JPH0462509B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は固体撮像素子を用いた撮像装置に関す
る。

（従来技術） 固体撮像素子、例えばCCD（電荷結合素子）を
例えばテレビカメラに使用する場合において、固
体撮像素子の駆動方法を変更することにより、テ
レビジヨン信号のフイールド（あるいはフレー
ム）時間より撮像素子の蓄積時間を短くすること
が出来ることが従来提案されている。

例えばフレーム転送型と呼ばれる固体撮像素子
において、光電変換及び電荷蓄積を行う受光部の
電荷を垂直期間の途中で一度、垂直転送を行うこ
とにより排除し、さらに垂直期間の残りの時間を
実質的な蓄積時間として動作させる駆動方法が、
例えば特願昭55−61098号に提案されている。

上述の方式によると、例えばNTSC方式のテレ
ビカメラにおいて、通常は1/60秒の蓄積時間であ
るが、これを1/120秒、1/500秒等の蓄積時間とす
ることが出来るため大光量入射時にも小絞りとな
らない、高速移動物の像がぶれない等の効果があ
る。しかしながら、上述の様な動作を行つている
時、前述の様に垂直期間の途中までに蓄積される
電荷を信号として取り出さず排除する際、特に実
質的な蓄積時間を短くした場合、この排除する電
荷量が非常に多くなつてしまう。例えば、実質的
な蓄積時間t₁を1/500秒とすると、排除する電荷
の蓄積時間t₂とt₁の比は t₂／t₁＝（1/60−1/500）／1/500≒7.3 約7.3倍となり、t₁に蓄積される電荷が標準レベ
ルであるとすると、t₂においては標準レベルの
7.3倍の電荷が蓄積される。この様に多くの電荷
が蓄積された場合これをすべて排除して、実質的
な蓄積時間に影響を与えないようにすることは非
常に困難である。特に、画面上のいわゆるハイラ
イト部等においては発生する電荷量が、非常に多
く、垂直期間の途中で電荷排出の為の垂直転送を
行なつた際に多くの電荷が残り、出力される画面
への悪影響が現われてしまう。

又、この残された電荷は、撮像素子の出力にお
いては、信号レベルの４〜10倍（ほぼ撮像素子の
飽和信号レベル）になり、信号処理回路の異常応
答を招いたり、利得制御または絞り制御の誤動作
を生ずる。

また、垂直期間の途中において、受光部、蓄積
部両者の電荷を排除してしまう撮像装置も提案さ
れている。この場合、途中の転送より前の期間に
おいては出力信号が得られず、絞り制御、利得制
御等が不正確になつてしまう。

（目的） 本発明は上述従来例の欠点を除去すると同時に
実質的な蓄積時間を可変した場合、画面への悪影
響を除去することが可能な固体撮像装置を提案す
る事を目的としている。

（実施例） 本発明の実施例について、以下図面を参照して
説明する。

第１図は、本発明に適用し得るフレームトラン
スフア型CCD固体撮像素子の構成図である。１
はフレームトランスフア型CCD固体撮像素子、
２は不図示の撮像光学系よりの入射光を光電変換
し、電荷を蓄積する受光部、３は受光部２の電荷
を転送し、さらに１水平期間ごとに読出す蓄積
部、４は蓄積部３より１水平期間ごとに転送され
る電荷をφTにより水平転送を行なう水平レジス
タ、５は水平レジスタ４よりの電荷を電圧に変換
し出力する電荷電圧変換部、DGはレジスタ４に
沿つて設けられたゲート又はバリア、DRはオー
バーフロードレインである。

第２図ａは、フレームトランスフアCCD撮像
素子１の短秒時モードにおける駆動波形で、φI
は受光部２、φSは蓄積部３、φTは水平シフトレ
ジスタ部４、φRは電荷電圧変換部５のそれぞれ
駆動波形を示す。

IVはテレビジヨン信号の垂直期間、T₂は実質
的蓄積期間である。

垂直期間の初めにおいて，に示される垂直
転送パルスにより受光部２の電荷が垂直転送され
蓄積部３に移り、その後のパルスにより１水平
期間に１ラインずつ、水平レジスタ４に転送さ
れ、水平期間においてのパルスにより、水平転
送され電荷電圧変換部５に移り、のパルスによ
り電荷電圧変換され出力として取り出される。

受光部２においてT₁期間光電変換、電荷蓄積
された後のパルスにより受光部のみが垂直転送
され、T₁期間に蓄積された電荷が受光部から排
除される。その後、T₂期間に受光、蓄積された
電荷は，のパルスにより垂直転送され蓄積部
３に移される。以下の動作は前述と同様である。
尚、第２図ｂの如く通常の約１フイールド期間を
蓄積時間とする標準モードでは第２図中のパル
スが省略される。ここで短秒時モードではのパ
ルスにより受光部２のみが垂直転送し、T₁期間
に蓄積された電荷を排除する際、T₂と比較しT₁
に蓄積される電荷量は多いため排除しきれずに残
つてしまう。

第３図にこのようにして得られた画像の出力波
形を示す。

Vsatは撮像素子の飽和出力電圧、Vavは撮像
素子の標準平均出力電圧、T_BLKは垂直帰線区間
である。前述のように実質的な蓄積期間T₂の前
の垂直転送において排除しきれず残つた電荷が出
力されてしまい垂直期間の初期のT₃期間におい
て、Vsatレベルの出力が生ずる。T₃が短い場合
は画面上には現われない。しかし、VsatはVav
と比較し３〜５倍程度と非常に大きいため信号処
理回路への影響が大きい。

第４図は本発明の第１の実施例である。１０１
は１撮像素子の出力よりクロツク信号を除くと共
に映像信号の一部期間を予め定めた所定レベルの
信号にするマスク手段としてのサンプルホールド
回路、１０２はローパスフイルタ、クランプ回
路、ガンマ回路、クリツプ回路を含む輝度信号Ｙ
プロセス回路、１０３はサンプルホールド回路１
０１の出力より色信号赤Ｒ、青Ｂ、緑Ｇ信号を分
離する色分離回路、１０４はＲ，Ｇ，Ｂ信号のロ
ーパスフイルタ、クランプ回路、ガンマ回路、ク
リツプ回路、マトリクス回路を含む色プロセス回
路、１０５はＹ，Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ及び同期信号に
より、テレビ信号を合成するエンコーダ回路、１
０６は基準発振分周器、デコーダを含む同期信号
発生回路、１０７は同期信号発生器１０６の動作
モードを切換えるモード切換スイツチ、１０８は
同期信号発生器１０６の出力より、撮像素子の駆
動パルスを作る駆動回路である。

撮像素子１の出力はサンプルホールド回路１０
１によりクロツクの除かれ連続化され、Ｙプロセ
ス回路１０２により輝度信号Ｙが形成され、エン
コーダ１０５に入力される。また、サンプルホー
ルド回路１０１の出力は色分離回路１０３により
撮像素子１の上に貼り合せてある不図示の色分解
フイルタのパターンに合せて、撮像信号中の色成
分を分離し、Ｒ信号、Ｂ信号、Ｇ信号を形成す
る。色プロセス回路１０４は、Ｒ，Ｇ，Ｂ信号に
それぞれプロセス処理を行ない、さらにマトリク
ス演算により色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙを形成す
る。エンコーダ１０５は入力されるＹ、Ｒ−Ｙ、
Ｂ−Ｙ及び同期信号発生器１０６よりの同期信号
により、例えばNTSC等のテレビ信号を形成し出
力する。モード切換スイツチ１０７は撮像素子１
の動作モードを標準モード及び短秒時モードに切
換える。

第５図にタイミングチヤートを示す。

(a)は標準モード時のφIで垂直帰線区間に垂直
転送を行なう。(b)は標準モード時のP_SHで映像区
間に連続的に発生する。(c)は短秒時モード時の
φIで、映像期間の途中において垂直転送パルス
の発生を行ない、実質的な蓄積時間を縮めてい
る。(d)は短秒時モード時にP_SHで、映像期間のう
ち第３図T₃に相当する時間より若干（例えば１
〜数水平期間）長い時間T₄の間P_SHが停止してい
る。

短秒時モードにおける101サンプルホールド回
路の出力を第６図に示す。T₃の排除しきれない
電荷が101サンプルホールド出力では現われず、
後の回路への悪影響が現われないという効果があ
る。

第７図は同期信号発生回路１０６の主要部であ
る。２０１は水晶振動子、２０２は基準発振器、
２０３はカウンタ１、２０４はＨ系パルスのデコ
ーダ、２０５はカウンタ２、２０６はＶ系パルス
のデコーダ、２０７はP_I切換回路、２０８はP_SH
切換回路である。１０７モード切換スイツチが
“１”の時は第５図ａ，ｂのようなP_I，P_SHがとも
に標準モードのパルスI_N、SH_Nより作られ、“０”
の時は短秒時モードのパルスI_S，SH_Sより第５図
ｃ，ｄのようなP_I，P_SHが作られる。

第８図は本発明の第２の実施例図である。

３０１は加算器、３０２は文字信号発生回路で
ある。１０７はモード切換スイツチが標準モード
側の時は、文字信号発生回路３０２は動作しない
が、短秒時側の時は文字信号発生回路３０２が動
作し、文字信号が発生され、加算器３０１によ
り、文字データが輝度信号に混合される。文字信
号は同期信号発生回路１０６よりの同期パルスに
より、第６図T₄期間に文字を挿入するよう構成
する。発生する信号は文字信号に限らず記号等で
も良い。

（効果） 本発明によれば、撮像素子の実質的な蓄積時間
を短く設定しても、不要な電荷による画面への影
響を除去することが出来る。

尚、前記実施例において、撮像素子の短秒時モ
ードは垂直期間の途中において、受光部のみ、垂
直転送を行う方式としたが垂直期間の途中におい
て受光部及び蓄積部の両方の電荷を排除する方式
においても、読み出し画像の一部が見苦しくなる
ので本発明を実施出来る。

第９図はこのような本発明の第２の実施例を示
す図で短秒時モードの変形例を示す。本実施例で
は受光部のの高速の垂直転送に同期して蓄積部
でもの高速の垂直転送を行なう。従つて、水平
シフトレジスタ４に受光部及び蓄積部の電荷が集
められオーバーフローする。このオーバーフロー
した電荷はゲート又はバリアDGを介してドレイ
ンDRに流れ込み排出される。

従つて、電荷電圧変換部５の出力はの部分で
欠落し見苦しい画面となる。

また、他方式の撮像素子例えばインターライン
方式CCD、MOS撮像素子等においても、蓄積時
間制御の可能なものが各種考えられており、例え
ばインターライン方式CCDを用いて蓄積時間制
御を行なつた場合には垂直期間の後ろ側の方で画
面にノイズが入り込むのでこの部分の映像信号レ
ベルを所定のレベルになるよう制御すれば良い。

前記実施例においては、実質的な蓄積時間T₂
を一定としたが、多段あるいは無段階に可変出来
るように構成してもよい。その構成の場合、排除
しきれない電荷量はT₂に依存性がりT₂が短くな
ればなるほど多くなるためT₂の長さに応じてT₄
を可変するように構成してもよい。

また、本発明ではマスク手段として、サンプル
ホールド回路の動作を止める構成としたが、サン
プルホールド回路の前又は後にゲート回路を設
け、T₄期間ゲートを閉じるように構成しても良
い。又、スイツチ回路により映像信号の一部区間
を他の予め定めたレベルの信号パターンに置換す
るようにしたものを含む。

【図面の簡単な説明】

第１図はフレームトランスフア型CCDの説明
図、第２図ａは短時間モードの説明図、第２図ｂ
は標準モードの説明図、第３図は短時間モードに
おける不要信号の説明図、第４図は本発明の撮像
装置の構成例を示す図、第５図は本発明の第１実
施例のタインミングチヤート、第６図は本発明の
第１実施例のサンプルホールド回路の出力図、第
７図は同期信号発生回路の構成例図、第８図は本
発明の第２実施例図、第９図は本発明の第３実施
例図。 １…撮像素子、１０１…サンプルホールド回
路、１０６…同期信号発生器、１０７…モード切
換スイツチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被写体からの撮像光を光電変換して電荷を得
   る撮像素子と、上記電荷に基づいて映像信号を得
   るための撮像手段と、 この撮像素子を駆動する駆動手段と、 上記撮像素子における電荷蓄積時間を切り換え
   るための蓄積時間切換え手段と、 上記映像信号の、ノイズが重畳し、予め定めら
   れた特定部分のレベルを所定のレベルに設定し
   て、上記映像信号に基づく映像の特定部分に文字
   パターンを含む所定パターンの信号を重畳するた
   めの重畳手段とを備え、 この重畳手段によるレベル設定及び上記駆動手
   段の動作状態を上記蓄積時間切換え手段の操作に
   連動して各々切り換えることによつて、この蓄積
   時間切換え手段によつて蓄積時間が切り換えられ
   た場合には上記映像信号に基づく映像の上記特定
   部分に文字パターンを含む上記所定パターンの信
   号を重畳するようにしたことを特徴とする撮像装
   置。 ２ 上記予め定められた映像信号の特定部分は上
   記蓄積時間切換え手段の切り換えに伴つて発生す
   るノイズが重畳した部分を含むことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の撮像装置。