JPH06225224A - Ｃｃｄテレビカメラ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置規模を縮小して小型化するとともに被写
体を撮影する光学系の調整を簡素化して操作性の向上を
図る。 【構成】 この装置は光学系１０、ＣＣＤ撮像素子１
１、映像信号処理回路１２、駆動回路１３、同期信号発
生回路１４、電子シャッタ回路１５、高速転送信号発生
回路１６、トリガー信号出力回路１７を備える。外部か
ら検出信号の入力がない状態の電子シャッタ動作によっ
て映像信号処理回路１２から出力映像信号を送出する。
検出信号が入力される外部トリガー動作では、フィール
ドの途中で映像信号処理回路１２からの出力映像信号の
送出を停止し、ＣＣＤ撮像素子１１での電荷を蓄積かつ
出力する。その後、再度電子シャッタ動作に復帰するよ
うにして、電子シャッタ動作と外部トリガー動作を自動
で選択する切り替えを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、製造検査システムなど
に利用し、外部からの検出信号に基づくトリガー信号に
よって不要電荷の転送および掃き出しを行い、かつ、電
荷を蓄積して映像信号を出力するＣＣＤテレビカメラ装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時の工場検査ラインでは、高速で搬送
される製品の自動検査が行われている。このような自動
検査では、テレビカメラで高速搬送中または搬送停止時
の製品を撮影し、その映像を、例えばパターン認識によ
って識別して製品の良不を判定している。この場合、テ
レビカメラで個々の製品を撮影して映像を取り込むため
にテレビカメラと離間して配置したセンサーで個々の製
品を検出している。この検出時の検出信号をトリガー信
号としてテレビカメラ内のＣＣＤの電荷の蓄積および排
出を行って、個々の製品を撮影した映像信号を得てい
る。この撮影方式は、いわゆる、外部トリガー方式また
はランダムシャッタ方式（以下、単に外部トリガー方式
と記載する）と称され、外部からの検出信号に基づくト
リガー信号ごとに個々の製品を撮影した映像信号を出力
してパターン認識を行うものである。

【０００３】次に、従来の外部トリガー方式を採用した
ＣＣＤテレビカメラ装置を詳細に説明する。図３は、こ
のような従来のＣＣＤテレビカメラ装置の構成を示すブ
ロック図である。図３において、この装置は、以降で詳
細に説明するようにＣＣＤ撮像素子１と、映像信号処理
回路２と、駆動回路３と、同期信号発生回路４と、バー
チカルオーバードレイン（ＶＯＤ）形の電子シャッタ回
路５と、モード設定スイッチ６と、トリガー信号出力回
路７とを有している。

【０００４】ＣＣＤ撮像素子１は、被写体を撮影した撮
像光が図示しない光学系を通して結像し、この結像を光
電変換した撮像信号を映像信号処理回路２に出力する。
映像信号処理回路２では、撮像信号に対してサンプルホ
ールドおよびクランプ処理を施すとともに、増幅および
リセットノイズ除去処理ならびにガンマ（γ）補正など
の映像信号処理を施す。さらに、映像信号処理回路２
は、この映像信号に同期信号発生回路４の出力である同
期信号を付加した出力映像信号を送出する。

【０００５】駆動回路３は、リセット信号および水平転
送信号ならびに垂直転送信号等の転送信号をＣＣＤ撮像
素子１に出力する。また、駆動回路３はＣＣＤ撮像素子
１の画素上に蓄積された電荷を垂直転送レジスタに移す
ための電荷読み出し信号を垂直転送信号に重畳して出力
する。

【０００６】電子シャッタ回路５は、１フィールドごと
にシャッタ動作に相当する時間分の電荷を蓄積し、か
つ、他の余分な電荷をＣＣＤ撮像素子１から出力するた
めの電荷掃き捨て信号をＣＣＤ撮像素子１に出力する。

【０００７】この場合の転送信号および電荷掃き捨て信
号等は、同期信号と位相を合わせるために同期信号発生
回路４からの水平同期（ＨＤ）信号や垂直同期（ＶＤ）
信号等の同期信号が、駆動回路３および電子シャッタ回
路５に入力される。また、モード設定スイッチ６は、電
子シャッタ回路５のシャッタが所定時間ごとに動作して
図示しない被写体ごとの撮像を映像信号処理回路２から
出力映像信号として出力し、この装置の通常の動作であ
る電子シャッタ動作を選択し、または外部トリガー動作
を選択する手動切り替えを行う。

【０００８】また、トリガー信号出力回路７は、個々の
被写体を検出したセンサーなどからの検出信号が入力さ
れて検出信号ごとにトリガー信号を出力し、このトリガ
ー信号は、モード設定スイッチ６が外部トリガー動作を
選択している場合に駆動回路３、同期信号発生回路４、
電子シャッタ回路５のそれぞれに入力される。

【０００９】以上のような構成のＣＣＤテレビカメラ装
置について、次に動作を説明する。図４は、この従来例
の構成における各部の処理信号を示すタイミング図であ
る。図３、図４において、モード設定スイッチ６が電子
シャッタ動作を選択している場合は、ＣＣＤ撮像素子１
が１フィールドごとに１回ずつ電荷を掃き捨てて蓄積
し、さらに、読み出しを行って映像信号処理回路２から
出力映像信号として出力する。この装置の動作開始時に
は、電子シャッタ動作状態で図示しない光学系の対物レ
ンズの絞りや焦点調整および利得（ゲイン）設定などを
行う。

【００１０】これらの設定準備が完了すると、モード設
定スイッチ６は、検出信号を選択するように切り替えら
れる。すなわち、外部トリガー動作を選択する。この状
態にあって、電子シャッタ回路５は１水平期間（１Ｈ）
ごとに連続して図４中（ｃ）に示す電荷掃き捨て信号を
出力し、ＣＣＤ撮像素子１に電荷が蓄積されないように
する。また、駆動回路３は垂直転送信号に重畳する図４
中（ｄ）に示す電荷読み出し信号の出力を停止する。こ
の電子シャッタ回路５と駆動回路３の動作によってＣＣ
Ｄ撮像素子１の電荷転送レジスタ上には電荷がなくな
り、画素上に蓄えられる電荷も１水平期間（１Ｈ）ごと
に排出される。

【００１１】この外部トリガー動作における待機状態で
は、映像信号処理回路２からの出力映像信号が送出され
ない。このとき、外部センサーなどから図４中（ａ）に
示すトリガー信号が入力されると、電子シャッタ回路５
は電荷掃き捨て信号を一つのみ出力し、これ以後は電荷
掃き捨て信号の出力を停止する。これによって、ＣＣＤ
撮像素子１の画素上にトリガー信号の入力と同時に電荷
の蓄積を開始する。

【００１２】予め設定された蓄積時間、すなわち、シャ
ッタ動作の終了時間になると駆動回路３から電荷読み出
し信号がＣＣＤ撮像素子１に出力される。同期信号発生
回路４は、トリガー信号の入力によって図４中（ｂ）に
示す垂直同期信号などをリセットし、ＣＣＤ撮像素子１
から出力される撮像信号と同期を取る。そして、図４中
（ｅ）に示すようにＣＣＤ撮像素子１からの撮像信号
（Ｓ）は、映像信号処理回路２を通じて水平同期（Ｈ
Ｄ）信号や垂直同期（ＶＤ）信号等の同期信号とともに
出力映像信号として送出される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来例の
ＣＣＤテレビカメラ装置では、モード設定スイッチ６が
外部トリガー動作を選択している場合に映像信号処理回
路２からの出力映像信号が送出されないため、この装置
の動作開始時に光学系の対物レンズの絞りや焦点の調整
などを行うことができない。したがって、予めモード設
定スイッチ６で電子シャッタ動作を選択して調整を行
い、その後、モード設定スイッチ６を外部トリガー動作
を選択するように切り替えを行う。このため、被写体の
照明条件などが変化して再度の対物レンズの絞り調整な
どが必要になる都度、モード設定スイッチ６を電子シャ
ッタ動作を選択するように切り替えて再調整を行われな
ければならない。

【００１４】このような装置では、小型化を図るためモ
ード設定スイッチ６を装置内部に配置することが多い。
したがって、この装置と別体の画像処理装置にモード設
定スイッチ６が組み込まれる場合は、調整を行う光学系
と離間した位置のモード設定スイッチ６を切り替え操作
を行うことになり、その都度、人が切り替えのために移
動する必要がある。すなわち、従来のＣＣＤテレビカメ
ラ装置は操作性が悪いという欠点がある。

【００１５】この種の提案として、特開昭６３−１６４
３６０号公報に開示された「電子シヤッタ機能を備えた
イメージセンサ」および特開平２−９２１７１号公報に
開示された「撮像装置」を挙げることができる。

【００１６】この特開昭６３−１６４３６０号公報の
「電子シヤッタ機能を備えたイメージセンサ」では、Ｃ
ＣＤ（イメージセンサ）からインターレス方式のＡフィ
ールドとＢフィールドに相当する画像信号が、二つに分
離した信号路を通じて出力される。この個別の信号路を
流れる画像信号が、例えば磁気ディスクに記録され、こ
の後、交互に読み出してインターレス方式に整合する画
像信号を再生している。これによって、全フレームのイ
ンターラインＣＣＤの利点を損なうことなく高速移動す
る被写体の撮像における変動をなくしている。

【００１７】また、特開平２−９２１７１号公報の「撮
像装置」では、固体撮像素子内の蓄積電荷を外部に転送
するための転送パルスに基づいたタイミングによって発
光開始および停止を制御して、映像信号に悪影響を与え
ることなく発光による撮影を行っている。

【００１８】これらの提案では、被写体の照明条件など
の変化での光学系の対物レンズの絞り再調整および操作
性の向上を図る改善は考慮されていない。

【００１９】そこで本発明の目的は、電子シャッタ動作
中に外部からの検出信号を受け付ける外部トリガー動作
を選択するための手動の切り替えスイッチを不要にし
て、装置規模が縮小して小型化できるとともに、被写体
を撮影する光学系の調整が簡素化されて操作性が向上す
るＣＣＤテレビカメラ装置を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】この目的に対応する請求
項１記載の発明は、入射する光信号を光電変換して出力
する固体撮像手段と、固体撮像手段を駆動し、かつ、外
部入力信号に基づいてトリガー信号を出力する信号処理
手段と、トリガー信号に基づいて、固体撮像素子で不要
電荷の転送および掃き出しを行い、この後に電荷を蓄積
して出力させる転送信号を転送信号に重畳して固体撮像
手段に出力する転送処理手段とを具備する構成である。

【００２１】請求項２記載の発明は、固体撮像手段は、
光信号を光電変換して出力するインターライントランス
ファー形のＣＣＤ撮像素子からなり、信号処理手段は、
外部からの検出信号をトリガー信号として出力するトリ
ガー信号出力回路と、ＣＣＤ撮像素子における画素上の
電荷を排出させる駆動を行うバーチカルオーバードレイ
ン形の電子シャッタ回路と、ＣＣＤ撮像素子へ垂直転送
パルスを送出するＣＣＤ駆動回路とを備え、転送処理手
段は、トリガー信号に基づいて、ＣＣＤ撮像素子で不要
電荷の転送および掃き出しを行い、この後に電荷を蓄積
して出力させる高速転送信号を垂直転送パルスに重畳し
てＣＣＤ撮像素子に出力する高速転送信号発生回路を具
備する構成である。

【００２２】請求項３記載の発明は、請求項１記載また
は請求項２記載の構成に加え、移動する複数の被写体を
撮影した光信号を出力する撮影手段と、複数の被写体の
個々を検出した検出信号を出力する検出手段とを具備す
る構成である。

【００２３】

【作用】以上の構成による本発明のＣＣＤテレビカメラ
装置では、外部からの検出信号の入力がない状態で、こ
の装置の通常動作である電子シャッタ動作によって出力
映像信号を送出する。そして、検出信号が入力される外
部トリガー動作では、フィールドの途中で出力映像信号
の送出を停止して、固体撮像手段で電荷を蓄積し、か
つ、出力する。その後、再度電子シャッタ動作に復帰す
る。したがって、電子シャッタ動作中に外部トリガー動
作を設定する手動の切り替えスイッチが不要になる。こ
のため装置規模が縮小して小型化できるとともに、被写
体を撮影する光学系の調整、例えば、対物レンズの絞り
および焦点調整が簡素化されて操作性が向上する。

【００２４】

【実施例】次に、本発明のＣＣＤテレビカメラ装置の実
施例を図面を参照して詳細に説明する。

【００２５】図１は、本発明のＣＣＤテレビカメラ装置
における実施例の構成を示すブロック図である。図１に
おいて、本実施例の装置は、以降で詳細に説明する被写
体Ｐに対物レンズが対向して撮影した撮像光を送出する
光学系１０と、光学系１０からの撮像光が結像するＣＣ
Ｄ撮像素子１１（請求項における固体撮像素子に対応す
る）と、映像信号処理回路１２と、ＣＣＤ撮像素子１１
に転送信号を送出する駆動回路１３（請求項における固
体撮像素子駆動手段に対応する）と、同期信号発生回路
１４とを有している。さらに、以降で詳細に説明するバ
ーチカルオーバードレイン（ＶＯＤ）形の電子シャッタ
回路１５と、高速転送信号発生回路１６（請求項におけ
る転送信号出力手段に対応する）と、トリガー信号出力
回路１７とを有している。

【００２６】ＣＣＤ撮像素子１１は、撮像光を光電変換
した撮像信号を映像信号処理回路１２に出力する。映像
信号処理回路１２は入力された撮像信号にサンプルホー
ルドおよびクランプ処理を施すとともに増幅し、さらに
リセットノイズ除去およびガンマ（γ）補正などの信号
処理を行う。さらに映像信号処理回路１２は、この映像
信号に同期信号発生回路１４からの同期信号を付加した
出力映像信号を送出する。駆動回路１３は、リセット信
号および水平転送信号ならびに垂直転送信号などの転送
信号をＣＣＤ撮像素子１１に出力する。

【００２７】また、駆動回路１３は、ＣＣＤ撮像素子１
１の画素上に蓄積された電荷を垂直転送レジスタに移す
ための電荷読み出し信号および外部トリガー動作を行う
場合にＣＣＤ撮像素子１１の垂直レジスタ上に残されて
いる不要電荷を掃き出すための高速転送信号を垂直転送
信号に重畳して出力する。高速転送信号発生回路１６
は、外部からの検出信号の入力されると高速転送信号を
駆動回路１３に出力する。電子シャッタ回路１５は、シ
ャッタ動作に相当する時間分周の電荷を蓄積し、かつ、
余分な電荷をＣＣＤ撮像素子１１の外に排出する電荷掃
き捨て信号をＣＣＤ撮像素子１１に出力する。

【００２８】同期信号発生回路１４からの水平同期（Ｈ
Ｄ）信号および垂直同期（ＶＤ）信号である同期信号
は、映像信号処理回路１２、駆動回路１３、電子シャッ
タ回路１５のそれぞれに入力される。また、外部から入
力される検出信号は、トリガー信号出力回路１７で処理
されて、この処理によるトリガー信号が駆動回路１３、
同期信号発生回路１４、電子シャッタ回路１５、高速転
送信号発生回路１６にそれぞれ入力される。

【００２９】以上のような構成のＣＣＤテレビカメラ装
置について、次に動作を説明する。図２は、この実施例
の構成における各部の処理信号を示すタイミング図であ
る。図１、図２において、図２中（ａ）に示すトリガー
信号がトリガー信号出力回路１７から出力されない場
合、すなわち、電子シャッタ回路１５が動作する電子シ
ャッタ動作では、ＣＣＤ撮像素子１１が１フィールドご
とに１回の電荷の掃き捨てを行う。この後、ＣＣＤ撮像
素子１１は電荷を蓄積し、さらに読み出しを行う。した
がって、映像信号処理回路１２からの出力映像信号が入
力される図示しないモニターで撮影した被写体の映像を
確認することができる。

【００３０】この期間に被写体Ｐを正確に撮影するため
に光学系１０の図示しない対物レンズの絞りおよび焦点
調整ならびに利得（ゲイン）設定などを行うことができ
る。この状態では、外部からの検出信号がトリガー信号
出力回路１７に入力され、ここで処理したトリガー信号
を出力する。このトリガー信号によって電子シャッタ回
路１５は、ＣＣＤ撮像素子１１の画素上の電荷を全て掃
き出すために一定の期間で図２中（ｄ）に示す電荷掃き
捨て信号を出力した後、以降の出力を停止する。この時
点からＣＣＤ撮像素子１１の画素上に電荷の蓄積を開始
する。

【００３１】また、高速転送信号発生回路１６から図２
中（ｃ）に示す高速転送信号が出力され、駆動回路１３
の垂直転送信号に重畳されてＣＣＤ撮像素子１１の垂直
転送レジスタ上に残った電荷を全て掃き出す。このた
め、映像信号処理回路１２からの出力映像信号は、外部
トリガー信号が入力された時点で、その出力が中断され
る。電子シャッタ回路１５からの電荷掃き捨て信号が停
止してから、予め設定された蓄積時間、すなわち、シャ
ッタ動作時間が経過すると、駆動回路１３から図２中
（ｅ）に示す電荷読み出し信号が出力されて、電荷が垂
直転送レジスタ上に読み出され、順次転送されてＣＣＤ
撮像素子１１から撮像信号として出力される。

【００３２】この電荷読み出し信号の出力は、通常数十
μＳ程度の高速転送信号による掃き出し期間が終了し
て、垂直転送レジスタ上の不要電荷が完全になくなって
から行わなければならない。この場合、この装置の動作
としては以下に説明する（１）および（２）がある。

【００３３】（１）トリガー信号の入力後に電子シャッ
タ回路１５の電荷掃き捨て信号の出力および停止および
高速転送信号による不要電荷の掃き出しを同時に行い、
シャッタ時間後に電荷読み出し信号を出力してＣＣＤ撮
像素子１１の画素上の電荷を垂直転送レジスタに転送す
る。

【００３４】（２）トリガー信号の入力後は、まず高速
転送信号による掃き出しを行い、次にＣＣＤ撮像素子１
１の電荷掃き捨てを行う。高速転送信号による掃き出し
が終了すると同時に電荷掃き捨て信号の出力も停止して
シャッタ時間後に電荷読み出し信号を出力する。

【００３５】この（１）の処理では、トリガー信号入力
後最短時間でシャッタを開くことができるが、通常数十
μＳの高速転送信号による掃き出し期間が最高速の電子
シャッタとなる。

【００３６】また（２）の処理では、シャッタ速度を高
速化できるが、シャッタが開くまでに高速転送信号によ
る掃き出し期間に相当する時間遅延が生じる。この高速
転送を行うことによるシャッタ速度の制約や、検出信号
が入力してからシャッタが開くまでの遅延は数十μＳ程
度である。すなわち、外部トリガー方式動作はでない単
純なリセット動作がリセット後に１フィールドの遅延時
間が必要であることに対して短い時間であり、実用上は
問題にならない。垂直転送レジスタ上に読み出された電
荷が全て転送されると、駆動回路１３および電子シャッ
タ回路１５の動作による処理、すなわち、電子シャッタ
動作に復帰する。

【００３７】以上のような動作によって、外部からの検
出信号が入力されない状態では電子シャッタ動作によっ
て映像信号処理回路１２から出力映像信号を送出する。
検出信号が入力されるとフィールドの途中で映像信号処
理回路１２からの出力映像信号の送出を停止する。そし
て、ＣＣＤ撮像素子１１で電荷を蓄積かつ出力し、その
後、再度、電子シャッタ動作に復帰する。この場合、同
期信号発生回路１４は、トリガー信号によって図２中
（ｂ）に示す垂直同期信号をリセットし、ＣＣＤ撮像素
子１１からの信号と同期を取る。そして、図２中（ｆ）
に示すようにＣＣＤ撮像素子１１からの撮像信号（Ｓ）
は、映像信号処理回路１２を通じて水平同期（ＨＤ）信
号や垂直同期（ＶＤ）信号等の同期信号とともに出力映
像信号として送出される。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明で
は、外部からの検出信号の入力がない状態では、電子シ
ャッタ動作によって出力映像信号を送出する。そして、
検出信号が入力される外部トリガー動作では、フィール
ドの途中で出力映像信号の送出を停止し、固体撮像素子
（ＣＣＤ撮像素子）で電荷を蓄積し、かつ、出力する。
その後、再度電子シャッタ動作に復帰する。

【００３９】これによって、電子シャッタ動作中に外部
トリガー動作を設定する手動の切り替えスイッチが不要
になり、装置規模が縮小して小型化できるとともに、被
写体を撮影する光学系における対物レンズの絞りおよび
焦点調整などが簡素化されて操作性が向上するという効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＣＣＤテレビカメラ装置における実施
例の構成を示すブロック図である。

【図２】実施例の構成における各部の処理信号を示すタ
イミング図である。

【図３】従来のＣＣＤテレビカメラ装置の構成を示すブ
ロック図である。

【図４】従来例の構成における各部の処理信号を示すタ
イミング図である。

【符号の説明】

１０ 光学系 １１ ＣＣＤ撮像素子 １２ 映像信号処理回路 １３ 駆動回路 １４ 同期信号発生回路 １５ 電子シャッタ回路 １６ 高速転送信号発生回路 １７ トリガー信号出力回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射する光信号を光電変換して出力する
   固体撮像手段と、 前記固体撮像手段を駆動し、かつ、外部入力信号に基づ
   いてトリガー信号を出力する信号処理手段と、 前記トリガー信号に基づいて、前記固体撮像素子で不要
   電荷の転送および掃き出しを行い、この後に電荷を蓄積
   して出力させる転送信号を転送信号に重畳して前記固体
   撮像手段に出力する転送処理手段とを具備することを特
   徴とするＣＣＤテレビカメラ装置。
2. 【請求項２】 固体撮像手段は、光信号を光電変換して
   出力するインターライントランスファー形のＣＣＤ撮像
   素子からなり、 信号処理手段は、外部からの検出信号をトリガー信号と
   して出力するトリガー信号出力回路と、 前記ＣＣＤ撮像素子における画素上の電荷を排出させる
   駆動を行うバーチカルオーバードレイン形の電子シャッ
   タ回路と、 前記ＣＣＤ撮像素子へ垂直転送パルスを送出するＣＣＤ
   駆動回路とを備え、 転送処理手段は、前記トリガー信号に基づいて、前記Ｃ
   ＣＤ撮像素子で不要電荷の転送および掃き出しを行い、
   この後に電荷を蓄積して出力させる高速転送信号を前記
   垂直転送パルスに重畳して前記ＣＣＤ撮像素子に出力す
   る高速転送信号発生回路を具備することを特徴とする請
   求項１記載のＣＣＤテレビカメラ装置。
3. 【請求項３】 移動する複数の被写体を撮影した光信号
   を出力する撮影手段と、 前記複数の被写体の個々を検出した検出信号を出力する
   検出手段とを具備することを特徴とする請求項１記載ま
   たは請求項２記載のＣＣＤテレビカメラ装置。