、かかる方
法を用いると垂直解像度が劣化し、スチル画像と
しては適当でない。

第２方法は撮像部の垂直方向素子数を２倍に
し、そして撮像部とメモリー部との間に第２の水
平シフトレジスタ部を設け、撮像素子の面上で同
時に奇数フイールドと偶数フイールドを得て、順
次読み出すことを可能とし、ムービービデオとス
テイールビデオの両方に対応出来る様な固体撮像
素子を利用する事である。この様な固体撮像デバ
イスとして、本出願人は特願昭56―146587号で提
案した。

この撮像デバイスを第１図に示し、簡単に動作
説明する。

第１図において、１は複数の光電変換セルをマ
トリクス状に配列した撮像部、２は撮像部で得ら
れた信号電荷を転送蓄積するメモリー部、３は撮
像部で得られた信号電荷を読出す第１水平シフト
レジスタ、４はメモリー部に蓄えられた信号電荷
を読出す第２水平シフトレジスタ、５，６は第
１、第２水平シフトレジスタの読出信号を増幅す
るオンチツプアンプである。この撮像デバイスは
全体としてフレームトランスフア型CCDを形成
している。そして撮像部１の垂直方向のセル数は
490、メモリー部２の垂直方向のセル数を245とし
ている。

ムービービデオの時は撮像部１の垂直方向の隣
接する２画素分の信号電荷を第１シフトレジスタ
３で順次加算してモリー部２に転送し、第２シフ
トレジスタ４からオンチツプアンプ６を介して信
号ICとして読出す。（このモードを第１のモード
又はフイールドモードと呼ぶ。） ステイールビデオの時は撮像部１の垂直方向の
奇数番目のセルの信号電荷は第１水平シフトレジ
スタ３から読み出し、偶数番目のセルの信号電荷
は第２水平シフトレジスタ４が読み出す。（この
モードを第２のモード又はフレームモードと呼
ぶ）。

このように構成することによりフレームモード
をとればステイールビデオの場合にも垂直解像度
が損われず完全にインターレースされた信号を得
ることができる。したがつて第１図に示す素子は
ムービーにもステイールにも適用できる。

尚、ステイールビデオの場合、垂直解像度を犠
性にすればフイールドモードでの読み出しも可能
である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、フイールドモードとフレームモード
とを比較してみると、２つのセルの信号電荷を加
算しているフイールルドモードに比し、各々のセ
ルの信号電荷をそのまま読出しているフレームモ
ードは信号電荷がほぼ1/2となる。つまり、絞り
一段分だけカメラの感度が下がることになる。

さらにオンチツプアンプ部はMOS素子で構成
されており、このMOSは低域ノイズ特性が悪く、
また人間の目が低周波領域のノイズを感知しやす
いことを考えると、絞り一段分のＳ／Ｎ劣化は無
視出来ない問題となる。

また、固体撮像素子の水平素子数は現状の390
あるいは570素子でも不足気味であり、将来的に
この水平素子数を増やす事態、もう一つは現在の
２／３インチ光学系が次のステツプでは1/2インチ光
学系、８mm光学系と順次小さくなることが予想さ
れ、そうなるとカメラの感度は非常に重要な問題
になる。

本発明は上述の如き問題点に鑑み、被写体の明
るさに応じて固体撮像素子からの読出方法を変え
ることにより撮像装置の感度を変え、読出信号の
レベルを補償し得る撮像装置を提供することを目
的としている。

〔問題点を解決する為の手段〕

本発明は、上記の目的を達成する為に、１フレ
ーム分の映像信号を形成し得る複数の光電変換セ
ルをマトリクス状に配置した固体撮像素子を有す
る撮像手段と、静止画記録を行なう為のトリガ信
号を形成するトリガ手段と、該トリガ手段に応答
し、前記複数の光電変換セルに同じ期間のみ光電
変換を行なわせる露光手段と、前記撮像素子から
読み出された読み出し信号を記録する記録手段
と、前記トリガ手段に応答して前記複数の光電変
換セルに前記露光手段により同じ期間だけ光電変
換を行なわせた後前記光電変換セル内の奇数行と
偶数行の信号を互いに加算して１フイールド分の
映像信号を形成する第１のモードと、前記トリガ
手段に応答して前記複数のの光電変換セルに前記
光手段により同じ期間だけ光電変換を行なわせた
後前記光電変換セルの奇数行と偶数行の信号を
別々のフイールド期間に順次読み出すことにより
インターレースした１フレーム分の映像信号を形
成する第２モードとを選択的する選択手段と、被
写体の明るさに応じた制御信号を形成し該制御信
号により、比較的明るいときには第２モードを選
択し、比較的暗いときには第１モードを選択する
よう前記選択手段を制御する制御手段とを有す
る。

〔作用〕

このような構成により、本発明では被写体が比
較的暗いときは制御手段により光電変換セル内の
信号電荷を加算して読み出す第１モードを選択
し、被写体が比較的明るいときには制御手段によ
り光電変換セルの各々の信号電荷を読み出す第２
モードを選択するよう切換を行なつているので、
被写体の明るさに対応した最適な感度での撮像が
でき、しかも第１モードで読み出した場合にも読
出信号のＳ／Ｎは低下せず、高品位の画像信号を
得ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に従い詳細に説明
する。

第２図に於いて、１１は第１図に示す構造の
FT―CCDで、撮像部は水平約570素子、垂直約
490素子から成る。１２はCCD１１のドライバ
ー、１３はCCD１１を駆動するためのパルスを
発生する同期信号発生回路であり、１２，１３に
より読出し手段が構成されている。１４はCCD
１１に入射される光量を制御する為のアイリス、
及びシヤツタの制御回路、１５はムービードとス
テイールモードを切換える第１モード切換回路、
１６はCCD１１の出力信号から被写体の明るさ
に応じた信号を形成し、アイリスの絞り値及びシ
ヤツタの動作速度を決定するAE制御部、１７は
AE制御部１６がアイリスを開放としても信号レ
ベルが低い時、信号レベルを可変的に制御するオ
ートゲイン制御部（以下AGCと称す）である。
１８はAGC１７の出力信号を記録信号に変換す
る為にプロセス回路エンコーダ回路、変調回路よ
り構成される信号処理回路、１９は記録ヘツド、
２０はモータ等からなる記録機構、２１は同期信
号発生器１３からの制御パルスにより記録機構２
０のモータの速度、位相を制御する回転制御部、
２２はナンドゲート、２３はアンドゲートであ
り、ゲート２２、AE制御部１６等と共に本発明
の制御手段を構成している。２４はスイツチ回
路、２５はステイールモードの際フレームモード
とフイールドの選択を手動で行うか自動的に行う
かを選択する第２モード切換回路、２６は回路２
５で手動モードが選択された時、フレームモード
かフイールドモードかを選択する第３モード切換
回路、３０はレベル補償手段としての増幅回路を
含むスイツチ回路である。

今第１モード切換回路１５でムービーモードを
選択すると、切換回路１５の出力はローレベル
（以下“Ｌ”）となり、この信号により同期信号発
生器１３はムービーモードの制御パルスを発生す
る。即ち、不図示のトリガスイツチが押される
と、電源が各回路に通電され記録を開始する。ム
ービーモードは連続記録であるのでアイリス及び
AGC１７を制御するAE制御部１６は適当な時定
数をもつてフイールドバツク制御を行う。また、
CCD１１の読出し方法は前述したフイールドモ
ードに設定され、第１図の第２水平シフトレジス
タ４よりオンチツプランプ６を介して読み出され
る。

次に第１モード切換回路１５でステイールモー
ドが選択されると、モード切換回路１５の出力は
ハイレベル（以下“Ｈ”）となり、同期信号発生
器１３にステイールモードの制御パルスを出力す
るよう指示する。AE制御部１６はシヤツタスピ
ードとアイリスの絞り値を決定し、アイリスシヤ
ツタ制御回路１４に伝達する。そしてステイール
モードには前述したフイールドモード記録とフレ
ームモード記録の両方が考えられる。このフイー
ルドモード記録とフレームモード記録を自動選択
モードとした時スイツチ回路２４は接点ａに接続
される。自動選択モードの時はAE制御部１６が
被写体が低照度であることを検知すると出力ライ
ン２７が“Ｈ”となる。するとナンドゲート２２
の出力は“Ｌ”、アンドゲート２３の出力である
制御信号は“Ｌ”となり、同期信号発生器１３は
ステイールモードでフイールドモードに設定され
る。また被写体が低照度でない時は出力ライン２
７が“Ｌ”となり、ナンドゲート２２の出力は
“Ｈ”、アンドゲート２３の出力である制御信号は
“Ｈ”となり、同期信号発生器１３はステールモ
ードでフレームモードに設定される。

そして第２モード切換回路で手動選択モードと
した時は、スイツチ回路２４がｂ側に接続され、
第３モード切換回路２６の設定に従う。第３モー
ド切換回路２６はステイールモード時にフイール
ドモード、フレームモードを任意に選択しうる。

ステールモード時にフイールドモードを選択し
た時には被写体が低照度であつてもＳ／Ｎの良好
な画像が得られる。また被写体が高照度であつて
もソフトフオーカス、いわゆるぼかし効果のある
画像が得られる。

また、フレームモードを選択した時には高解像
度のシヤープな画像が得られるものである。

ところで、前述した様にフイールドモードにお
いては第１図に示す第２水平シフトレジスタの出
力が用いられ、フレームモードにおいては第１、
第２水平シフトレジスタが用いられるので、各モ
ードにおけるシフトレジスタの切換はスイツチ回
路３０で行なわれる。以下スイツチ回路３０の動
作について詳細に説明する。

第３図はスイツチ回路３０の第１の実施例であ
る。図において４０は加算器、４１はアンプ、４
２はスイツチである。フレームモードの時、前記
読出信号１Ａ，１Ｂは加算器４０を介して１系統
としてからアンプ４１でフイールモードの時の読
出信号ICのレベルと等しくなるよう補償を行な
う。フイールドモードの時はアンプ４１を介さず
に直接スイツチ回路４２に送られる。スイツチ回
路４２はフレームモードの時ａ側に接続され、フ
イールドモードの時ｂ側に接続される。かかる構
成により、フレーム、フイールド各モード間の読
出信号レベルの差がなくなるよう補償される。ま
たAE制御部１６で用いられる以前にレベル合わ
せを行つているので、後段の回路が複雑になるこ
とを防止することができる。

第４図、第５図はスイツチ回路３０の他の回路
例を３０′，３０″として示した。

第４図に示す例はフレームモードの時CCDの
オンチツプアンプ５，６のゲイン調整あるいは撮
像部１、メモリー部２、シフトレジスタ部３，
４、オンチツプアンプ５，６のトータル的ゲイン
を一定にする為に信号１Ａ，１Ｂを各々別々のア
ンプ４３，４４を介して異なる比率で増幅したの
ち、加算器４５で加算して１系列とした例であ
る。スイツチ４６の動作は第３図スイツチ４２と
同じである。このように本実施例によればフレー
ムモードにおいて奇数フイールドと偶数フイール
ドでレベル合せを行なつているのでTV受像機で
再生した際フリツカの発生を防止できる。

第５図に示す例はフイールドモードの時、読出
信号１Ｃをアツテネータ４８でレベルダウンさせ
てフレームモードの読出信号とレベル合わせが行
なわれるよう補償を行う例である。尚、４７は加
算器、４９はスイツチである。以上補償手段とし
て増幅器やアツテネータを用いてレベル補償を行
なう例を示したが、他の構成によりレベル補償を
しても良い。又、以上はFT―CCDを用いて説明
したが、撮像素子のタイプに限定さない。

以下にIL―CCD及びMOS型について簡単に説
明する。

第６図はインターライン転送方式（IL―CCD）
の概略図である。図示の様にIL―CCDは光電変
換部である受光エレメント５１と、受光エレメン
ト５１に蓄積された情報電荷を、垂直レジスタ５
３への転送を制御するトランスフア・ゲートTG
と、TGによつて受光エレメント５１からの情報
電荷を一時的に蓄える前記垂直レジスタ５３と、
垂直レジスタ５３からの情報電荷を１水平走査期
間（1H）毎にCCD出力信号として読出すための
水平レジスタ５４及びオンチツプアンプ５５等か
ら構成されている。

ステイールモードについて考えてみると、撮影
終了後、即ちシヤツタが閉じた後、奇数フイール
ドに対応する受光エレメント（ｎ１，ｎ２，…で
示す）の情報電荷が垂直レジスタ５３に転送さ
れ、そして水平レジスタ５４より1H毎に読出さ
れ、奇数フイールドのCCD出力信号としてオン
チツプアンプ５５から出力される。このようにし
て奇数フイールドの信号がすべて読出されてしま
うと、次の偶数フイールド期間に偶数フイールド
（ｍ１，ｍ２，…で示す）のCCD出力信号が読出
される。この様な動作をフレームモードとし、フ
レームモードでの光電変換された情報電荷をC₁
とする。

次にステイールモードでのフイールドモードで
は隣接する一対の奇数フイールドと偶数フイール
ドの情報電荷が垂直レジスタ５３内で加算されて
水平レジスタ５４に出力され、オンチツプアンプ
５５から出力される。この時の情報電荷量C₂と
すると、C₁＝１／２C₂となる。

上述の様にステイールモードのフレームモード
とフイールドモードでは蓄積電荷量が異なるの
で、CCD出力信号のレベルを調節する為にスイ
ツチ回路５６及びアンプ５７が設けられている。
スイツチ回路５６はフレームモード時ｂ側に接続
されて、読出信号はアンプ５７でフイールドモー
ドと同レベルにされて、AGC等に送られる。

第７図はMOS型の固体撮像素子の概略図であ
る。

図示の様にMOS型は受光エレメント６１と垂
直走査回路６３及び水平走査回路６２等から構成
される。MOS型の動作は良く知られているので
説明は省略するが、基本的にはＸ―Ｙ走査方式で
あるので先に述べた２フイールドに分けるフレー
ムモード、及び隣接する２素子の信号電荷を加算
して得るフイールドモードを容易に構成できる。

その時読出される信号レベルは両モード間で当
然異なるので、各モードにおいて信号レベルを調
節する必要がある。

そこでスイツチ回路６５でアンプ６６を介すか
否かで両モードの読出信号レベルの調節が可能と
なる。

尚、以上の実施例ではCCD出力を用いて被写
体の明るさを検出したが、専用の測光素子を用い
て検出しても良いことは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明は固体撮像素子の隣接した
光電変換セル内の信号電荷を加算して読み出す第
１モードと、各セルの各々の信号電荷を読み出す
第２モードとを備え、被写体の明るさに応じて両
モードの切換をしているので、被写体の明るさに
対応した最適な感度の撮像ができる。しかも暗い
ときでもＳ／Ｎが低下せず、又明るいときには高
解像度が得られ高品位の画像信号を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はフレームトランスフア型CCDの概略
図、第２図は本実施例の制御回路図、第３図、第
４図、第５図は第２図のスイツチ回路３０の内部
構成を示す回路図、第６図はインタライン型
CCDの概略図、第７図はMOS型固体撮像素子の
概略図である。 図において、１は撮像部、２はメモリー部、３
は第１水平シフトレジスタ、４は第２水平シフト
レジスタ、１１はCCD、１３は同期信号発生器、
１５は第１モード切換回路、１６はAE制御部、
１７はAGC、３０はスイツチ回路を夫々示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ フレーム分の映像信号を形成し得る複数の光
   電変換セルをマトリクス状に配置した固体撮像素
   子を有する撮像手段と、 静止画記録を行なう為のトリガ信号を形成する
   トリガ手段と、 該トリガ手段に応答し、前記複数の光電変換セ
   ルに同じ期間のみ光電変換を行なわせる露光手段
   と、 前記撮像素子から読み出された読み出し信号を
   記録する記録手段と、 前記トリガ手段に応答して前記複数の光電変換
   セルに前記露光手段により同じ期間だけ光電変換
   を行なわせた後前記光電変換セル内の奇数行と偶
   数行の信号を互いに加算して１フイールド分の映
   像信号を形成する第１のモードと、前記トリガ手
   段に応答して前記複数の光電変換セルに前記露光
   手段により同じ期間だけ光電変換を行なわせた後
   前記光電変換セルの奇数行と偶数行の信号を別々
   のフイールド期間に順次読み出すことによりイン
   ターレースした１フレーム分の映像信号を形成す
   る第２モードとを選択的する選択手段と、 被写体の明るさに応じた制御信号を形成し該制
   御信号により、比較的明るいときには第２モード
   を選択し、比較的暗いときには第１モードを選択
   するよう前記選択手段を制御する制御手段と、を
   有する撮像装置。