JPH0638224A - 面順次撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】面順次撮像にＸ−Ｙアドレス型撮像素子を使用
し、露光時間及び読み出し時間を同時タイミングで行う
こと。 【構成】回転フィルタ制御回路３は、回転位相検出部４
が検出した切りかけ２１の周期と、撮像素子ドライバ５
から発生する垂直同期信号とから算出された位相差信号
に基づいて、モータ２の回転周期が一定となるようにモ
ータ２への駆動電圧を制御する。そして、モータ２の回
転が安定すると、回転フィルタ１の遮光部が横切るタイ
ミングに同期して、Ｘ−Ｙアドレス型撮像素子６の第１
ラインより順次電荷の読み出しを開始する。さらに、信
号処理回路７が、このＸ−Ｙアドレス型撮像素子６から
の読み出された信号を処理し、表示部８が表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高解像度のカラー画像
を得る事ができる面順次撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えばビデオカメラ等において応
用されている面順次撮像には、色再現性が良いといった
利点がある。そして、この面順次撮像においては、主と
して電荷転送型撮像素子が使用されており、Ｘ−Ｙアド
レス型撮像素子は面順次撮像には不向きであるとされて
いる。以下、この理由について説明する。

【０００３】一般に、Ｘ−Ｙアドレス型撮像素子は高密
度な撮像が可能であり、低消費のため高精細度テレビジ
ョン(HDTV;High definition television) などの撮像素
子として開発されている。

【０００４】図８は、上記Ｘ−Ｙアドレス型撮像素子の
概略を示した図であり、同図に示すように、各画素８４
はドレイン、ゲート及びソースからなり、そのゲート部
は共通のゲート選択線で水平方向に接続され、ソース部
は共通のソース選択線で垂直方向に接続されている。そ
して、ドレインは全画素共通電極となっている。さら
に、垂直走査回路８１からは、蓄積、リード、リセット
及びオーバーフローの各動作に応じた４極の電圧が、ク
ロック発生回路８３からの信号に同期してゲート選択線
に出力される。

【０００５】図７（ａ）は、上記Ｘ−Ｙアドレス型撮像
素子の電荷の読み出しタイミングを示すタイムチャート
である。同図に示すように、Ｘ−Ｙアドレス型撮像素子
は、第１ラインの読み出しが終了するとリセットがかか
り、露光が開始される。そして、第１ラインのリセット
後に第２ラインの信号が読み出される。このように、Ｘ
−Ｙアドレス型撮像素子では、各ライン毎に露光時間は
等しいが、露光タイミングが異なってくる。

【０００６】一方、図７（ｂ）は電荷転送型撮像素子の
電荷の読み出しタイミングを示すタイムチャートであ
る。同図に示すように、電荷転送型撮像素子は遮光され
ている電荷転送部に、各ライン信号とも同時に転送する
為、読み出し及び露光を同時に行うことができる。

【０００７】上述したＸ−Ｙアドレス型撮像素子を、面
順次撮像に応用した場合には、例えば第１ラインの読み
出しが終了しても他のラインは露光中である為、色フィ
ルタを変更する事が出来ない。つまり、露光時間後に素
子を遮光し、電荷を読み出した後、色フィルタを変えな
くてはならず、図１４に示すように、回転フィルタの遮
光部を長く設ける必要があり、更には画像を得るのに必
要な時間も長くなってしまう。これに対して、電荷転送
型撮像素子を面順次撮像に応用した場合には読み出しを
露光と同時に行うことが出来るため、遮光部の部分は短
くても良く、フィルタ径を小さくすることも可能とな
る。以上のような理由より、面順次撮像においては主と
して電荷転送型撮像素子が使用されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、Ｘ−
Ｙアドレス型撮像素子は高密度な撮像が可能であり、低
消費のためＨＤＴＶなどの撮像素子として開発されてい
るにも関わらず、１画面の読み出し時間が電荷転送型撮
像素子に比べて２倍かかる事から面順次撮像には適さな
いとされていた。

【０００９】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とする所は、面順次撮像にＸ−Ｙアドレス
型撮像素子を使用し、露光時間及び読み出し時間を同時
タイミングで行うことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の面順次撮像装置では、少なくとも３原色か
らなる色フィルタ部と複数の遮光部が交互に配設されて
いる回転フィルタと、上記回転フィルタの色フィルタ部
を透過した光学像を撮像するＸ−Ｙアドレス型撮像素子
と、上記回転フィルタにおける遮光部の位相に同期し
て、上記Ｘ−Ｙアドレス型撮像素子において、順次電荷
の読み出しを行った後、或いは露光を開始する前にリセ
ットするリセット手段とを具備することを特徴とする。

【００１１】

【作用】即ち、本発明の面順次撮像装置では、少なくと
も３原色からなる色フィルタ部と複数の遮光部が交互に
配設されている回転フィルタの色フィルタ部を透過した
光学像をＸ−Ｙアドレス型撮像素子が撮像し、リセット
手段が、該回転フィルタにおける遮光部の位相に同期し
て、上記Ｘ−Ｙアドレス型撮像素子において、順次電荷
の読み出しを行った後、或いは露光を開始する前にリセ
ットする。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の面順次撮像
装置の実施例について説明する。図１は本発明の第１の
実施例の構成を示す図である。

【００１３】同図に示すように、回転フィルタ１はモー
タ２に回転自在に軸着されており、該モータには回転周
期によって周波数が変化したパルスを出力するエンコー
ダが設けられている。そして、このモータ２は回転フィ
ルタ制御回路３に接続されており、該回転フィルタ制御
回路３には回転位相検出部４及び撮像素子ドライバ５が
接続されている。さらに、上記回転フィルタ１に対面す
る位置にはＸ−Ｙアドレス型撮像素子６が配置されてお
り、該Ｘ−Ｙアドレス型撮像素子６には上記撮像素子ド
ライバ５が接続されていると共に、信号処理回路７を介
して表示部８が接続されている。

【００１４】ここで、上記回転フィルタ１には、図２に
示すように位相検知を行うための切りかけ２１が設けら
れており、この切りかけ２１の周期と垂直同期信号の位
相は一致している。しかし、この切りかけ２１の位置
は、図２に見られるように遮光部を必ずしも設ける必要
はなく、動作上、適した場所であれば良い。

【００１５】また、上記回転フィルタ制御回路３は、詳
細には図３に示すような構成となっている。即ち、同図
に示すように、モータ２に設けられたエンコーダからの
入力信号と共に基準周期回路３１からの信号を受ける周
波数比較器３２の出力端子が回転制御回路３４の一方の
入力端子に接続されており、回転位置検出器３４からの
信号と共に垂直同期信号を受ける位相比較器３３の出力
端子が回転制御回路４の他方の入力端子に接続されてい
る。

【００１６】そして、この回転制御回路３４の出力端子
はモータドライバ３５を介してモータ２に接続されてい
る。尚、上記モータ２は交流モータでも良いが、本実施
例では直流モータを例として説明することにする。この
ような構成において、被写体像は不図示の光学系を介し
て、回転フィルタ１の色フィルタ部を通過し、Ｘ−Ｙア
ドレス型撮像素子６に撮像される。

【００１７】そして、モータ２のエンコーダより回転フ
ィルタ制御回路３に信号が出力されると、上記回転フィ
ルタ制御回路３では、先ず、周波数比較器３２により基
準周期回路３１にて発生した基準周期とエンコーダ出力
の周波数とが比較され、周波数差に比例する信号が回転
制御回路３４に出力される。

【００１８】そして、位相比較器３３により、上記回転
位相検出部４で検出された切りかけ２１の周期と、撮像
素子ドライバ５から発生する垂直同期信号とから位相差
が検出され、その位相差に比例した信号が回転制御回路
３４に出力される。さらに、回転制御回路３４により、
周波数比較と位相比較の情報からモータ２の速度を制御
する制御信号がモータドライバ３５に出力される。そし
て、モータドライバ３５により、上記回転制御回路３４
からの制御信号に基づいてモータ２の駆動電圧が制御さ
れる。

【００１９】このように、回転フィルタ制御回路３によ
り、モータ２の回転周期が一定となるようにモータ２へ
の駆動電圧が制御される。そして、モータ２の回転が安
定すると、回転フィルタ１の遮光部の位相に同期して、
Ｘ−Ｙアドレス型撮像素子６の第１ラインより順次電荷
の読み出しが開始される。こうして、上記Ｘ−Ｙアドレ
ス型撮像素子６からの読み出された信号は、信号処理回
路７にて各種処理がされた後、表示部８にて表示され
る。

【００２０】本発明で用いたＸ−Ｙアドレス型撮像素子
６では、前述したようにライン毎に電荷が読み出されて
いる。そして、特に本実施例では、回転フィルタ１の遮
光部が横切るタイミングに同期して撮像素子２の１ライ
ンの電荷を読み出すようにしている。

【００２１】即ち、図４に示すように、Ｒ遮光部が第１
ラインにかかる時に電荷を読み出した後リセットし、そ
の時、第６ライン以降のラインは露光中とする。そし
て、順次、第２ライン、第３ラインと遮光部を移しなが
ら各ラインの信号を読み出す。尚、上記遮光部の幅は、
撮像素子の最端のライン、即ち、第１ラインまたは最終
ラインが回転するときに全て遮光されればよいので、狭
くても構わない。但し、回転むら等を考慮し、多少の余
裕を持たせる事は必要である。以下、図２に示すような
回転フィルタ１を採用した場合の露光時間について説明
する。

【００２２】今、Ｘ−Ｙアドレス型撮像素子６からの１
画面の読み出し時間を１／６０(sec) とすると、回転速
度は１／６０(sec) でπ／３(rad) （＝６０°）となる
ため２０π(rad/sec) となる。従って、露光時間Ｔ(se
c) は次式（１）で示される。 Ｔ＝θ2 ／２０π （１） 一方、θ1 ＋θ2 ＝π／３であるため、（１）式は次式
（２）ようになる。 Ｔ＝（π／３ − θ1 ）／２０π （２）

【００２３】ここで、θ1 は遮光部の中心角度であり、
Ｘ−Ｙアドレス型撮像素子６の外形、回転の中心からＸ
−Ｙアドレス型撮像素子６までの距離に基づいて適切な
角度を選択する。

【００２４】以上説明したように、第１の実施例では露
光時間を損なわずに面順次撮像することが可能となる。
尚、本実施例では、回転フィルタ１の色フィルタの数を
Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれ２枚ずつとしたが、各１枚ずつで
構成したした場合も同様の効果が得られることは勿論で
ある。また、第１の実施例では回転フィルタ１に切りか
け２１を設けることで位相検出を行っているが、この
他、種々の手段により位相検出することが可能である。
次に、本発明の第２の実施例に係る面順次撮像装置につ
いて説明する。図５は、第２の実施例の構成を示す図で
ある。

【００２５】同図に示すように、第２の実施例の面順次
撮像装置は、特開平４−８９０９２号公報により開示さ
れたＸ−Ｙアドレス方式の撮像素子を適用したものであ
る。尚、第１の実施例と同一内容のものは同一番号で示
し、説明を省略する。

【００２６】第２の実施例は、２板の撮像素子６ａ，６
ｂを有することに特徴を有し、それに伴って各撮像素子
の位置を補正するための位置補正回路９が設けられてい
る。図６は、この２板の撮像素子６ａ，６ｂの配置と色
フィルタの位置関係を示す図であり、各撮像素子の撮像
エリアを回転フィルタ１上に投影すると、同図に示すよ
うにオーバーラップする。そして、このオーバーラップ
した領域の情報から位置補正回路６にて位置補正した
後、表示部８に出力する。尚、位置補正回路６はディジ
タル回路で構成されるため、信号処理回路７にはアナロ
グ／ディジタル変換器、ディジタル／アナログ変換器が
必要となる。そして、上記撮像素子は撮像素子ドライバ
５により駆動され、２つの撮像素子は同じ走査信号に基
づいて駆動する。さらに、電流容量が足りない場合には
２系統にすることも可能である。以上説明したように、
第２の実施例では、２板の撮像素子を有した構成であっ
ても、第１の実施例と同様に露光時間を損なわずに面順
次撮像することが可能である。

【００２７】次に、第３の実施例として、画素リセット
が可能なＸ−Ｙアドレス型固体撮像素子を適用した例に
ついて説明する。尚、本実施例の構成は先に示した図１
と同様であるので、その説明を省略する。

【００２８】前述した実施例では、第１ラインが全て遮
光部に覆われていた時に電荷の転送を実行していたが、
第３の実施例では、図８に示すように、画素毎にリセッ
トを実行する為、第１ラインの第１画素が遮光された時
にリセットすることが可能となる。そして、実際には回
転むらを考慮して遮光部を大きめに取ってタイミングも
余裕をとる必要があるが、１ライン全てを遮光する必要
がない為、遮光部を前述の実施例より大きく設定する必
要がない為、露光時間を長くすることができるといった
利点がある。

【００２９】次に、第４の実施例として、インタレース
読み出しが可能なＸ−Ｙアドレス型撮像素子を適用した
例について説明する。本実施例では、ラインリセットを
行う場合を示す。尚、本実施例の構成は、先に示した図
１とほぼ同じ内容であるので、その説明を省略する。

【００３０】図９は、第４の実施例のＲＧＢ各色の露
光、リセット、読み出しのタイミングを示す図である。
同図に示すように、０フィールド時には、Ｒ画素を露光
しながら奇数ラインを順次リセットする。そして、１フ
ィールド時には、Ｒ画素の奇数ラインを読み出すと共に
Ｇ画素を露光しながら偶数ラインリセットを行う。さら
に、２フィールド時には、Ｇ画素の偶数ラインを読み出
すと共にＢ画素を露光しながら奇数ラインリセットを行
う。そして、以降は前記動作を繰り返す。

【００３１】このように第４の実施例では、撮像素子を
通常のインタレース動作で駆動しているが、図１０に示
すように、奇数ラインをＲＧＢ毎に読み出した後、偶数
ラインのＲＧＢ信号を読み出すように動作しても良い。
さらに、図１０に示すように動作することで、メモリの
アドレススキャン方向を３フィールド毎に切り換えれば
よいので、上記動作を簡素化することもできる。以下、
本発明の第５の実施例に係る面順次撮像装置として、２
ライン混合読み出しを行う実施例について説明する。

【００３２】第５の実施例では、上記第４実施例におけ
る露光時間がフィールド期間となるため露光時間がフレ
ーム蓄積に比べて半分となるといった問題を解消する事
ができる。

【００３３】ここで、２ライン混合読み出しとは、奇数
フィールド時に１ラインと２ラインの上下の画素を加え
て読み出し、偶数フィールド時に２ラインと３ラインの
上下の画素を加えて読み出す方式を示し、該方式によれ
ば、２画素を混合する為に露光時間が半分になっても出
力が低下しないという利点もある。

【００３４】例えば、図１１は、この２ライン混合読み
出しを行った場合のタイミングを示す図である。同図に
示すように、０フィールド時にはＲ画素の露光を行い、
１フィールド時には、Ｒ画素の奇数ラインを読み出した
後にラインリセットを行い、それと同時にＧ画素の露光
を行う。さらに、２フィールド時には、Ｇ画素の偶数ラ
インを読み出した後にラインリセットを行い、それと同
時にＢ画素の露光を行う。そして、３フィールド時に
は、Ｒ画素の露光を行い、Ｂ画素の奇数ラインを読み出
した後にラインリセットする。そして、以降は前記動作
を繰り返す。

【００３５】このように、第４の実施例では読み出しを
しないラインをリセットする動作が不要となる。但し、
２ライン混合読み出しでは、２ライン分遮光する必要が
ある為、遮光部を広くする必要がある。一方、図１２に
示すように、システムコントロール１０を更に設けて、
ノンインタレースとインタレースの動作の切り替えを行
うように構成してもよい。

【００３６】同図に示すような構成によれば、インタレ
ース動作時は、ノンインタレース動作時の２倍の速度で
回転フィルタを回すことになる。尚、インタレース動作
時はラインリセットを行う場合を例に述べてきたが、画
素毎に読み出す方式に対してもリセットするタイミング
が異なるだけで、読み出しタイミングは図９乃至図１１
と同様である。

【００３７】以上詳述したように、本発明では回転フィ
ルタの遮光部がＸ−Ｙアドレス型撮像素子を横切るタイ
ミングに同期して該撮像素子の１ライン毎に電荷を読み
出すことで、面順次撮像にＸ−Ｙアドレス型撮像素子を
適用可能としている。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、面順次撮像にＸ−Ｙア
ドレス型撮像素子を使用し、露光時間及び読み出し時間
を同時タイミングで行う面順次撮像装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す図である。

【図２】第１の実施例の回転フィルタ１と撮像素子６と
の位置関係を示す図である。

【図３】回転フィルタ制御回路３の詳細な構成を示す図
である。

【図４】回転フィルタ１における遮光部を示す図であ
る。

【図５】本発明の第２の実施例の構成を示す図である。

【図６】第２の実施例の回転フィルタ１と撮像素子６と
の位置関係を示す図である。

【図７】（ａ）はＸ−Ｙアドレス型撮像素子、（ｂ）は
電荷転送型撮像素子の電荷の読み出しタイミングを示す
タイムチャートである。

【図８】第３の実施例の遮光部と画素の位置関係を示す
図である。

【図９】第４の実施例のＲＧＢ各色の露光、リセット、
読み出しのタイミングを示す図である。

【図１０】奇数ラインをＲＧＢ毎に読み出した後、偶数
ラインのＲＧＢ信号を読み出す場合のタイミングを示す
図である。

【図１１】２ライン混合読み出しを行った場合のタイミ
ングを示す図である。

【図１２】システムコントロール１０より、ノンインタ
レースとインタレースの動作の切り替えを行うように構
成された面順次撮像装置を示す図である。

【図１３】Ｘ−Ｙアドレス型撮像素子の構成を示す図で
ある。

【図１４】従来の面順次撮像装置における回転フィルタ
の構成を示す図である。

【符号の説明】

１…回転フィルタ、２…モータ、３…回転フィルタ制御
回路、４…回転位相検出部、５…撮像素子ドライバ、６
…Ｘ−Ｙアドレス型撮像素子、７…信号処理回路、８…
表示部、９…位置補正回路、２１…切りかけ、３１…基
準周期回路、３２…周波数比較器、３３…位相比較器、
３４…回転制御回路、３５…モータドライバ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも３原色からなる色フィルタ部
   と複数の遮光部が交互に配設されている回転フィルタ
   と、 上記回転フィルタの色フィルタ部を透過した光学像を撮
   像するＸ−Ｙアドレス型撮像素子と、 上記回転フィルタにおける遮光部の位相に同期して、上
   記Ｘ−Ｙアドレス型撮像素子において、順次電荷の読み
   出しを行った後、或いは露光を開始する前にリセットす
   るリセット手段と、 を具備することを特徴とする面順次撮像装置。