JPH09252423A - 高感度テレビカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 露光時間の制御が可能な撮像素子を用い、高
感度撮影が可能な小型高感度のテレビカメラを提供す
る。 【解決手段】 露光時間を制御できる固体撮像素子１を
用い、露光時間をテレビジョン信号の複数フィールド期
間とし、信号取り出し時間を１フィールド期間とするス
ローシャッター制御回路１０１を設け、取り出した映像
信号をフィールドメモリー１０４に記憶させ、次の露光
時間中は前回フィールドメモリー１０４に記憶させた同
一映像信号を繰返し読み出すことによって小型高感度の
テレビカメラを実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】露光時間を制御可能な撮像素
子を用いたテレビカメラにおいて、特に高感度なテレビ
カメラに関する。

【０００２】

【従来の技術】標準テレビジョン方式を使ったテレビカ
メラ又はカメラー体型ＶＴＲにおいて、暗い所での感度
を上げる手段として、次のものが知られている。その第
１の手段は撮影レンズの口径を大きくすることであり、
その第２の手段は撮像素子の受光面積を大きくすること
である。しかし、これらの技術によって、数倍の高感度
化を行うことは容易ではない。

【０００３】また、暗視カメラ等の特殊カメラでは撮像
素子に電気信号として取り出せるだけの光量が露光され
るまで露光時間を長くする手段が知られている。露光時
間を長くすれば雑音に埋もれない限り暗い被写体を撮影
できることは自明であり、特殊カメラはこの考え方によ
っている。しかるに、従来長時間露光機能付テレビカメ
ラを得ようとすれば、撮像管の偏向周波数を下げるか、
固体撮像素子のクロック周波数を下げる方法が知られて
いるが、大幅な周波数変更は困難であり、さらに標準の
テレビジョン方式への変換が容易ではなかった。

【０００４】例えば、ビデオテープレコーダ一（ＶＴ
Ｒ）に一旦録画して高速再生するか、Ａ／Ｄ変換して時
間圧縮を行った後、Ｄ／Ａ変換して取り出す等、特殊な
装置が必要であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術によれば、
高感度にするためにはテレビカメラが重く大きくなると
いう欠点があった。また、前記特殊カメラの方式によれ
ばＮＴＳＣ等、標準のテレビジョン信号を簡便にはとり
出せない欠点があった。また、長時間露光機能付テレビ
カメラを実現するためには特殊な装置を必要とし、一般
的には実施困難であった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】露光時間の制御が可能な
撮像素子と、前記撮像素子の出力信号レベルを検出する
検出手段と、前記検出手段により出力信号が所定レベル
以下であると判断した場合に、前記撮像素子の露光時間
が複数フィールド期間連続するように自動的に制御する
露光時間制御手段と、前記撮像素子の出力を受けて１フ
ィールド又は１フレーム分の映像信号を記憶する記憶装
置と、前記撮像素子の出力と前記記憶装置の出力とを選
択して出力する切換手段と、前記記憶装置を共用すると
共に前記切換手段により選択された出力を記録媒体に記
録する記録手段とを具備し、出力信号が所定レベル以下
であって前記撮像素子の露光時間が複数フィールド期間
連続するように制御されているときは、前記記憶装置に
前記撮像素子の出力を記憶すると共に前記記憶装置から
同一の映像信号を出力して前記記録手段に記録する高感
度テレビカメラを構成して上記課題を解決する。

【０００７】即ち、露光時間を制御可能な撮像素子（例
えば、いわゆる電子シャッター機能付の固体撮像素子）
を用い、被写体が暗い場合に動作させるスローシャッタ
ー制御回路を設ける。また記憶装置は変速再生等とスロ
ーシャッターのために共用する。

【０００８】該スローシャッター制御回路では、前記撮
像素子を次のように制御する。テレビジョン信号の複数
フィールド又は複数フレーム期間連続して露光し、該露
光により得た映像信号をテレビジョン信号の１フィール
ド又は１フレーム期間に取り出すものとする。前記映像
信号は記憶装置に記憶させるとともにテレビジョン信号
として出力する。次の露光時間中、即ち前記撮像素子が
前回の露光を完了して、次の映像信号を出力するまでの
期間、前回記憶させた同一映像信号をテレビジョン信号
のフィールド期間又はフレーム期間ごとに繰返し読み出
す。この操作を操返すことにより高感度テレビカメラを
得る。

【０００９】露光時間を制御可能な撮像素子を用いてス
ローシャッター制御回路を設けているので、前記撮像素
子の動作クロック周波数を下げなくても複数フィールド
期間の露光をすることができる。前記スローシャッター
制御回路では例えば、受光により生じた信号電荷を取り
出すための電荷転送パルスを通常撮影時の１フィールド
当たり１回に比べて間引くことにより、１フィールド期
間の整数倍の時間連続して、前記信号電荷を前記撮像素
子の受光部に累積させる構成としている。

【００１０】また、前記信号電荷の取り出しに際して
は、前記動作クロック周波数を下げていないので、通常
撮影時の１フィールド分と同じ時間で取り出すことがで
きる。これに伴い、時間圧縮等の特殊な操作をしない
で、従来の周辺回路を用いてテレビジョン信号１フィー
ルド分を取り出すことができる。

【００１１】さらに、前記１フィールド分の信号を出力
すると共に、記憶装置に記憶させ、次の露光期間中、前
記記憶装置から１フィールド期間ごとに同一映像信号を
繰返し読み出して補間している。従って、テレビジョン
信号として切れ目のない信号が得られる。特に暗い被写
体の撮影に際して、前記補間による映像の動きの不自然
さは影響が少ない場合が多いので、高感度で大口径レン
ズや特殊装置を必要とせず、また、記憶装置は変速再生
等と本発明のスローシャッターの用途に切り換えて用い
るため小型軽量のテレビカメラが得られる。以上は１フ
ィールド単位で取扱うように述べたが、全体又は１部が
１フレーム単位であっても同様である。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１はカメラ一体型ＶＴＲに適用
した実施形態例で、点線で囲んだ部分が従来のカメラ一
体型ＶＴＲに新たに附加した部分である。図２はタイミ
ング図である。図１に基づき、はじめに構成を述べる。
固体撮像素子１はＭＯＳ型、ＣＣＤ型等が知られている
が、本実施例では受光により発生した信号の取り出しタ
イミング又は余剰信号電荷の掃き出しタイミング等を操
作することにより露光時間を制御できる（いわゆる電子
シャッター機能付の）ものを使用する。

【００１３】撮像素子制御回路２、高速シャッター用タ
イミングジェネレーター３、基準発振器４は、電子シャ
ッター機能を具えた固体撮像素子１の駆動及び制御のた
めの回路である。固体撮像素子１からの撮像信号出力は
カメラ信号処理回路５にて通常のＮＴＳＣ等のテレビジ
ョン信号に変換される。ここまでは電子シャッター付テ
レビカメラ部である。記録用信号処理回路６にて録画の
ための信号処理を行ってビデオヘッド７へ送られる。

【００１４】次に図１の本実施形態例において新たに附
加した部分の構成を述べる。まず、スローシャッター制
御回路１０１は従来例の（高速）電子シャッターが１／
６０秒から１／２０００秒程度であったのに対して、被
写体の暗さをレベル検出して１／６秒から１／３０秒程
度のシャッター速度とするための回路である。該回路は
レベル検出１１、シャッター切換回路１２、低速シャッ
ター用タイミングジェネレーター１３とから構成されて
いる。

【００１５】被写体の明暗をカメラ信号処理回路５の信
号レベルを用いてレベル検出１１にて検出し、被写体が
暗い場合にはシャッター切換回路１２にて、タイミング
ジェネレーターを高速シャッター用３から低速シャッタ
ー用１３へ切換える。

【００１６】フィールドメモリーユニット１０２はカメ
ラ信号処理回路５からの映像信号を記憶し、通常のテレ
ビジョン信号の１フィールド毎に必要回数読み出しでき
るようにした回路である。該回路はＡ／Ｄコンバーター
１０３、フィールドメモリー１０４、メモリーコントロ
ーラー１０５、Ｄ／Ａコンバーター１０６等を含んで構
成されている。

【００１７】前記メモリーコントローラー１０５はフィ
ールドメモリー１０４の書き込み又は読み出しのための
クロック及びコントロール信号を制御する回路である。
該回路からは切換回路１０８の切換信号も発生してい
る。

【００１８】クロック及び制御信号発生回路１０７はス
ローシャッター制御回路１０１からタイミングパルスを
得て、フィールドメモリーユニット１０２のメモリー書
き込み又は読み出しの時間制御等、スローシャッター動
作時にも連続したテレビジョン信号を取り出すためのク
ロック及び制御信号の発生を受けもっている。

【００１９】なお、切換回路１０８はカメラ信号処理回
路５の出力を直接記録用信号処理回路６に送るか、フィ
ールドメモリーユニット１０２からの出力を送るかを切
換えるためのスイッチ回路である。

【００２０】以下に詳細な構成と動作について述べる。
固体撮倹素子１は例えばインターライン型ＣＣＤを用い
た場合、１フィールド単位の映像信号がフィールド帰線
期間を利用して出力されることが多い。そして通常のテ
レビジョン信号の１フィールドはＮＴＳＣ方式の場合、
１／６０秒であり、自ずとシャッタースピードは１／６
０秒が一般的となる。

【００２１】電子シャッター機能を持つ場合、高速シャ
ッターでは固体撮像素子１の受光部の信号電荷を一旦掃
き出して空にしてから転送開始するまでの信号電荷蓄積
時間を１／６０秒より短くして、余った電荷を捨て去る
ことで実現することが多い。本実施例のスローシャッタ
ー制御回路１０１における低速シャッター用のタイミン
グジェネレーター１３では高速シャッター用３と比べ
て、考え方としては全く逆の操作をしている点が重要で
ある。即ち、複数フィールド期間電荷の転送をせずに受
光部に電荷を複数フィールド期間連続して蓄積してから
信号取り出しのための電荷転送を行っている。

【００２２】なお、露光時間の制御方法として、余剰信
号電荷の掃き出しタイミングを変えて行っている撮像素
子を用いる場合にも、読み出しのための信号電荷転送パ
ルスを間引くことによって、複数フィールド期間連続し
て信号電荷の蓄積を行うことができる。

【００２３】これにより１／６０秒より遅いシャッター
を切ることができ、固体撮像素子１の受光部の面積を広
げたり大口径の撮像レンズを用いた場合に比べても数
倍、感度を上げることができる。また、複数フィールド
期間の露光を行っても、信号取り出しのための電荷転送
はテレビジョン信号１フィールドの転送と同じ時間で行
われるので、特別の回路を附加することなくカメラ信号
処理回路５を経てテレビジョン信号１フィールド分の映
像信号が取り出される。

【００２４】しかし、前述の手段によれば、次の１フィ
ールド分の映像信号が出力されるまで空白期間が生じ
る。例えば１０フィールド期間（１／６秒）露光した場
合、９フィールド期間の空白期間が生じる。そこで、カ
メラ信号処理回路５の出力は切換回路１０８を経て記録
用信号処理回路６へ送ると同時に、フィールドメモリー
ユニット１０２へ送り、Ａ／Ｄコンバータ１０３ーを経
てフィールドメモリー１０４に記憶させ、さらにＤ／Ａ
コンバーター１０６を経て読み出し、前述の空白期間、
１フィールド期間に１回ずつ、同一の映像信号を切換回
路１０８を経て記録用信号処理回路６へ送り続ける。

【００２５】これにより、記録用信号処理回路６には前
記露光に要した連続時間中、同一の映像信号の繰返しで
はあるが、前記空白期間が無いように補間されたテレビ
ジョン信号が得られる。図２に以上で述べたタイミング
図を示す。

【００２６】以上において、１フィールド単位の電荷転
迭を行ったが、１フレーム単位でもよく、その場合、一
般的なシャッタースピードはＮＴＳＣでは１／３０とな
る。また、フィールドメモリーユニット１０２を用いた
がフレームメモリーを用いた方が有利な場合があり、そ
の場合はフィールドメモリー１０４をフレームメモリー
に置換えればよい。

【００２７】なお、フィールドメモリーユニット１０２
と切換回路１０８はテレビカメラ部に配置したが、ＶＴ
Ｒ部に設けてもよい。その場合、変速再生（スロー、ス
チル等）の目的で設けたメモリーユニットを切換えて用
いることもできる。

【００２８】以上の実施により、被写体の明るさのレベ
ルを検出して被写体が暗い場合には自動的に低速シャッ
ターに切換えて従来の数倍の高感度撮影ができるテレビ
カメラが得られる。

【００２９】

【発明の効果】本発明の実施により、即ち露光時間を制
御可能な撮像素子を用いてスローシャッター制御回路を
設け、前記撮像素子の信号出力を記憶させ、露光連続期
間中繰返し読み出して補間することにより、小型高感度
のテレビカメラが得られる。該テレビカメラは大口径レ
ンズや大面積撮像素子を必要とせず、特殊装置を必要と
せず、従来型のテレビカメラに前途の附加回路を設けた
構成にて、高速シャッターによる通常撮影からスローシ
ャッターによる高感度撮影まで可能となる。このテレビ
カメラは特にカメラー体型ＶＴＲに用いて好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明をカメラー体型ＶＴＲに用いた実施形
態例で、点線部は従来例に比べて新たに附加された部分
である。

【図２】 実施形態例のタイミング図を示す。

【符号の説明】

１…固体撮像素子、２…撮像素子制御回路、３…高速シ
ャッター用タイミングジェネレーター、４…基準発振
器、５…カメラ信号処理回路、６…記録用信号処理回
路、７…ビデオヘッド、８…モニター用信号処理回路、
９…モニター、１１…レベル検出、１２…シャッター切
換回路、１３…低速シャッター用タイミングジェネレー
ター、１０１…スローシャッター制御回路、１０２…フ
ィールドメモリーユニット、１０３…Ａ／Ｄコンバータ
ー、１０４…フィールドメモリー、１０５…メモリーコ
ントローラー、１０６…Ｄ／Ａコンバーター、１０７…
クロック及び制御信号発生回路、１０８…切換回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光時間の制御が可能な撮像素子と、 前記撮像素子の出力信号レベルを検出する検出手段と、 前記検出手段により出力信号が所定レベル以下であると
   判断した場合に、前記撮像素子の露光時間が複数フィー
   ルド期間連続するように自動的に制御する露光時間制御
   手段と、 前記撮像素子の出力を受けて１フィールド又は１フレー
   ム分の映像信号を記憶する記憶装置と、 前記撮像素子の出力と前記記憶装置の出力とを選択して
   出力する切換手段と、 前記記憶装置を共用すると共に前記切換手段により選択
   された出力を記録媒体に記録する記録手段とを具備し、 出力信号が所定レベル以下であって前記撮像素子の露光
   時間が複数フィールド期間連続するように制御されてい
   るときは、前記記憶装置に前記撮像素子の出力を記憶す
   ると共に前記記憶装置から同一の映像信号を出力して前
   記記録手段に記録する構成であることを特徴とする高感
   度テレビカメラ。