JPS61113367A - 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】 〔技術分野〕 本発明は撮像装置、就中、固体撮像素子を用いた撮像装
置に関する。

〔従来技術〕

固体撮像素子（例えばＣ０Ｄ）をテレビジョンに於ける
撮像の目的で使用する場合、テレビジョンのフィールド
周期と同等の同期で該素子を駆動することが必要となる
６例えば、ＮＴＳＣ方式に型処したテレビジョン・シス
テムではフィールド周はｌ　／　６０　ｓ　ｅ　ｃであ
り、したかってフレーム転送型の素子の場合には、１　
／　６０　ｓ　ｅ　ｃ周期でその撮像部から記憶部への
信号（電荷）の移送を行なうと共に、略１７６０　ｓ　
ｅ　ｃの間に該記憶部からの記憶信号（電荷）の読み出
しを行うべくこれを駆動する必要がある。

一方、被撮像対象の広範な輝度変動に対し、素子の出力
或いはこれを処理して得られる撮像信号のレベルを所定
の安定な範囲内の納める様にすることもまた必要である
が、これについては例えば、絞り等の手段を用いて撮像
部に対する入射光量を調節する様にしたり、或いは、出
力の処理系中にＡＧＣ増幅器を挿入して信号しベルを調
節することが行われている。

しかし乍ら、対象が極めて高輝度である場合には、上記
の絞り或いはＡＧＣ増幅器では信号レベルの調節を十分
に行い得ない場合が多い。

また、これとは別に、例えば、対象が高速で連動してい
る様な場合、上述したテレビジョンのフィールド周期に
準拠した周期での素子の駆動によりその撮像部での受光
時間が略１／６０ＳｅＣとなることによってディスプレ
イに際し、所謂画像流れや画像振れと云った好ましから
ざる事態を生ずることがある。

以上は何れも冒頭に述べた様に素子をテレビジョンのフ
ィールド周期に準拠した同期で駆動しなければならない
ことに起因して生ずる不都合であるが、これを回避する
ためには、例えば、機械的なシャッタを利用してこれに
より上記の受光時間を制御すると云った方法があるが、
しかし、これによると別にシャッタを備えなければなら
ないことによる撮像装置の大型化、構成並びに制御様式
の複雑化そしてまた、価格の高騰化等の新うたな不都合
を惹起することになる。

斯かる不都合を解消させるために、従来、撮像部から不
要電荷を除去するための不要電荷除去部を具備した周知
のフレーム転送型固体撮像素子の駆動方法として、撮像
部に於ける電荷蓄積期間中の任意の時期に於て該撮像部
の蓄Ｍ１電荷を不要電荷除去部を通じて除去するべく撮
像素子を駆動することによりそれまでの期間に於ける撮
像部の蓄積電荷を不要電荷として除去し、斯くして、シ
ャッター等の機械的な手段を不要にしつつフィールド周
期よりも短かい電荷蓄積時間が得られる様にした駆動方
法が提案されている。

例えば、特公昭５ｇ−２７７１２号広報に開示されてい
る方法は、周知のフレーム転送型固体撮像素子に於て撮
像部に対し記憶部とは反対　　　　、）の例に設けられ
ている消去電極或いはオーバ−・フロードレイン（以下
、トップ中ドレイン）を利用するもので、撮像部に於け
る電荷蓄積期間中の任意の時期に於て該撮像部の蓄積電
荷をこのトップ・ドレインに向けて逆方向（即ち。

読み出し時の方向とは逆の方向に）転送することにより
トップ・ドレインに集めて消失させるものである。

又１本出願人にあっても、例えば撮像部中に過剰電荷除
去部としてのブルーミング防止用オーバー・フロードレ
インを備えた周知のフレーム転送型固体撮像素子の駆動
方法として、撮像部に於ける電荷蓄積期間中の任意に時
期に於て撮像部を記憶部とは独立して駆動する事により
撮像部の蓄積電荷を撮像部と記憶部との境界付近に集め
て、ここに位置するオーバー・フロー・トレインを通じ
てこれを除去する様にした駆動方法に就いて先に特願昭
５８−６１０９８号により提案した。

一方、これらとは別に、例えば特開昭５５−１、８０６
４号広報に於て開示されている様な、電荷再結合法によ
り過剰電荷を除去するブルーミング防止部を撮像部中に
設けたフレーム転送型或いはインターライン型撮像素子
の構成にあたっては、撮像部での電荷蓄積期間中の適当
な時期に於て斯かるブルーミング防止部を駆動すること
により過剰電荷の除去を行うことが出来る。

ところで固体撮像素子を用いた撮像装置にあっては、従
来の撮像管を用いた場合に於けると同様、その撮像信号
の処理系中にクランプ回路が必要とされることは周知の
通りである。このクランプ回路は撮像信号のＤＣレベル
を一定に保持するためのもので１例えば、各水平走査信
号のＤＣレベルを所定の黒レベルに保持するために用い
たれる。そのため１例えば撮像素子の撮像部のうち、各
水平走査信号の先頭部分に対応する位置に遮光部が設け
られ、この遮光部によって得られる信号レベル（基準黒
レベル−オプティカル舎ブラックΦレベル）を一定レベ
ルにクランプする様に操作される。

ここで、前述した様に撮像部での電荷蓄積中に不要電荷
の除去のために撮像部に対して逆方面垂直転送パルス（
特公昭５８−２７７１２号公報の場合）、或いは、正方
向垂直転パルス（特願昭５８−６１０９８号の場合）、
著しくは、過剰電荷の除去のために撮像部中の再結合ブ
ルーミング防止部に対して駆動パルス（特開昭５５−１
８０６４号公報の場合）が付与された場合（以下、これ
らのパルスを総称して電荷クリア・パルスと言う）、こ
の時点では蓄植部からの信号電荷の読み出し並びにその
処理が行われており、従って、この電荷クリア・パルス
の影響によって前述の基準黒レベルが変動し、クランプ
回路によってクランプ処理された画像信号が著しく劣化
して来ると言った不都合が大きく懸念されることになる
。

〔目　的〕

本発明は斯かる事情に鑑み為されたもので、固体撮像素
子を使用し、特にその撮像部での電荷蓄積中にその電荷
を電荷除去部を通じて除去する様にした撮像装置として
、斯かる電荷除去動作に影響されることなく映像信号に
対するクランプ処理を行うことが出来る様にした撮像装
置を提供せんとするものである。

〔実施例による説明〕

以下、上記の目的を達成するために本発明に於て講じた
手段に就いて実施例により例示説明する。

先ず第１図は固体撮像素子からの信号読み出しによって
得られる１フイールド（ｉＶ）分の映像信号と前述の電
荷クリア命パルスとの関係を示すものである。第１図（
ａ）に示す映像信号Ｖ−ｏｕｔは勿論、素子からの信号
読み出しによって得られるものであるが、この間１周知
の様に撮像部では次に映像信号の為の電荷の蓄積が行わ
れている。斯かる信号読み出し中に、従って、撮像部で
の電荷蓄積中に第１図（ｂ）に示す様に任意のタイミン
グに於て電荷クリア■ ・パルスφＣＬを撮像部に付与する事により前述　　　
　　ヤ、、。

の特公昭５８−２７７１２号公報若しくは特願昭５８−
６１０９８号に於て開示されている駆動力法の場合には
それ以前の蓄積電荷がクリアされて有効電荷蓄積期間が
図中にｔで示す期間となって１ｖの期間よりも短かくな
り、又、特開昭５５−１８０６４号公報に於て開示され
ている素子の構成にあっては過剰電荷の除去が行われる
ことになる。尚、図中、ＳＶ及びｓＨは夫々垂直同期部
分及び水平同期部分を示す。

第２図は１水平ライン（ＩＨ）分の映像信号とクランプ
回路に対するクランプ・パルスと前述の電荷クリア・パ
ルスとの関係を示すものである。第２図（ａ）に示す様
に、後述する撮像素子の撮像部の構成によって映像信号
Ｖ−ｏｕｔの各水平同期部分ｓＨの直後の所定期間に亘
り、基準黒レベル（オプティカル・ブラック・レベル）
ＯＢが得られ、後述する様に、映像信号処理系中のクラ
ンプ回路は第２図（ｂ）に示すクランプ・パルスφｃｐ
を付与されることによりこの基準黒レベルをクランプす
る様に操作される。第２図（Ｃ）は前述の電荷クリア・
パルスφＣＬを示すもので１図から理解される様に数Ｈ
に亘り付与される。

ここで、第２図（ａ）の一部を更に時間拡大した第３図
（ａ）に示す様に、映像信号■−ｏｕｔ中には前述の電
荷クリア・パルスφＣＬのもれ込みによって図中、ＣＮ
で示す様にノイズが重畳し、従って、第３図（ｂ）に示
す様なりランプＯパルスφｃｐの期間で黒レベル争クラ
ンプを行った場合、斯かるノイズＣＮによってクランプ
・レベルが変動してしまい、映像信号の正確な直流再生
が不可能になってしまう。

そこで本発明の好適な実施例に於ては、撮像素子の電荷
クリア・パルスφＣＬが付与されている間はクランプ回
路に対するクランプ・パルスφｃｐの供給を禁止するこ
とにより電荷クリア中はクランプ動作を禁止し、以って
、映像信号が誤まったレベルにクランプされてしまう様
な好ましからざる事態の発生を防止する様にしている。

第４図に本発明の一実施例の回路構成を示す。

１は固体撮像素子で、これに特定されるものではないが
、ここではフレーム転送型のＣＯＤである。ＣＣＤＩに
於て、ｌＯｌは入射光に応答して電気的信号、即ち、電
荷を発生し、且つ、これを蓄積する撮像部、１０２は該
撮像部１０１で発生し、蓄積された電荷を取り込んでこ
れを一時的に記憶するための記憶部、１０３は該記憶部
１０２に記憶された電荷を１ライン分ずつ逐次読み出す
ための水平レジスタ部、１０４は該水平レジスタ部１０
３の出力側に設げられた、電荷を電圧に変換するための
出力アンプ部である。

ここで周知の様に、上記撮像部１０１は所定数の行及び
列に沿った撮像セルの２次元配列を有し、また、上記記
憶部１０２はこれと同等の数の同じく行及び列に沿った
記憶セルの２次元配列を有し、そして上記水平レジスタ
部１０３は少なくとも該記憶部１０２に於る記憶セル配
列の列の数と同等の数の電荷転送セルの行に沿った１次
元配列を有している。尚、撮像部ｌｏｔはその一部１０
１ａが垂直方向に遮光されており、この遮光部１０１ａ
により基準黒レベル（オプティカル・ブラックやレベル
ＯＢ）が得られる様に構成されている。

斯かるフレーム転送型ＣＣ１のテレビジョンを目的とし
た使用に当っては、周知の様に、撮像部１０１で発生し
、蓄積した電荷を該撮像部１０１から記憶部１０２へ垂
直転送するためにこれら撮像部１０１及び記憶部１０２
にテレビジョンのフィールド周期に対応した同期で附与
されるべき互いに同期した垂直転送パルス、該記憶部１
０２に記憶された電荷を１ライン分ずつ水平レジスタ部
１０３にステップ転送するためにこれら記憶部１０２及
び水平レジスタ部１０３にテレビジョンのライン周期に
対応した周期で附与されるべく互いに略同期したステッ
プ転送パルス、１ラインの期間内に水平レジスタ部１０
３内の電荷を出力アンプ部１０４迄水平転送させるべく
該水平レジスタ部１０３に附与されるべき水平転送パル
ス、及び各画素情報の電荷−電圧変換の度毎に電荷をリ
セットするべく出力アンプ部１０４に附与されるべきリ
セットパルスが少なくとも必要とされるものであるが、
更に本実施例では前述した電荷クリア・パルスφＣＬが
撮像部１０１に附与される。

２はＣＣＤ　１から出力される撮像信号を増幅する増幅
回路、３は周知のビデオ争プロセス回路、４は該プロセ
ス回路３に付随して設けられ、クランプφパルスφｃｐ
を附与されることによりこれに応答して映像信号中の各
水平ライン信号の基準黒レベルをクランプする周知のク
ランプ回路である。

５は基準クロック信号を発生するクロック・ジェネレー
タ、６は該クロック・ジェネレータからのクロック信号
をもとにＣＣＩに対する各種ドライブノーパルス並びに
垂直同期信号ＶＳＣ及び水平同期信号Ｈ５Ｃを出力する
ＣＣＤドライ八で、ＣＣＤＩに対するドライブ豐パルス
としては、前述した撮像部１０１に対する垂直転送パル
スφ１、記憶部１０２に対する垂直転送及びステップ転
送パルスφＳ、水平レジスラ部１０３に対するステップ
転送及び水平転送ルスφ丁、そして、出力アンプ部１０
４に対するリセット・パルスφ尺を出力する。

７はクリア・パルス供給回路で、電荷クリア・タイミン
グを設定するだめのクリア・タイミング設定回路７１、
該タイミング設定回路７１の出力をカウンタ用プリセッ
トΦデータに変換するデータ入力回路７２、垂直同期信
号ＶＳＣによって該データ入力回路７２の出力データを
プリセットされると共に水平同期信号Ｈ５Ｃに応答して
カウント・ダウンするプリセッタブルψダウン・カウン
タ７３、該カウンタ７３からのキャリー出力に応答して
所定パルス幅の単パルスを出力するモノ・アマルチ嗜バ
イブレータ（ワンもショット回路）７４、クロック会ジ
ェネレータ５からのクロック信号をもとに電荷りＩＪ　
７・ハＪＬ／スφＣＬを発生するクリアーパルス発生回
路７５．そして、該クリアーパルス発生回路７５からの
クリア・パルスφＣＬをモノ・マルチ・バイブレータ７
４の出力がハイである期間のみ通過させるアンド参ゲー
ト７６を有し、該アンド・ゲート７６から出力されるク
リア・パルスφＣＬはＣＣＤ　１の撮像部ｌｏｔに附与
される。

８は水平同期信号Ｈ５Ｃをもとにクランプ・パルスφｃ
ｐを発生するクランプ・パルス発生回路、９はクリア・
パルス供給回路７に於けるモノ・マル千〇バイブレータ
７４の出力を反転させるインバータ、ｌＯは該インバー
タ９の出力がハイである期間のみ、従って、モノφマル
チ拳へイブレータ７４の出力がロウでＣＣＤ　１に対す
るクリア会パルスφＣＬの供給が行われていない期間の
み、クランプ・パルス発生回路８からのクランプ拳パル
スφｃｐを通過させるアンド・ゲートで、該アンド・ゲ
ート】０から出力されるクランプ拳パルスφｃｐはクラ
ンプ回路４に附与される。

斯かる構成に於て、ＣＯＤドライバ６による駆動によっ
てＣＣＤ　ｌからは撮像信号が出力され、これは増幅回
路２で増幅された後、ビデオ・プロセス回路３で処理さ
れてビデオ信号として出力され、且つ、プロセス回路３
による処理に際し、クランプ回路４により黒クランプが
行われる。

ここで、第５図（ａ）に示す映像信号■−ｏｕｔのＩＶ
で期間内に於てクリア壷パルス供給回路７中のクリア・
タイミング設定回路７１を通じて所望のクリア・タイミ
ングを設定しておくと、該タイミング設定回路７１で設
定されたクリア・タイミングに応じたプリセット拳デー
タがデータ入力回路７２から出力され、そしてこれは垂
直同期信号ＶＳＣのタイミングでプリセッタブル拳ダウ
ン・カウンタ７３にプリセットされる。その後、カウン
タ７３は水平回期信号）（ＳＣに応答してカウントφダ
ウンして行き、その内容が°“０“になるとキャリー信
号を出力する。そして、これに応答してモノ・７ルチ・
バイブレータ７４は第５図（ｂ）に示す　　　　１゛如
く所定幅の単パルスを出力する。一方、この間、クリア
・パルス発生回路７５はクロック・ジェネレータ５から
のクロック信号をもとにクリア・パルスφＣＬを発生し
ており、従ってモノ・マルチ中バイブレータ７４の出力
がハイになることにより第５図（Ｃ）に示す様に該クリ
ア・パルスφＣＬがアンドＱゲート７６を通じて出力さ
れＣＣＤ　ｌの撮像部１０１に附与される。

これにより撮像部１０１では前述した様に不要又は過剰
電荷の除去が行われる。

さて、一方、第５図（ｅ）に示す様に、クランプやパル
ス発生回路８は水平同期信号Ｉ（ｓｃをもとにクランク
・パルスφＣＦを出力しており、そしてこれはアンド・
ゲート１０を通じてクランプ回路４に附与される訳であ
るが、この時、アンド・ゲート１０の他方の入力にはク
リア・パルス供給回路７中のモノ・マルチ・バイブレー
タ７４の出力（第５図（ｂ））を反転させるインバータ
９の出力（第５図（ｄ））が附与されており、従って、
該アンドφゲー）１０からは第５図（ｆ）に示す様にＣ
ＣＤ　１の撮像部１０１に対するクリア・パルスφｃＬ
ノ供、Ｍ期間に於て欠落したクランプ・パルスφｃｐが
出力され、斯かして、第３図で説明したクリア争パルス
φＣＬのもれ込み等によるパルス−ノズルを含んだ不適
正な黒レベルのクランプが防止される様になる。

尚、クランプ・パルスφｃｐの遮断は出力用アンド・ゲ
ート１０による代わりにインバータ９の出力を以ってク
ランプ・パルス発生回路８に入力される水平同期信号）
（ｓｃを遮断する様にしても良く、或いは、クランプ・
パルス発生回路８を直接的にイネーブル及びディスエー
ブル制御する様にしても良いものである。

又、クリア番パルスφＣＬの供給タイミングは第５図（
ｂ）中に矢印Ｘ、Ｙで示す様にクリア・タイミング設定
回路７１を通じて１■の期間内で任意に可変設定し得る
様にしておくことは有益であり、更に、第４図中、破線
にて示す様に、モノ・マルチｅ　ｔ＜イブレータ７４の
時定数等を調節することによりパルス幅、即ち、クリア
期間をも可変設定出来る様にしても良いものである。こ
こでクリアータイミング設定回路７１は手動にてクリア
・タイミング等を設定出来る様な構成の外に、例えば、
測光情報等に応じて自動的にクリア・タイミング等を設
定し得る様な構成を採用しても良い。その際、輝度が高
い場合にはクリア・タイミングが第５図（ｂ）中矢印Ｘ
で示す様に右方にシフトされるか若しくはクリア期間が
拡大される様にし、逆に、輝度がさ程高くない場合には
クリア・タイミングか第５図（ｂ）中の矢印Ｙで示す様
に左方にシフトされるか若しくはクリア期間が縮小され
る様にすれば良い。

〔効　果〕

以上詳述した様に本発明によれば、固体撮像素子を使用
し、特にその撮像部での電荷蓄積中にその電荷を゛電荷
除去部を通じて除去する様にした撮像装置として、斯か
る電荷除去動作に影響されることなく映像信号に対する
クランプ処理を行うことが出来る様になるもので斯種撮
像装置に於て極めて有益なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はｌフィル−１分の映像信号と電荷クリア・パル
スとの関係を示す図、 第２図は１水平ライン分の映像信号とクランプ・パルス
と電荷クリア・パルスとの関係を示す図、 第３図は第２図に於ける映像信号とクランプ・パルスと
を拡大して示す図、 第４図は本発明の一実施例の電気回路の構成を示すブロ
ック図、 第５図は第４図の実施例の作用を説明するための要部回
路の出力を示す図である。 １−一一一フレーム転送型ＣＯＤ。 １０１−−−一撮像部、１０１ａ−−−一遮光部、１０
２−−−一記憶部、Ｌ　Ｏ３−−−一水平レジスタ部、
３−一一一ビデオ・プロセス回路、４−−−−クランプ
回路、５−一一一クロック・ジェネレータ、　　　　′
１６−−−−ＣＣＤドライバ、７−−−−クリアーパル
ス供給回路、７４−−−−モノφマルチ拳バイブレータ
、７５−〜−−クリア・パルス発生回路、７６−−−−
アンド・ゲート、８−一一一クランプ・パルス発生回路
、９−−−−インへ−夕、１０−一アンド・ゲート。 第　／　ロ 第２　口 第　３　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 撮像部から不要若しくは過剰電荷を除去するための電荷
   除去部を具備した固体撮像素子と、該撮像素子から読み
   出された信号を処理するクランプ回路と、該クランプ回
   路にクランプ・パルスを供給するためのクランプ・パル
   ス供給回路と、上記撮像部の電荷を上記電荷除去部を通
   じて除去するべく上記撮像素子を駆動するための駆動手
   段と、該駆動手段による駆動の間、上記クランプ回路に
   対するクランプ・パルスの供給を停止させる制御手段と
   を備えたことを特徴とする撮像装置。