JP3508584B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光電変換素子を用
いて被写体の撮像を行うＣＣＤや、ビデオカメラ装置、
カメラ装置等の撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日におけるビデオカメラ装置には、撮
像管よりも小型軽量化及びローコスト化等が可能なこと
から撮像手段として複数の光電変換素子で形成された固
体撮像部（ＣＣＤイメージセンサ）が設けられている。
一般的に、ＣＣＤイメージセンサは、光を受光しこれを
電荷として蓄積する光電変換素子を格子状に配置してな
る固体撮像部を有し、各光電変換素子が蓄積した電荷を
読み出し、これを転送してＣＣＤ出力として出力する構
成となっている。

【０００３】ところで、このような従来のＣＣＤイメー
ジセンサにおいては、光学的な黒基準を調整するために
ＯＢ素子が設けられている。このＯＢ素子は、固体撮像
部の外縁部に設けられた光電素子をアルミ等で遮蔽して
光が当たらないようにし、これからの出力を光学的な黒
基準として映像を調節する、いわゆるクランプ処理を行
うものである。

【０００４】図５（ａ）は、従来のビデオカメラ装置に
おいて、黒基準を検出して、画像の調整処理を行うブロ
ック図を示すものである。

【０００５】同図において、ＣＣＤ１の黒基準検出素子
からの出力は、ＣＤＳ回路２のＣＬＰ５２に送出され
る。ここで送出される信号は、図５（ｂ）に示すよう
に、映像が含まれる有効映像エリアと、その上端部に位
置する垂直黒基準（ＶＯＢ）と、側部に位置する水平黒
基準（ＨＯＢ）とから構成される。

【０００６】そして、ＣＬＰ５２において、ＶＯＢ信号
又はＨＯＢ信号に基づいて映像信号のクランプ処理を行
い、ＢＬＫ５３において、ＶＯＢ信号及びＨＯＢ信号を
ブランキングし、これをＣＤＳ５４及びＡＧＣ５１に送
出する。なお、これらの各装置はＴＧ５５で制御され
る。

【０００７】このような従来のＣＣＤイメージセンサで
は、１フィールド期間に１回の間隔で各光電変換素子が
蓄積した電荷を読み出すものであり、図５（ｂ）に示す
ように、撮像される映像は、１フィールドに１枚の画像
が含まれた形となる。

【０００８】そして、従来のビデオカメラ装置において
は、ＯＢ素子の出力も１フィールド期間に１回の間隔で
読み出している。詳述すると、図５（ｃ）に示すよう
に、水平同期信号ＨＤにおける信号の間、即ち１Ｈ（水
平同期）期間に１回の間隔で映像信号が読み出される。
このとき水平黒基準ＨＯＢ信号は、各映像ラインが水平
方向に読み出される毎に１回だけ読み出される。一方、
１フィールド期間内において、垂直方向にデータが転送
され、この垂直方向の転送の際に、垂直黒基準ＶＯＢ信
号が、１回だけ読み出される。

【０００９】ところで、一般的なＣＣＤイメージセンサ
では、光電変換素子が強い光を受けることによっていわ
ゆるスミア現象が生じる。このスミア現象とは、光電変
換素子が強い光を受けることにより素子が早期に飽和状
態となり、これが周囲の光電変換素子や電荷の垂直転送
に影響を及ぼし、撮像画像において、過度の受光をした
部分の周囲や、上下垂直方向に滲みや線が生じる現象を
いう。このスミア現象による影響は、本来光が当たらな
いＯＢ素子にも及ぶため、ＯＢデータを検出することに
よって、スミア現象の発生を検知することができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように、従来のＣＣＤイメージセンサでは、１フィー
ルド期間に１回の間隔でＯＢデータを読み取ることによ
ってスミア現象の検出を行うものであることから、この
間隔では十分な検出精度が得られず、画質の劣化を十分
に防止するのは困難であった。

【００１１】特に、１フィールド期間内に複数回光電変
換素子の読み出しを行って、１フィールド期間内に複数
枚の画像を撮像する高速撮像においては、従来の方法で
は、１つの垂直黒基準で、複数枚の画像のスミア検出等
を行うこととなり、クランプ処理の精度が低下する惧れ
がある。

【００１２】そこで、本発明は、上述の課題に鑑みてな
されたものであり、ＣＣＤ等の撮像装置において高輝度
データによるスミアが発生した際に起こる映像の劣化を
防止し、画質の向上を図ることのできる撮像装置の提供
を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本願請求項１に係る撮像
装置は、上述の課題を解決するためになされたものであ
り、光を検出する光電変換素子を行方向及び列方向に多
数格子状に配列してなる固体撮像部を有し、これらの光
電変換素子が受光によって蓄積した電荷を転送して撮像
する撮像装置において、前記固体撮像部には、水平方向
に配列される１又は複数行分の前記光電変換素子が受光
しないように遮蔽して構成される光学的垂直黒基準の検
出用素子を設け、１フィールド期間内に前記各光電変換
素子の読み出しを複数回行い、１フィールド期間内に複
数回行われる前記読み出しをする毎に、前記垂直黒基準
検出用素子の電荷を読み出すものである。

【００１４】このような請求項１に係る撮像装置によれ
ば、１フィールド期間内に複数回行われる画像の読み出
しをする毎に、垂直黒基準検出用素子についても読み出
しを行うため、画像毎にスミア等の検出を行うことがで
き、精度よくクランプ処理を行うことができる。

【００１５】請求項２に係る発明は、検出した光を電荷
に変換して出力する光電変換素子を行方向及び列方向に
多数格子状に配列してなる固体撮像部と、前記固体撮像
部に設けられ、水平方向に配列される１又は複数行分の
前記光電変換素子が受光しないように遮蔽して構成され
る垂直黒基準検出用素子と、前記固体撮像部における垂
直黒基準検出用素子から出力される電荷に基づきスミア
の発生を検出する検出手段とを備える撮像装置であり、
１フィールド期間内に前記各光電変換素子の読み出しを
複数回行い、前記検出手段においてスミアの発生が検出
されたことに応答して、１フィールド期間内における前
記垂直黒基準検出用素子からの電荷の読み出し回数を、
１フィールド期間内における前記各光電変換素子の読み
出し回数の範囲内で増加させるようにしたものである。

【００１６】このような請求項２に係る撮像装置によれ
ば、１フィールド期間内に複数回画像の読み出しを行う
とともに、垂直黒基準検出用の素子の読み出しを、検出
手段の検出結果に基づいて、１フィールド期間内に０回
から画像の読み出し回数分だけ可変的に行うため、必要
に応じて垂直黒基準の読み出し回数を調節することがで
き、種々の撮像モード、撮像条件に応じたクランプ処理
等を行うことができる。

【００１７】これにより、例えば、平常時とスミア等の
発生時とで垂直黒基準の読み出し回数を変化させること
ができ、状況に応じて、撮像時の有効ライン数とクラン
プ処理の精度とのバランスを適宜調節することができ
る。

【００１８】また、この請求項２に係る撮像装置におい
て、垂直黒基準の読み出し回数を０とした場合には、垂
直黒基準の読み出しや信号処理を省略することができ、
映像信号処理の高速化を図ることができる。

【００１９】請求項３に係る発明は、請求項１又は２に
記載の撮像方式において、撮像された画像が表示された
場合に、前記垂直黒基準検出用素子からの信号が、表示
された該画像内に存在するときには、画像内に存在する
該信号を遮蔽する遮蔽手段を有するものである。

【００２０】このような請求項３に係る撮像装置によれ
ば、表示画面内に存在する黒基準をブランキングするこ
とによって、例えば信号の値を０とし、垂直黒基準が画
面内に移り込むのを防止することができるとともに、垂
直黒基準が例えばホワイトバランスやアイリス、フォー
カス等の調整に影響を及ぼすのを防止することができ
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る撮像装置の好
ましい実施の形態について図面を参照しながら詳細に説
明する。本発明に係る撮像装置は、ビデオカメラ装置に
適用することができる。

【００２２】［撮像装置の構成］この本発明の実施の形
態となるビデオカメラ装置１００は、図１に示すように
被写体の撮像を行うＣＣＤイメージセンサ１と、ＣＣＤ
イメージセンサ１からの撮像信号から相関二重サンプリ
ング法を用いてノイズ成分を除去すると共に、これを適
当な利得で増幅して出力するＣＤＳ／ＡＧＣ２と、ＣＤ
Ｓ／ＡＧＣ２からの撮像信号をデジタル信号に変換する
ＡＤＣ３と、このＡＤＣ３からの出力に対して所定のビ
デオプロセス処理等を施して出力するＤＳＰ４とを有し
ている。

【００２３】また、このビデオカメラ装置１００は、Ｄ
ＳＰ４からの撮像信号を一旦記憶するメモリ５と、前記
ＤＳＰ３からの撮像信号をビデオテープに記録し再生す
る記録再生部（ＶＴＲ）７と、記録時には前記ＤＳＰ３
からの撮像信号を選択して出力し、再生時には前記記録
再生部７により再生された撮像信号を選択して出力する
切り替えスイッチ１１と、メモリ６の記憶読み出し制御
を行うメモリ制御部５とを有している。

【００２４】さらに、このビデオカメラ装置１００は、
ＤＳＰ４から供給される撮像信号に応じた画像及び記録
再生部７で再生された画像を表示する、例えば電子ビュ
ーファインダや小型液晶モニタで形成された表示部８
と、例えばテレビジョン受像器等の外部のモニタ装置に
撮像信号を供給するための外部出力端子１０と、撮像モ
ードに応じて、記録時にはＣＣＤイメージセンサ１に蓄
積された電荷の読み出し方を可変制御すると共に、再生
時には記録再生部７の再生状態を制御する制御部９とを
有している。

【００２５】そして、このビデオカメラ装置１００で
は、撮像時（記録時）にあっては、スイッチ１１の端子
１１ｂと１１ｃとを接続し、ＣＣＤ１からの出力をメモ
リ制御部５を介して、表示部８やモニタ装置等に画像を
表示しつつ、撮像信号をＶＴＲ７に記録し、再生時にあ
っては、スイッチ１１の端子１１ａと１１ｃとを接続し
てＶＴＲ７に記録された撮像信号をメモリ制御部５に出
力し、表示部８、若しくは外部出力端子１０を介してモ
ニタ装置等に表示する。

【００２６】前述したＣＣＤイメージセンサ１は、図２
に示すような、光電変換素子を、行方向及び列方向に多
数格子（２次元マトリクス）状に配列してなる固体撮像
部１７を有するとともに、各光電変換素子が受光によっ
て蓄積した電荷を電気信号として出力するものである。

【００２７】すなわち、このＣＣＤイメージセンサ１で
は、固体撮像部１７において光電変換素子が蓄積した電
荷を、各垂直転送路２１を介して水平転送路２２に垂直
転送した後、水平転送路２２において水平転送し、アン
プ２３、出力端子２４を経て、前記ＣＤＳ／ＡＧＣ２に
供給される。なお、このＣＣＤイメージセンサ１は、後
述する高速撮像モードにおいて、１フィールド期間内に
複数枚の画像を撮像する場合に、不要な電荷を掃き出す
ためのドレーン手段（図示せず）が設けられている。

【００２８】また、上記固体撮像部１７は、本実施形態
においては、光学像を撮像すべく受光し映像を撮像する
有効映像エリア１２と、この有効映像エリア１２の周囲
に配置される光電変換素子を例えばアルミ等により遮蔽
してなる光学的黒基準を検出するための垂直黒基準検出
素子ＶＯＢ１３，１４及び水平黒基準検出素子ＨＯＢ１
５，１６とを有する。

【００２９】ＶＯＢ１３，１４は、固体撮像部１７の最
上段及び最下段に水平に配列された光電変換素子を遮蔽
してなるものであり、有効映像エリア１２における垂直
方向の黒基準を検出するものである。また、ＨＯＢ１
５，１６は、固体撮像部１７の左右に垂直に配列された
光電変換素子を遮蔽してなるものであり、有効映像エリ
ア１２における水平方向の黒基準を検出するものであ
る。

【００３０】また、このＤＳＰ４には、図３（ａ）に示
すように、ＤＳＰ４に供給される信号のうち、ＶＯＢ信
号及びＨＯＢ信号の値を０とするためのブランキング手
段ＢＬＫ２５と、映像信号のホワイトバランスやアイリ
ス（絞り）、フォーカス等を自動で調節する自動制御手
段ＡＵＴＯ２６と、ＡＵＴＯ２６からの出力に基づいて
映像信号を加工しＤＳＰ４に対して出力するマイコン２
７とが設けられている。

【００３１】［撮像時の動作］次に、このような構成を
有する当該実施の形態のビデオカメラ装置１００の動作
説明をする。このビデオカメラ装置１００には、固体撮
像部１７の光電変換素子の読み出しを１フィールド期間
内に１回だけ行う「通常撮像モード」と、読み出しを１
フィールド期間内に複数回行う「高速撮像モード」が備
えられている。

【００３２】（通常撮像モード時の動作）この通常撮像
モードにおいては、１フィールド期間内に１回だけ光電
変換素子の読み出しを行うとともに、ＶＯＢ信号の読み
出しも１フィールド期間内に１回だけ行う。すなわち、
通常撮像モードでは、１フィールド期間に１回、すなわ
ち１／６０秒間隔で、固体撮像装置１７のすべての光電
変換素子について読み出しを行い、１フィールド期間に
１枚の画像を撮像する。なお、光電変換素子の読み出し
の際ＨＯＢ信号は、画像の各ラインを読み出す毎に出力
される。

【００３３】（高速撮像モード時の動作）この高速撮像
モードにおいては、１フィールド期間内に光電変換素子
の読み出しを複数回行い、１フィールド期間内に複数枚
の画像を撮像する。本実施形態においては、例えば１フ
ィールド期間内に２回、すなわち１／１２０秒間隔で、
固体撮像装置１７のすべての光電変換素子について読み
出しを行い、１フィールド期間に２枚の画像を撮像す
る。

【００３４】この高速撮像モードにおけるＶＯＢの読み
出しについては、以下の形態を採ることができる。

【００３５】高速撮像モード時の実施形態１ この実施形態では、普段はＶＯＢの読み出しを行わず、
有効ラインを最大限に使用して撮像を行う。このとき、
スミア等による異常値の検出は、ＨＯＢ信号のみに基づ
いて行う。

【００３６】そして、ＤＳＰ４は、ＨＯＢ信号において
異常値が検出した場合、これをＴＧ９１に通知し、これ
を受けてＴＧ９１は、ＣＣＤ１、ＣＤＳ／ＡＧＣ２及び
ＡＤＣ３の駆動を制御することによって、ＶＯＢ信号の
読み出しの方式を変更する。

【００３７】このＶＯＢ信号の読み出しの方式には、図
３（ｂ）に示すような、１フィールド期間にＶＯＢ信号
を１回読み出し、１つのＶＯＢ信号で２枚の画像のクラ
ンプ処理を行う方式と、図３（ｃ）に示すような、１フ
ィールド期間に複数回（本実施形態では２回）行われる
画像の読み出しをする毎にＶＯＢ信号を読み出し、１つ
の画像に対して１つのＶＯＢ信号でクランプ処理を行う
方式とがある。

【００３８】この図３（ｂ）に示す方式において、ＤＳ
Ｐ４によるスミア検出及びクランプ処理の後にはＶＯＢ
信号は不要となることから、ＢＬＫ２５からブランキン
グパルスを発生することによって、ＶＯＢ信号の値を０
としたうえで、これをＡＵＴＯ２６やマイコン２７に信
号を送出する。

【００３９】一方、図３（ｃ）に示す方式においても、
ＤＳＰ４によるスミア検出及びクランプ処理の後には、
ＶＯＢ信号は不要となることから、ＢＬＫ２５によって
ブランキングを行うことが好ましい。特に、本方式では
複数回ＶＯＢ信号を読み出すため、２回目以降のＶＯＢ
信号が画面内に存在することとなるため、ＡＵＴＯ２６
におけるホワイトバランスの調整等に影響を及ぼす惧れ
があるので、画面内に存在するＶＯＢ信号をブランキン
グするようにＢＬＫ２５によってブランキングパルスを
発生する。

【００４０】なお、これらの方式は、ＤＳＰ４が必要に
応じて、例えば発生したスミアの程度に応じて適宜選択
するようにしてもよいし、操作者が選択するようにして
もよい。

【００４１】このような実施形態１によれば、普段はＶ
ＯＢ信号の読み出しを行わないため、その分高速に信号
の転送・処理を行うことができるとともに、有効ライン
数を最大にすることができ高品質な画像を撮像すること
ができる。そして、スミア等が発生した場合には、２つ
の方式を選択するため、必要な回数だけＶＯＢ信号を読
み出すことができ、状況に応じてクランプ処理の精度を
調節することができる。

【００４２】高速撮像モード時の実施形態２ この実施形態では、普段は、図３（ｂ）に示すように、
１フィールド期間に１回だけＶＯＢ信号の読み出しを行
う。すなわち、１フィールド期間において、２枚の画像
に対して１つのＶＯＢ信号で、スミア等の検出を行う。
このとき、ＤＳＰ４によるスミアの検出をした後、ＡＵ
ＴＯ２６ではＶＯＢ信号が不要になることから、ＶＯＢ
信号信号をＢＬＫ２５によってブランキングする。

【００４３】そして、ＤＳＰ４は、スミア等によるＶＯ
Ｂ信号の異常値を検出した場合、これをＴＧ９１に通知
し、これを受けてＴＧ９１は、ＣＣＤ１、ＣＤＳ／ＡＧ
Ｃ２及びＡＤＣ３の駆動を制御することによって、ＶＯ
Ｂ信号を１フィールド期間に複数回、本実施形態では、
１フィールド期間内に２回ＶＯＢ信号読み出すことによ
って、２枚の画像に対して２つのＶＯＢ信号を対応させ
るようにする。このときも上述したように、画面内に存
在するＶＯＢ信号をブランキングするようにＢＬＫ２５
によってブランキングパルスを発生させる。

【００４４】このような実施形態２によれば、普段はＶ
ＯＢ信号の数を１つとしておき、ＶＯＢ信号に要する分
の読み出し期間を映像撮像用に用いることができ、有効
映像ライン数を増大させることができる。また、本実施
形態では、普段にあっては、１フィールド期間内に少な
くとも１回はＶＯＢ信号によるスミアの検出を行うた
め、スミア等の異常が発生した場合に迅速にスミア防止
のための処理を開始することができる。また、スミア等
が発生した際にあっては、ＶＯＢ信号の数を増大させる
ことによって、クランプ処理の精度を向上させることが
でき、スミア等による画像の劣化を抑制することができ
る。

【００４５】［変形例］上述したビデオカメラ装置１０
０については、以下のような変形をすることができる。
すなわち、上述した実施形態において１フィールド期間
内に複数回、画像の読み出しを行う高速撮像モードの場
合に、固体撮像部１７において読み出しを、任意の光電
変換素子から開始することで、手ぶれ補正を行うことが
できる。

【００４６】詳述すると、１フィールド期間内に複数の
画像を撮像する際、ビデオカメラ装置１００に設けられ
た手ぶれ検出手段（図示せず）によって、装置の傾斜や
上下左右への振動を検出し、これによってビデオカメラ
装置１００に対する被写体の相対的な移動を算出し、こ
の算出結果に基づいて読み出しを開始する光電変換素子
を変更する。

【００４７】例えば、ＣＣＤ１が上方に移動するように
ビデオカメラ装置１００が傾斜した場合、被写体は撮像
画面上において下方に移動する。これに対応するよう
に、図４に示すように、読み出しを開始する光電変換素
子を下方にずらして有効映像えらを下方に移動させるこ
とにより、被写体の移動を相殺することができる。

【００４８】この場合においても、上述した、のよ
うな高速撮像モードにおける実施形態を採ることによっ
て、状況に応じたスミアの検出、クランプ処理等を適切
に行うことができ、撮像画像の向上を図ることができ
る。

【００４９】

【発明の効果】本発明に係る撮像手段によれば、ビデオ
カメラ装置等のＣＣＤイメージセンサを備えた撮像装置
で、例えば１フィールド期間内に複数回画像の読み出し
を行う高速モードを採用する場合においても、高輝度デ
ータによるスミア等、撮像信号に異常が発生した際に起
こる映像の劣化を、各撮像モードに応じて適切に防止
し、画質の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る撮像装置を適用した実施の形態の
ビデオカメラ装置を模式的に示すブロック図である。

【図２】前記実施の形態のビデオカメラ装置に設けられ
ているＣＣＤイメージセンサの構成を示す図である。

【図３】前記実施の形態におけるビデオカメラ装置の撮
像時の動作を示す説明図であり、（ａ）は動作時のブロ
ック図であり、（ｂ）及び（ｃ）は高速撮像モード時に
おけるＶＯＢ信号の読み出し形態を示すタイミングチャ
ートである。

【図４】前記実施形態における変形例を示す図であり、
固体撮像装置の有効映像エリアを模式的に示す図であ
る。

【図５】従来のビデオカメラ装置の説明図であり、
（ａ）はそのブロック図であり、（ｂ）は撮像信号を模
式的に示す図であり、（ｃ）は撮像信号のタイムチャー
トを示すものである。

【符号の説明】

１…ＣＣＤイメージセンサ、２…相関二重サンプリング
／自動利得制御部（ＣＤＳ／ＡＧＣ）、３…アナログ・
デジタル変換（ＡＤＣ）、４…デジタルシグナルプロセ
ッサ（ＤＳＰ）、１３，１４…ＶＯＢ、１５，１６…Ｈ
ＯＢ、２１…垂直転送路、２２…水平転送路、２３…ア
ンプ、２５…ＢＬＫ、２６…ＡＵＴＯ、２７…マイコ
ン、９１…ＴＧ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｎ 5/232 Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｂ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/222 - 5/257 H04N 5/30 - 5/335 H01L 27/14

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光を検出する光電変換素子を行方向及び
   列方向に多数格子状に配列してなる固体撮像部を有し、
   これらの光電変換素子が受光によって蓄積した電荷を転
   送して撮像する撮像装置において、 前記固体撮像部には、水平方向に配列される１又は複数
   行分の前記光電変換素子が受光しないように遮蔽して構
   成される光学的垂直黒基準の検出用素子を設け、 １フィールド期間内に前記各光電変換素子の読み出しを
   複数回行い、 １フィールド期間内に複数回行われる前記読み出しをす
   る毎に、前記垂直黒基準検出用素子の電荷を読み出すこ
   とを特徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】 検出した光を電荷に変換して出力する光
   電変換素子を行方向及び列方向に多数格子状に配列して
   なる固体撮像部と、 前記固体撮像部に設けられ、水平方向に配列される１又
   は複数行分の前記光電変換素子が受光しないように遮蔽
   して構成される垂直黒基準検出用素子と、 前記固体撮像部における垂直黒基準検出用素子から出力
   される電荷に基づきスミアの発生を検出する検出手段と
   を備える撮像装置であり、 １フィールド期間内に前記各光電変換素子の読み出しを
   複数回行い、前記検出手段においてスミアの発生が検出されたことに
   応答して、１フィールド期間内における前記垂直黒基準
   検出用素子からの電荷の読み出し回数を、１フィールド
   期間内における前記各光電変換素子の読み出し回数の範
   囲内で増加させるようにした ことを特徴とする撮像装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の撮像装置におい
   て、 撮像された画像が表示された場合に、前記垂直黒基準検
   出用素子からの信号が、表示された該画像内に存在する
   ときには、画像内に存在する該信号を遮蔽する遮蔽手段
   を有することを特徴とする撮像装置。