JPS6259473A

JPS6259473A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPS6259473A
Application number: JP60198924A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Kotaki; 小滝　弘昭
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-09-09
Filing date: 1985-09-09
Publication date: 1987-03-16

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】〔発明の技術分野〕本発明は、電荷結合素子等を２次元配列した固体撮像素
子を用いた固体撮像装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

固体撮像素子を用いたテレビジョン・カメラは、低残像
である、焼付９画像歪がない、低消費電力である。小型
・軽量で扱い易い等の特徴を有するので、従来設置が非
常に困難と思われていた場所にも工業用内視鏡等の監視
カメラとして、あるいは医用の生体内視鏡として用いら
れている。その−例の概観図を第８図に示す。

第８図の監視カメラは、ズームレンズ１１及びカメラ本
体１２から構成されている。固体撮像素子を用いたこと
によシカメラ本体１２はズームレンズ１１よりも小さく
まとまりておシ、全体の大きさはズームレンズ１１によ
シ左右されている。この場合次のような不具合が生じる
。

即ち、工業用内視鏡等が中に入っていくパイプの径が細
くなってくると、ズームレンズ１１の大きさにより制約
を受けてしまう。逆に小型・軽量にするためにレンズ系
を単レンズ構成にすると、よシ細いパイプの中に挿入で
きるのであるが、画像をズームすることができない。

〔発明の目的〕

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、固体撮
像素子の駆動１？ルスを工夫することにより、ズームレ
ンズを使わなくても簡易に再生画像の拡大を行なうこと
のできる固体撮像装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

この発明は、固体撮像素子を駆動する・２ルスのタイミ
ングを制御することにより、画面上のある指定された領
域をｎ　　（ｎは２以上の正の整数）倍に拡大するよう
にしたものである。

〔発明の実施例〕

以下この発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示すもので、第２図はこ
の発明を適用した例えば内視鏡装置のシステム概念を示
す。

第２図の内視鏡装置は、撮像ブロック２４を有し、ここ
には、固体撮像素子たとえば電荷結合素子（以下ＣＣＤ
撮像素子という）２１、レンズ２２及び光源２３が設け
られている。撮像ブロック２４は、ＣＣＤ撮像素子２１
の駆動回路及びたの他の信号処理回路を有したカメラ制
御部２６にケープ／Ｉ／２５を介して接続されている。

ＣＣＤ撮像素子２１は、第２図（ｂ）に示すように、複
数の信号線が束ねられたケーブル２７を介して駆動に必
要な・４′ルス及び電圧を受け、これに応答して映像信
号を出力し、これをケーブル２７を介してカメラ制御部
２６に伝送する。また、光源２３は、光フアイバーケー
ブル２８を介してカメラ制御部２６から直接光として送
られてきたものであるが、このとき、カメラ制御部２６
はＣＣＤ撮像素子２１からの映像信号レベルに応じて光
の強弱を自動的に調節し、被写体に最適光量が与えられ
るような制御を行なう。

ＣＣＤ撮像素子２１自身は非常に小型・軽量であるので
、円筒状の撮像ブロック２４は、例え　　　　□ば直径
１０ｍ、長さ３０ｍ程度の小型の円筒状にすることが可
能である。またケーブル２５及び撮像ブロック２４のケ
ーブル２５に近い部分は、十分な屈曲性を持つようにつ
くられている。

第３図はＣＣＤ撮像素子２１の構造を示している。

ＣＣＤ撮像素子２１は、例えば、垂直方向５００画素、
水平方向４００画素が配列されておシ、テレビジョン方
式のインターレース走査に対応するように、垂直転送部
４０の１段に対して２つの受光素子４２　、４．７が対
応するように構成されている。図面は垂直転送部４１の
１段目のみを示しているが、他の各段及び他の垂直転送
部についても同様な構造である。垂直転送部の１つの段
に対しては、４つの電極４４，４５，４６゜４７が設け
られ、各電極に対応する端子群４８には、４相の垂直転
送パルスが供給され゛る。これによって、垂直ブランキ
ング期間に受光素子の信号電荷が垂直転送部に読出され
、垂直転送部の信号電荷が水平ブランキング期間に垂直
方向へ１段づつ次々と転送される。垂直転送周波数は、
通常、約１５．７３　ＫＨｚである。

垂直転送部の最終段まで転送された信号電荷は、水平ブ
ランキング期間に水平転送部４１に読出される。水平転
送部５０には、２つの端子による端子群４９を介して２
相の・マルスが供給され、これによって、水平転送部５
０の信号電荷は、高速で水平転送され、出力部５１から
読出される。この水平転送周波数は、ＣＣＤ撮像素子の
水平方向画素数が約４００の場合、約７．１６鼎２であ
る。

ここで、本発明の主要部となるＣＣＤ撮像素子の駆動回
路（第１図）、この駆動回路によってズーム走査される
領域（第４図）、ズーム処理のタイピング（第５図）に
ついて説明する。

第４図は、面積を２　（＝４）倍に拡大して表示する場
合に、ズーム走査される領域（Ｃ）を、撮像面の中央（
通常表示画面の中央に対応する）位置に設定した例であ
る。つまり、画面中央部で垂直、水平方向ともに全画面
の１／３の領域、すなわち第４図で斜線を施した領域（
Ｃ）を拡大する部分として設定している。この領域（Ｃ
）は、再生画面上では、再生画面全体の水平方向の長ＶさをＨ１有効走査線数をＶとすると、（ｇＸ：）の方形
部分に相当する。

第１図の水平転送／４’ルス制御回路６、及び垂直転送
／４’ルス制御回路７は、駆動・９ルス発生回路４を制
御することによシ、ＣＣＤ撮像素子２２に供給される駆
動パルスのタイミング及び周波数を切換えることができ
る。即ち、第４図の領域（Ａ）、つｔ、ｂ走査する１ラ
イン中に指定された領域（Ｃ）がないラインを走査する
ときには、水平転送周波数は通常の２倍の約１４．３２
　ＭＨｚ　、垂直転送周波数も同様に通常の２倍の約３
１．４７　）Ｇ（ｚに切換えられ、これによってＣＣＤ
撮像素子２２が１駆動される。

次に、走査する１ライン中に、指定された領域（Ｃ）が
あるラインにおいては、まず垂直転送周波数については
通常の１／２の約７．８７　ＫＨｚで転送する。次に水
平転送周波数については、指定された領域（０が存在し
ない部分、すなわち第４図の領域（Ｂ）では通常の２倍
の約１４．３２　ＭＨｚとし、領域（Ｃ’ｌでは通常の
１／２の約３．５８　ＭＨｚとする。

上記の駆動タイミングを示したものが第５図である。

固体撮像素子の垂直方向の有効画素数をＶ（たとえば４
８３）とすると、１乃至１６３ｖ　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　２ｖ（＝、＋２）番目の行と
３２１（＝Ｔ−１）乃至４８３（＝Ｖ）番目の行が第４
図の領域ＩＡ）Ｋ相当し、第５図（、）の・セルスは、
各行に対応した２相の水平転送・臂ルスのうちの１つを
示している。そして、中央部の１６３（＝−＋２）乃至
３２１（＝ニー１）番■ る部分が第４図の領域Ｃ）に相当し、左右の各Ｓに相当
する部分が領域の）に相当する。従って、領域（Ｃ）の
部分に対応した区間では、水平転送パルスは通常の１／
２の３．５８　ＭＨｚに切換えられている。第５図（ｂ
）は、４相の垂直転送パルスのうちｖ乃至３２１（Ｔ−１）番目の行では、７．８７　ＫＨｚ
に切換えられる。

上記のような駆動パルスによって、第１図のＣＣＤ撮像
素子２１が駆動される。

ＣＣＤ撮像素子２ノの出力信号は、１水平走査時間（＃
６３．５６μｓ）（以下ＩＨという）遅延線１を介して
、スイッチ回路８の端子１８１に供給されるとともに、
スイッチ回路８の端子１８２に直接供給される。

スイッチ回路８は、垂直転送パルス制御回路７からの信
号により、端子１８１，１８２の信号を選択的に選択し
て、選択信号を、通常のビデオ信号処理回路２に供給す
る。この回路から得られたビデオ信号に対しては、ブラ
ンキング同期・！ルス発生回路５から得られた水平、垂
直同期信号が混合回路３で混合され、これによって、混
合回路３からは、複合ビデオ信号が得られる。

ここで、前記スイッチ回路８は、ライン補間手段を構成
し第４図の領域囚に相当する行の信号伝送期間では、端
子１８２を選択する。そして、第４図の領域（Ｂ）　、
　（Ｃ）に相当する行の信号伝送期間では、最初のＩＨ
待時間端子１８２を選択し、次のＩＨ期間は端子１８１
を選択するという動作を繰返す。従って、先に述べたよ
うに、この領域では、ＣＣＤ撮像素子の垂直転送周波数
は通常の１／２の７．８７　ＫＨｚとなっているのに対
し、上記スイッチング動作によりＣＣＤ撮像素子のライ
ンの出力信号が２度づつ使用されライン補間されること
になる。従って、スイッチ回路８の出力信号が、不足す
ることはない。以上の説明は、インターレースの第１フ
イールドについての説明であるが、第２フイールドにつ
いても全く同様である。

一方、テレビジョン受像機側では、通常通り水平走査周
波数が１５．７３　ＫＨｚで、２：１のインターレース
を行なっているので、スイッチ回路８の出力信号を通常
の再生システムで再生すれば、第６図に示すようなライ
ン関係となる。

第６図において、１乃至４８３は固体撮像素子２１の垂
直方向の行の番号であり、１’　、　２’・・・は、受
像機の走査線の番号である。図は説明の簡便のために縦
横比の３：４からはずれて描かれている。また、同図で
実線部分は水平転送周波数が１４．３２　ＭＨｚであシ
、破線部分は３．５８　Ｗ（ｚである。また、斜線部分
は無信号部分として識別させている。そして、第１フイ
ールドでは撮像側の行番号で１６３．１６．１，１６５
，１６５．・・・というように２本づつ繰返えされ、第
２フイールドでは、それらの間に１６３（走査線は８３
′）の１つ上の走査線８２′から、１６２，１６２．１
６４゜１６４、・・・というふうにインターレースされ
る。

従って、垂直方向でみると、その長さ成分が元の画像の
２倍に拡大され、また水平方向についてみると、水平転
送周波数が１４．３２　ＭＨｚの部分では水平方向の長
さ成分が元の画像のＶ２に縮少され、水平転送周波数が
３．５８　ＭＨｚの部分では水平方向の長さ成分が元の
画像の２倍に拡大される。

受像機の走査線の１′乃至８１′及び４０２′乃至４８
３′番目の部分は、第４図の領域（Ａ）の部分に対応し
、この期間では、ＣＣＤ撮像素子の垂直及び水平転送周
波数と受像機の水平走査周波数の関係から、撮像側と受
像側で走査の同期が合致しておらず、画像は再生されな
い。

一方、受像機の走査線８２′乃至４０１′番目の部分、
つまシ第４図の領域（ｉ３）　（Ｃ）に対応する部分で
は、撮像側の垂直転送周波数が受像側の水平走査周波数
の１／２であるが、第１図のスイッチ回路８の２度読出
し処理によって、撮像側と受像側の走査の同期が合致す
る。よって、第６図（、）で、受像機の走査線８２′乃
至４０１′番目の範囲の破線で示した部分では、垂直、
水平両方向ともそれぞれの長さ成分が２倍に拡大されて
おり、面積的には元の画像を２　（＝４）倍に拡大した
ものを得ることができる。

第１図のスイッチ回路８の出力信号は、信号処理回路２
にてガンマ補正等の処理を受けた後、混合回路３に供給
される。再生画像はこのままでは走査線１′乃至８１′
番目及び４０２′乃至４８３′番目の部分と、走査線８
２′乃至４０１′番目の部分のうち左右両側の６旦の部
分が見苦しくなる。

従って、この部分に対しては、ブランキングを施すため
に、垂直転送パルス制御回路７からの制御信号を用いて
ブランキング同期ノ４ルス発生回路５にて適切な幅のブ
ランキング／４’ルスを更につくり、混合回路３でブラ
ンキング処理も行なう。従って上記の処理で得られた最
終的な画像信号は、第６図伽）に示すように、画像中央
部、２Ｖ×２Ｉ（）の拡大部以外は、ブランキングされ
た画像となる。

〔他の実施例〕

上記の説明では、２倍に拡大する領域は、画面中央部に
あるものとして説明したが、この位置に限定されるもの
ではない。この場合、マイＨクロプロセッサ等により　（−ｙＸｓ）の大きざの方形
の枠を電気的に発生させ、それをモニタ上の画像に多重
させる。使用者はマイクロプロセッサを通して操作し、
この枠を画面上の任意の位置に移動させて、その領域を
拡大するようにしても良い。このときは、その枠の位置
情報をマイクロプロセッサによシ読みと）、その値に応
じて第１図の水平、垂直転送ノ９ルス制御回路６及び７
に制御情報を送るようにすればよい。これにより、駆動
のタイミング及びブランキングの位置等も決定する。

上記の説明では、拡大率は面積で４倍として説明してき
たが、これに限るものではなく、より大きい拡大も可能
である。ただし撮像側と受像側の同期を合致させる必要
があるので、拡大する領域の面積は拡大率に応じて変化
する。

例えば、第７図に示すように、水平方向Ｘの大きさで垂
直方向は走査線ｙ本分の斜線領域を面積でｎ倍に拡大す
る場合を考える。撮像側と受像側の同期を合致させるた
めには、水平、垂直方向でそれぞれ次の式が成υ立てば
よい。

ゆえにが満足されれば良い。このときの駆動は次のようになる
。すなわち、１ライン中に指定された領域がないライン
では、水平、垂直転送周波数をそれぞれ通常の駆動に必
要な周波数のｎ倍とする。１ライン中に指定された領域
があるラインでは、まず垂直転送周波数は通常の−、水
平転送周波数は指定された領域に存在する画像で通常の
１、それ以外では、通常のｎ倍の周波数とする・そして
、１ライン中に指定された領域が存在するラインからの
読出し信号は、蓄積部（遅延線）に供給する。そして、
このときは、垂直転送周波数が通常の１になっているの
で、次の垂直転送動作が始まるまでの期間に、直列に合
計（ｎ−１）回蓄積部に供給し、これを読出して出力信
号として用いる。このようにすれば、受像側で面積かｎ
倍に拡大を得ることができる。

上記実施例では、固体撮像素子として第３図に示すよう
なインターライン形のＣＣＤ撮像素子を例に説明したが
、これはＭＯ８型撮像素子などの他の撮像素子でもよい
。また、画素数も５００Ｘ４００に限定されるものでは
ない。光源としても、第２図に示したものに限定する必
要はなく、ＣＣＤ撮像素子を囲むリング状等、他の形状
でもよい。また光源はカメラ制御部から光ケーブルで伝
送するとしたが、撮像ブロックの部分で電気的に発光す
る光源であってもよい。

撮像ブロックの形状も第２図のものに限定されるもので
はない。また、カメラ制御部内の駆動回路を撮像ブロッ
ク内に設けてもよい。

〔発明の効果〕

従来の工業用内視鏡等の監視カメラでは、撮像ブロック
部が小型になってもズームレンズの大きさによシ全体の
大きさが左右される。従ってこれらの監視カメラが挿入
されるノーイブの径が細くなると、ズームレンズの大き
さにより、使用可能な範囲に制約を受ける。逆に、カメ
ラの小型・軽量を得るためにレンズ系を単レンズ構造に
すると、よシ細いパイプに挿入できるが、画像のズーム
機能を無くさなければならないという問題があった。

ところが本発明によると、駆動パルスのタイミングを制
御することにより再生画面上のア慝指定された領域を面
積でｎ　　（ｎは２以上の正の整数）倍に拡大できるの
で、形状及び重量の大きいズームレンズを省略すること
ができ、カメラの小型・軽量化にも有効となる。特にそ
の性質上、従来大きさの制限からズームが不可能であっ
た生体内視鏡については、本発明は大きな利点となる。

また、従来ズームレンズを使わずに純電子的に拡大を得
るには、ｌｌ１ｉ！ｉｉ面分のフレームメモリを使う必
要があシ、しかもメモリへの書込み、拡大操作、読出し
操作等時間遅れを伴う要因が多い。このため動画像の場
合は拡大画像が不自然になる場合もある。

ところが本発明によると、リアルタイムで動作している
駆動ノｅルスのタイミングを制御する方式であるため動
画像の不自然さは発生しない。

しかも実施例で示したように、面積的に４倍にする場合
には、ＩＨ遅延線が１個あるだけで良く、高価で消費電
力の大きなフレームメモリは不必要になるという製造上
の利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成説明図、第２図はこの発明を用いた内視鏡のシステム説明図、第３図は固体撮像素子の構成例を示す説明図、第４図は
拡大領域の説明図、第５図はこの発明装置の駆動動作の説明図、第６図はこ
の発明装置と受像側とのタイばング説明図、第７図は拡
大領域を一般化して説明するための図、第８図は従来の
監視用カメラの説明図である。１・・・遅延線、２・・・ビデオ信号処理回路、３・・
・混合回路、４・・・駆動／４ルス発生回路、６・・・
水平転送パルス制御回路、７・・・垂直転送パルス制御
回路、２２・・・固体撮像素子。出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第２図第４図（ａ）３１．４７ＫＨｚ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）垂直・水平方向に配列された複数の受光素子を有
する固体撮像素子を用いた固体撮像装置において、前記固体撮像素子のある指定領域からの信号の再生画が
通常動作のときのｎ＾２（ｎは２以上の正の整数）倍に
拡大されるように、前記固体撮像素子を駆動するための
パルスの周波数モードを前記指定領域とこの領域外の読
出し走査期間で切換える手段と、前記固体撮像素子から出力された信号のうち前記指定領
域に相当するラインからの信号を蓄積部を用いて遅延し
て出力しライン補間信号を得るライン補間手段とを具備
したことを特徴とする固体撮像装置。
（２）前記ｎ＾２倍の拡大再生画に対応する領域は、再
生画全体の水平方向の長さをＨ、画面に現われる有効走
査線数をＶとすると、水平方向の長さがＨ／（ｎ＋１）
以下で、垂直方向の走査線数がＶ／（ｎ＋１）以下であ
るような方形の再生画に対応することを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の固体撮像装置。
（３）前記固体撮像素子を駆動するためのパルスは、１
ライン中に前記指定された領域がないラインでは、１ラ
イン分の信号を読出す水平転送周波数と１ライン分の信
号を垂直方向に転送する垂直転送周波数をともに通常の
駆動に必要な周波数のｎ倍とし、１ライン中に前記指定
された領域があるラインでは、水平転送周波数について
は前記指定領域に対応する信号で通常の１／ｎ、それ以
外の領域では通常のｎ倍の周波数とし、かつ垂直転送周
波数を通常の１／ｎとなるように切換えられ、さらに、
１ライン中に前記指定領域が存在するラインから読出さ
れた信号は前記蓄積部に供給され、パルス変化による次
の垂直転送動作が始まるまでの期間に合計（ｎ−１）回
該蓄積部に入力され、この蓄積部からの出力信号が前記
ライン補間信号とされることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の固体撮像装置。
（４）前記固体撮像素子は、前記駆動するためのパルス
を発生する回路及び該固体撮像素子からの読出し信号を
処理する回路とは分離されてケーブルにより接続されて
いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の固体
撮像装置。