JPS6319977A - 蓄積時間切換固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明の蓄積時間切換撮像装置はテレビカメラ特に単板
式のテレビカメラに用いられ、蓄積時間のモード切換時
の信号レベル変動をなくシ、モード切換を自動で行なう
ことを可能とし、誰でもが容易に用いることが出来る家
庭用カメラとして適している。

、　　従来の技術 従来の撮像装置で用いられている固体撮像素子を第７図
に示す。第７図はインターラインＣＯＤの模式図であシ
、１０１は電気信号に変換するホトダイオード、１０２
は垂直方向の走査を行なうＣＣＤ（以下Ｖ−ＣＣＤ）、
１０３は水平方向の走査を行なうＣＣＤ　（以下Ｈ−Ｃ
ＣＤ）、１０４は光電変換された電荷を電圧に変換する
フローティングディフユージンアンプ（以下ＦＤＡ）で
あるΩ印を付けたホトダイオードは奇数フィールド０Ｖ
−ＣＣＤＫ読出され、Δ印を付けたホトダイオードは偶
数フィールドのＶ−ＣＯＤに読出され、垂直方向及び水
平方向に順次走査される。たとえば１０１−ａのホトダ
イオードの信号ば、Ｖ−ＣＣＤのｖｌ　の電極のついた
１０２ａの場所から転送され、１水平走査ごとに垂直方
向に転送される。Ｖ−ＣＯＤの電極をｖ１〜ｖ４とする
とｖ１〜ｖ４の電圧波形を第８図ａに示す。印加電圧の
高い電極のもとに信号電荷は転送され、■１からｖ４の
電極のもとに順次転送される。水平の走査を行なうＨ−
ＣＯＤも同様でＨｌからＨ４までの電極に順次電圧を印
加する。電圧波形を第８図Ｃに示す。このようにして１
フィールドの走査が終了したとき、次のフィールドの信
号電荷をＶ−ＣＯＤＩＣ，ｄ出す。

走査の終了したフィールドが○印を付けた奇数フィール
ドのとき、次のフィールドはΔ印を付けた偶数フィール
ドとなり、第８図すの電圧を印加して走會を行なう。し
たがって同一のホトダイオードから信号電荷が読出され
る周期は２フィールドごとであり蓄積時間は１フィール
ドを１／６０秒とすると１７３０秒となる。

発明が解決しようとする問題点 このようにＣＯＤを駆動して走査をした撮像装置では蛍
光灯などのフリッカをもつ照明時の撮像に対してちらつ
きが少ない画像が得られるが、移動する物体たとえば車
などを撮像した場合に得られた画像がボケてしまうとい
う問題点を有している。

第２の従来例としては、第９図に示したように、ホトダ
イオードからの読出し方法を変え、蓄積時間を１フィー
ルドの時間にしたものがある。奇数フィールドではまず
Ｏ印のホトダイオード１０１ａと１０１ｂから同時に信
号電荷をＶ−ＣＯＤのｖ３の電極に読出す。電圧波形を
第１０図ａに示す。

華直方向の走査は第１の従来例と同様であり１水平走査
ごとに順次ｖ１〜■４へと転送する。このように同一フ
ィールドですべてのホトダイオードから信号をＬ’ｌみ
出す。次の偶数フィールドではΔ印のホトダイオード１
０１ｂと１０１ｃかも同時に信号電荷をＶ−ＣＯＤのｖ
３の電極に読出す。電圧波形を第１０図すに示す。この
ようにしてホトダイオードから信号を読出すことにより
蓄積時間は１フィールド、１７６０秒とし、移動する物
体を撮像した場合の画像のボケを改善したものがある。

しかしこの場合、蛍光灯々どのフリッカをもつ照明時に
撮像した画像にちらつきが多くなるという問題点を有し
ている。

第３の従来例として、例えば特開昭５７−１７８４０号
公報に示されている。この例においては撮像素子の駆動
方法を切換て、第８図及び第１０図に示したフレーム蓄
積とフィールド蓄積を切換るものであり、一つの撮像装
置で動画における解像度の高い方式と、蛍光灯などによ
るフリッカの影響の少ない方式を切換ることか可能とな
っている。

しかしながらこの方式においては画素信号が撮像素子か
ら出力信号として得られるまでに、画素、信号の混合の
され方が異なる。したがって撮像素子にモザイク色フィ
ルタを付け、画素信号のレベル差を用いて色分離を行な
う単板式カラーカメラには使用することができないとい
う問題点を有していた。

本発ＥＩＡはかかる点に鑑み、単板カラーカメラにおい
て蓄積時間をフレーム周期とフィールド周期に切換え、
且つ切換時における信号レベル変化をなくすことができ
る単板カラーカメラを実現できる蓄積時間切換固体撮像
装置を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明は撮像素子に入射する光量を制御するしぼり制御
回路と、撮像素子の蓄積時間を制御するシステム制御回
路と利得制御回路を備え、蓄積時間切換時の信号のレベ
ル変化をしぼりの制御と利得の制御を合せて行なうこと
により、撮像装置の出力信号のレベル変化をなくした撮
像装置である。

作　　　用 本発明は前記した構成により、■−ブ２ンキング内で電
荷を高速転送し撮像素子からの信号読出しはフレーム蓄
積モードと同様にし、信号電荷の蓄積時間のみを１フレ
一ム走葺期間と、１フィールド走査期間に切換ることに
より単板カラーカメラにおいて蓄積時間の切換を可能と
し、且つ蓄積モードの切換による信号レベルの変化を利
得制御及びしぼり制御回路を用いて無くするようにした
ものである。このようにして撮像素子の蓄積時間を制御
し、たとえば照明光のフリッカが問題になるか、被写体
の動きによるボケ（動的解像度）が問題になるかの判断
を照度を用いて行ない、照明光のフリッカが問題になる
低照度のときに蓄積時間を長くしくフレーム蓄積モード
λ照度が上シ、被写体の動きによる撮像画像のボケが問
題になる場合には蓄積時間を短かく（フィールド蓄積モ
ード）する切換を自動で行なわせ撮像画像のチラッキと
ボケの問題を解決することが可能となる。

実施例 第１図は本発明における第１の実施例における蓄積時間
切換固体撮像装置のブロック図を示すものである。第１
図において１は入射光量を制御するしぼり、２は光学像
を電気信号に変換する撮像素子、３は信号レベルを可変
する利得制御回路、４は撮像信号を目的とする信号形式
に変換するプロセス回路、６は撮像素子の信号レベルを
検出するレベル検出回路、６は入力信号に応じてしぼり
開閉を制御するしぼり制御回路、８は撮像条件に応じて
撮像装置の動作条件を決定するシステム制御回路である
。

以上の様に構成され九本実施例の蓄積時間切換固体撮像
装置について以下その動作を説明する。

撮像素子２の構成とモザイクフィルタを第２図ａ、ｂに
示す。撮像素子２ｆ′ｉ従来よシ用いられているインタ
ーラインＣＯＤであり、１１はホトダイオード、１２は
垂直方向に信号電荷を転送して走査を行なうＶ−ＣＯＤ
、１３は水平方向に信号電荷を転送して走査を行なうＨ
−ＣＯＤ、ｆ４は信号電荷を電圧に変換して出力するフ
ローティングディフェージンアンプ（ＦＤＡ）であり、
第２図すはこの撮像素子の前面に付けられるモザイクフ
ィルタである。Ｗは全色光透過、Ｇは緑色光透過Ｙｅは
黄色光透過、ａｙはシアン色光透過の色フィルタである
。ホトダイオード１１ａの上には色フィルタ１６＆が置
かれ、ホトダイオード１１ｂには色フィルタ１６ｂが置
かれる。以下同様にそれぞれのモザイク色フィルタには
撮像素子のホトダイオードが対応する。

撮像素子に加える駆動パルスを第３図に示す。

同図上側にはフレーム蓄積モードのパルス位置関係を示
し、下側にはフィールド蓄積モードのパルス位置関係を
示す。■パルス２８．３０はＶ−ＣＣＤ１２を駆動する
ものであり、Ｈパルス２９．３１はＨ−ＣＣＤ３を駆動
するものである。２４〜２６のＶ高速転送パルス以外の
パルスは第８図ａ−Ｃに示したものと同じである。フレ
ーム蓄積モードにおいてホトダイオードの信号は読出し
パルス２１によりフィールド毎に交互に読出す。第２図
ａにおいて○印を付けたホトダイオード１１ａ、１１ｃ
などから奇数フィールドで読出し、△印を付けたホトダ
イオード１１ｂ、１１ｄなどから偶数フィールドに読出
す。これは従来用いられている信号の読出しモードであ
り、このモードで色分離が可能なようなモザイク色フィ
ルタを用いて単板のカラーカメラ（撮像装置）とする。

それぞれのフィールドでＷ、Ｇ　、Ｃｙ、Ｙｅの画素信
号が読出され、４のプロセス回路により次式のような色
分離を行う。

Ｒ＝％（（Ｗ−Ｃｙ）＋（Ｙｅ−Ｇ））８２％（（Ｗ−
Ｙｅ）　＋（Ｃｙ−Ｇ）］Ｙ”％　（Ｗ＋Ｇ＋Ｃｙ＋Ｙ
ｅ　） Ｒは赤信号、Ｂは青信号、Ｙは輝度信号を示す。

４のプロセス回路ではこれらの信号に対してホワイトバ
ランス、ガンマ補正、マトリックスなどの処理を行ない
、たとえばＮＴＳＣの信号に変換して出力する。

フィールド蓄積モードにおいてはＶプシンキング内に■
高速転送パルス２４〜２６を付加する。

２１の読出しパルスが奇数フィールドの場合は、読出し
パルス２４１’ｊ：１Ｍ数フィールドのホトダイオード
から信号を読出す。２１の読出しパルスが偶数フィール
ドの場合は２４の読出しパルスは奇数フィールドから読
出す。読出した後にＶ−ＣＣＤ１２に高速転送するパル
ス２５を印加する。通常のＶ転送は１Ｈ走査期間に１回
、約１５．５ｋｌｈであるが高速転送パルスは２００ｋ
）ｌＺ〜１勉程度の周波数とし、■ブランキング内で垂
直走査を終了するようにする。高速転送時において水平
走査は行なわず、Ｈ−ＣＣＤ１３のすべての電極を高電
位とし、ＦＤＡ部１４から転送された電荷を読出す。

このようにして信号の読出しとは別にホトダイオードか
ら電荷を読出すことにより、蓄積時間のみを短かくした
フレーム読出しが可能となる。つまりフィルド蓄積フレ
ーム読出しを実現することができる。この読出し方法を
用いることにより蓄積時間を切換えても画素信号の読出
し関係が変化しないため、画素ごとの信号レベル差によ
り色分離を行なう単板カラーカメラにおいて、撮像素子
の蓄積時間の切換が可能となる。

次にフィールド蓄積モードとフレーム蓄積モード切換時
の信号レベルの制御について説明する。

第４図に光量、しぼりの開閉、撮像素子信号レベル、利
得制御回路のゲイン、撮像装置の出力信号レベルを示す
。横軸は時間である。ｔｌ　の前後で光量が増加し、會
、でしぼりの制御値は基準レベル１まで閉られる。この
時点においてシステム制御回路ｓＶｉ駆動回路７を制御
し撮像素子の蓄積モードラ、フレーム蓄積モードからフ
ィールド蓄積モードに切換える。したがって切換時に撮
像素子の信号レベルは％に減少する。システム制御回路
８Ｖｉモード切換１フィールド走査期間後ｔ１ｏにおい
て利得制御回路３を制御しゲインを１から２に制御する
。このように蓄積モード及び利得制御回路を制御後にし
ぼり徐々に開き利得制御回路の利得を２から１まで徐々
に下げる（１１〜ｔ２の期間）。このようにして信号レ
ベルを一定として利得制御回路のゲイ／を１まで下げる
ことにより、フレーム蓄積モードからフィールド蓄積モ
ードへの切換を終了する。次にフィールド蓄積モードか
らフレーム蓄積モードの切換について説明する。

時間ｔ３の前後で光量が下り、しぼりの制御が基準レベ
ル２まで開かれる。この時点においてシステム制御回路
８けしほりと利得制御回路を制御し、しぼりを徐々に閉
じゲインを２まで上げる。このとき利得制御後の信号レ
ベルは一定になるように制御を行なう。利得制御回路の
ゲインが２になったｔ４の時点でフィールド蓄積モード
から７レーム蓄積モードに切換え、１フィールド走査時
間後ｔ２゜において利得制御回路のゲインを２から１Ｖ
Ｃもどす。このようにして撮像装置の出力信号レベルの
変動なしに蓄積モードを切換ることか可能となる。

以上のように本実施例によれば、システム制御回路【よ
シ、撮像素子の駆動モード及び利得制御回路そしてしぼ
り制御回路を同時に制御することにより、撮像素子を一
つ用いた単板カラーカメラにおいてフレーム蓄積モード
とフィールド蓄積モードの切換が可能となり、且つモー
ド切換時における信号レベルの変動もなくすることが可
能となる。

第５図は本発明の第２の実施例を示す蓄積時間切換固体
撮像装置のブロック図である。同図において１は撮像素
子に入射する光量を制御するしぼシ、２は光学像を電気
信号に変換する撮像素子、３は回路系の利得を変化させ
る利得制御回路、５は信号レベルを検出するレベル検出
回路、７は撮像素子２を動作させるための駆動回路で、
以上は第１図の構成と同様なものである。第１図の構成
と異なるのはしぼり制御回路３ｏは単独で動作し、シス
テム制御回路３１の制御を受けない点であり、システム
制御回路３１は撮像素子の蓄積モードを切換えるため駆
動回路７と利得制御回路３を制御する点である。

前記のように構成された第２の実施例の蓄積時間切換固
体撮像装置について、以下その動作を説明する。

撮像素子２の駆動モードは第１の実施例と同様であり、
フレーム蓄積モードとフィールド蓄積モードがある。フ
ィールド蓄積モードでは、■−ブランキング時に１つの
フィールドの信号電荷を高速転送によりリセットし、の
こりのフィールドの電荷を通常のフレーム蓄積と同様の
方法で読出す。

フレーム蓄積モードはＶブランキング内の高速転送のな
い通常のモードである。この２つのモードの切換時の制
御について第６図に示す。

時間ｔ１の前後で光量が増加し、素子出力が時間ｔ１　
で基準レベル１になる。時間ｔ１　においてフレーム蓄
積モードからフィールド蓄積モードに切換る。このとき
撮像素子１の出力は％となるので利得制御回路のゲイン
を１フィールド走査期間後ｔ１ｏで倍に上げる。光量の
増加にともない撮像素子出力が増加し、これに合せて利
得制御回路のゲインを下げる。次にフィールド蓄積モー
ドからフレーム蓄積モードの切換について説明する。時
間ｔ４の前後で光量が下シ撮像素子出力のレベルが時間
ｔ４で基準レベル２となる。時間ｔ４にお１／１てフィ
ール）’Ｉａモードからフレーム蓄積モードに切換える
。このとき撮像素子出力のレベルが倍に増加するため、
利得制御回路のゲインを１フイ一ルド走沓期間後ｔ２ｏ
で％に下げ撮像装置として信号の出力レベルを一定にし
て蓄積モードの切換を行なう。

以上の様に本実施例によれば、しぼり回路罠システム制
御回路からの制御を行なわずに、撮像素子のモード切換
を、出力信号レベルの変動なく行なうことが出来る。

なお本実施例は、撮像素子を１つ用いた単板カラーカメ
ラを例として説明したが、多板のカメラに利用できるの
は言うまでもない。

また撮像素子の蓄積モード切換の判断を、信号のレベル
やしぼりの制御レベルで行なったが、その他、たとえば
フリッカ検出装置によシモード切換の判断を行なっても
良いのは言うまでもない。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、単板カラーカメラ
においても蓄積時間の切換が可能となる。また切換時の
信号レベルの変動がないため、撮像中に任意な切換が可
能であり、たとえば光量の変化を用いた蓄積時間の自動
切換も可能であり、螢光打丁の照明でフレーム蓄積モー
ドにしてフリッカの影響を小さくシ、また明るい屋外で
はフィルド蓄積モードにして動的解像度を高く（ボケの
少なく）シた画像を撮像することが出来る撮像装置を実
現することが出来、この実用的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における一実施例の蓄積時間切換撮像装
置のブロック図、第２図ａは撮像素子の構造を示す模式
図、同図すは色フィルタの構造を示す模式図、第３図は
撮像素子の駆動タイミングを示すタイミング図、第４図
は各ブロックの動作関係を示す波形図、第５図は本発明
における第２の実施例の蓄積時間切換撮像装置のブロッ
ク図、第６図は第２の実施例の各ブロックの動作関係を
示す波形図、第７図及び第９図は従来の撮像素子の構成
と信号読出方法を示す模式図、第８図及び第１０図は従
来の撮像素子の駆動パルスを示す波形図である。 １・・・・・・しぼυ、２・・・・・・撮像素子、３・
・・・・利得制御回路、４・・・・・・プロセス回路、
５・・・・・・レベル検出回路、６，３ｏ・・・・・・
しぼり制御回路、７・・・・・・駆動回路、８．３１　
・・・・・システム制御回路、１１・・・・・・ホトダ
イオード、１２・・・・・・垂直ＣＣＤ、１３・・・・
・・水平ＣＣＤ、１４・・・・・・フローティングディ
３フエージヨンアンプ、１６・・・・・・モザイク色フ
ィルタ、２０・・・・・−垂直転送パルス、２ｊ、２４
・・・・・・読出しパルス、２２・・・・・・水平ブラ
ンキング、２３・・・・・・水平転送パルス、２５・・
・・・・垂直高速転送ノくルス、２６・・・・・・垂直
高速転送部の水平ＣＯＤ波形。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 （ＯＬ） （ｂ＞ ζ　ゝ　　　　３刀 〜　　〜 第　４　図 １＋及び゛ｔ４市μ文の葵大図 第５図 第６図 １１八ひ“ｔ４７し麦の千に＼邑 第７図 第　８　図 ＭＬ／’ｔｆじ　　　　　　ｖｗ’ｔｉ　　　　　　ｖ
ｉｉ’ｗ（０Ｌ） ル） 第９図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）光学像を電気信号に変換する固体撮像素子と、前
   記固体撮像素子が光を電気信号に変換する１周期の時間
   （以下蓄積時間）を切換る駆動回路と、前記固体撮像素
   子に入射する光量を制御するしぼり制御回路と、前記固
   体撮像素子の信号レベルを可変する利得制御回路と、前
   記駆動回路での蓄積時間切換時に撮像素子の出力信号レ
   ベルの増加減少を前記利得制御回路又は前記利得制御回
   路としぼり制御回路を制御して信号レベルを一定にする
   システム制御回路より構成されることを特徴とする蓄積
   時間切換固体撮像装置。
2. （２）システム制御回路は、前記蓄積時間を１フレーム
   走査期間（以下フレーム蓄積モード）又は１フィールド
   走査期間（以下フィールド蓄積モード）に制御し、フレ
   ームモードからフィールドモードに切換たとき、１フレ
   ーム走査期間後に前記利得制御回路の利得を倍とし、フ
   ィールドモードからフレームモードに切換たときは、１
   フレーム走査期間後に前記利得制御回路の利得を半分と
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の蓄積
   時間切換固体撮像装置。
3. （３）システム制御回路は、前記フレーム蓄積モードか
   ら前記フィールド蓄積モードに切換えたとき、前記しぼ
   り制御回路を制御してしぼりを光量が２倍となるまで徐
   々に開く制御をし、これと同時に前記利得制御回路の利
   得を徐々に半分になるよう制御し、前記利得制御回路の
   出力において信号レベルが変動のない制御とし、前記フ
   ィールド蓄積モードから前記フレーム蓄積モードに切換
   る条件になったとき、前記しぼり制御回路を制御してし
   ぼりを光量が１／２倍となるまで徐々に閉る制御をし、
   これと同時に前記利得制御回路の利得を徐々に倍になる
   よう制御し、前記利得制御回路の出力において信号レベ
   ルが変動のない制御としてからフィールド蓄積モードか
   らフレーム蓄積モールドに切換ることを特徴とする特許
   請求の範囲第２項記載の蓄積時間切換固体撮像装置。