JPS6266777A - 画像入力装置 - 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〕 本発明は、ＣＣＤ型固体逼像素子を用いたテレビカメラ
の如き画像入力装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第５図はＣＣＤ型固体撮像素子を用いた画像入力装置の
要部を示す平面図である。同図において、１は垂直転送
クロック、２は水平転送クロック、３は画像信号出力、
４は画素を構成するフォトセンサ、５は垂直シフトレジ
スタ１，６は水平シフトレジスタ、である。

第６図は、第５図に示した画像入力装置の従来の動作の
手順を示した説明図である。

第６図においては、フォトセンサ４を縦方向に５個、横
方向に４個ずつマトリクス状に配置して１画面を構成し
、従って垂直シフトレジスフ５は５段から成り、水平シ
フトレジスタ６は４段から成るものとして示しである。

先ず第６図（Ａ）を参照する。これは、露光によってフ
ォトセンサ４に、画像信号ＦｉＪ（但し、ｉ＝１〜５．
３＝１〜４）が蓄積された状態にあり、その画像信号の
読出し動作開始直前の状態を示している。従って垂直シ
フトレジスタ５も水平シフトレジスタ６も空の状態にあ
る。

次に、図示せざるリードアウトパルス（読み出しパルス
）を画素としての各フォトセンサ４に入力することによ
り、各フォトセンサ４に蓄積されていた画像信号Ｆ　ｉ
ｊが垂直シフトレジスタ５に一斉に取り込まれ、この時
以後、フォトセンサ４には次の画面を構成する画像信号
Ｆ４、′の蓄積が始まる。この状態を第６図（Ｂ）に示
す。

次に垂直転送クロック１を垂直シフトレジスタ５に１ク
ロツク入力することにより、垂直シフトレジスタ５の内
容のうち、最初の段の内容Ｆ　ｌ　ｌ　＋Ｆ　ＩＺ＋　
　Ｆ　１３１　　Ｆ　＋ａが水平シフトレジスタ６に転
送されるが、この転送後の状態を第６図（Ｃ）に示す。

次いで水平転送クロック２を水平シフトレジスタ６に横
方向画素数（本例では４個）だけ入力することにより、
水平シフトレジスタ６の内容を画像信号出力３として直
列に取り出すことができ、この取り出し後の状態を第６
図（Ｄ）に示す。

以上の読出し動作を縦方向画素数（本例では５個）だけ
繰り返すことにより、垂直シフトレジスタ５、水平シフ
トレジスタ６の内容をすべて読み出すことができ、これ
により工画面を構成するＩフィールド分（但し、これは
ノンインクレース方式による場合であり、インクレース
方式による場合には、２フイ一ルド分の画像信号によっ
て１画面が構成される）の画像信号のラスタスキャン方
式による読出しが終了する。

なお、垂直転送クロック１のクロック周波数をφ■、水
平転送クロック２のクロック周波数をφＨとすると、上
述のラスタスキャン方式が成立するためには、垂直クロ
ック周波数φＶと水平クロック周波数φＨとの間には、
次の関係が成立する。

１／φＶ＝　（Ｎ／φＨ）＋ｔ（秒〕 但し、Ｎは横方向画素数（本例では４個）を示し、ｔは
垂直ブランキング期間である。一般に、この垂直ブラン
キング期間ｔは、（Ｎ／φＨ）の約１５％程度の期間を
占める。

第７図は、上述した従来の画像入力装置における各部信
号の波形図である。

同図において、１０はビデオ信号、Ｖ　ｓｙｃは垂直同
期信号、７は画像蓄積期間（撮像期間）、ＩＩはビデオ
信号ＩＯの波形中のＡ部（垂直同期信号Ｖ　ｓｙｅを含
む垂直ブランキング期間）の拡大波形、１２は画像読み
出し信号（リードアウトパルス９）の波形、をそれぞれ
示している。

撮像期間７が比較的長いことが認められるであろう。

さて以上説明した如き、画像入力装置としての従来のテ
レビカメラでは、ＮＴＳＣ方式を採用し、ノンインクレ
ース方式によって１画面を１フイールドで構成する場合
には、垂直シフトレジスタと水平シフトレジスタの内容
をラスタスキャンしてすべて読み出すのに１７６０秒の
期間を要し、インクレース方式により１画面を２フイー
ルドで構成する場合には、同じ＜　１／３０秒の期間を
要する。

そしてこれらの期間において、１画面を構成するマトリ
クス配置された複数個のフォトセンサ４に露光による画
像信号の蓄積が行なわれることになる（第７図の７参照
）。所で、このように、１７３０秒なら１７３０秒とい
う比較的長い期間にわたって露光が行なわれると、画像
となる対象物が移動している場合、ブした画像信号がフ
ォトセンサ４に蓄積されることとなり、輪郭のシャープ
な画像信号を得ることができない。

このような事態に対処するため、従来は、露光時間を制
限する手段としてシャッタやストロボを用い、これによ
って移動する対象物からも輪郭のシャープな画像信号を
得るようにしていた。

しかし、シャッタを用いた場合には、カメラの小型軽量
化が困難となり、製品コストも高くなる一方、製品寿命
が短く、振動等にも弱いという欠点がある。

またストロボを用いた場合には、その発光量が不安定な
ため、一定光量を得るのが困難であること、ストロボ電
源等を備える都合上、大きなスペースを必要とすること
、閃光が発生し、周囲環境にしよう乱を与えるため、ス
トロボ光のしゃ光を必要とすること、コストが高いこと
、それにライトの形状が限定されているので、照明設計
の自由度が少ない、などの欠点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

そこで本発明は、画像入力装置において、シャッタやス
トロボを用いることなしに、移動物体からも輪郭のシャ
ープな画像信号が得られるようにすること、を解決すべ
き問題点としており、従って本発明の目的は、上述のこ
とを可能にする画像入力装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明の基
本的な動作原理は次の如くである。

第５図を参照する。先にも説明したように、垂直シフト
レジスタ５に取り込んだ画像信号を、垂直転送クロック
１、水平転送クロック２を用い、水平シフトレジスタ６
を介して、ラスタスキャン方式に従って読み出すと、１
７３０秒というような比較的長い期間を要し、その長い
期間がそのまま次の露光時間の長さにつながる。

そこで垂直シフトレジスタ５に取り込んだ画像信号を、
上記ラスタスキャン方式をくずしても良いから、高速の
垂直転送クロックと水平転送クロックを用いて短い時間
に読み出して廃棄することとする。すると、その短い時
間がそのまま短い次の露光時間につながるので、次に垂
直シフトレジスタ５に取り込む画像信号は、ブレのない
画像信号となる。そこで、この画像信号は、ラスタスキ
ャン方式により、所定の垂直転送クロックおよび水平転
送クロックを用い所定の時間をかけて画像信号出力３と
して読み出し、移動物体からも輪郭のシャープな画像信
号を得ようとするものである。

最初、読み出した出力を廃棄したのは、それがブレを含
む画像信号だからであり、また廃棄する信号であれば、
ラスタスキャン方式による順序だった読み出しを必要と
せず、ラスタスキャンを無視した高速の垂直転送クロッ
クおよび水平転送クロックを用いて読み出してもかまわ
ないわけである。

本発明は、このように、撮像により画素に蓄積された信
号を垂直シフトレジスタに取り込んで空にした後、該レ
ジスタから高速に読み出して廃棄すると共に、その廃棄
に要する時間の短さ、に伴って可能となる次の露光時間
の短縮化により、高速な撮像を可能とし、高速撮像によ
り得られた信号は、ラスタスキャン方式に従って垂直シ
フトレジスタ、水平シフトレジスタを介して所定の時間
（相対的に長い時間）をかけて取り出し、その信号取り
出しに要する時間の長さに伴い、次の露光時間は長くな
るから、このときの撮像により画素に蓄積された信号は
、垂直シフトレジスタに取り込んだ後、高速に読み出し
て廃棄し、以下、これを繰り返すことにより、高速移動
物体からも静止画像を得ることを可能にしている。

次に、第１図および第５図を参照して本発明の要点を具
体的に説明する。なお、第１図は本発明を実施した際に
おける画像入力装置の各部信号波形図であり、１０はビ
デオ信号の波形、１１はビデオ信号１０におけるＡ部拡
大波形、１２は画像読み出し信号（リードアウトパルス
）の波形、１３　（つまりＡ）は■ブランキング期間、
９はリードアウトパルス、を示す。

第１図、第５図を参照する。

本発明ではＣＣＤ固体撮像デバイスを次の方法で駆動す
ることにより、静止画像を得ようというものである。

（ａ）第１図におけるビデオ信号１０の■ブランキング
期間Ａ（拡大図では１３として示す）内にリードアウト
パルス９Ｉを入力し、画素４に蓄積されている画像信号
を垂直シフトレジスタ５に移す。

（ｂ）垂直シフトレジスタ５と水平シフトレジスタ６に
高速のクロックを入力して、ＣＣＤシフトレジスタ５．
６内の画像信号をはき出す。

なお、ここで垂直シフトレジスタ５へ入力する垂直転送
クロック１のクロック周波数をφＶ、水平シフトレジス
タ６へ入力する水平転送クロック２のそれをφＨとする
と、φＶ、φＨの関係は下の通りとする。

これは、先に述べたφＨとφＶの関係と違うので、これ
によっては従来通りのスキャンを行うことは出来ない。

つまりこれを非ラスタースキャンと云うことにする。

本発明においては、φＨとφＶとを同程度のクロック周
波数（１／１０φＨくφＶく１０φＨ）とすることで、
従来の標準のスキャンを行う場合の数十〜数百倍の速度
で一画面分の画像信号のはき出しを行うことが出来る。

（ｃ）上記（ａ）〜（ｂ）の作業を１回以上繰り返す（
リードアウトパルスが９１〜９．、と複数個、表わされ
ているのは、このことを示す）。これは、ＣＣＤ固体撮
像デバイスのＣＣＤシフトレジスタ５．６のダイナミッ
クレンジが小さいため、１回だけでは完全に画像信号を
はき出せない場合が考えられるためである。

（ｄ）上記（ｃ）の作業が完了後、従来方式の標準走査
（ラスタスキャン）を行って画像信号を読み出す。

これにより、画素４の画像蓄積時間τは、上記（ｃ）の
最後のリードアウトパルス９゜の入力より、画像読出し
開始のリードアウトパルス９７３重　の入力までの期間
（第１図の８参照）となり、従来方式による画像蓄積期
間（第７図の７、約１６．７ｍ５ｅｃ）に比べ非常に短
くなり、シャッタを用いた場合と同等の効果が得られる
。

〔実施例〕

次に図を参照して本発明の詳細な説明する。

第２図は本発明の一実施例における撮像デバイス駆動タ
イミングのタイムチャートである。

同図において、２０はブランキング信号の波形、３０は
■ブランキング期間、４０は画像はき出し信号の波形、
２６は画像はき出し期間、２２は水平転送クロック（な
お、水平転送クロックは、１水平走査期間つまりＩＨの
期間において、縦方向１行分の画素数だけ発生し、次の
ＩＨｉｔｌ１間との間には、水平ブランキング期間が存
在することが認められるであろう）、２１は垂直転送ク
ロック（なお、垂直転送クロックは、常時は、ＩＨの期
間に１個ずつ発生し、画像はき出し期間２６に限って、
水平転送クロックと全く同じ割合で発生していることが
認められるであろう）である。

４３は、画像はき出し期間２６において出力される画像
はき出し用の画像読み出し信号（リードアウトパルス）
、４２は画像はき出し用ではなくて、実際に読み出し用
に用いる画像読み出し信号（リードアウトパルス）、２
３は４３と４２の論理和出力、２４は前フィールドの画
像出力期間、２７は本発明による場合の画像蓄積期間（
撮像期間）、２８は次フィールドの画像出力期間、であ
る。

第２図を参照して本発明の一実施例の動作を説明する。

さて、撮像デバイスにおいて、１フイールド走査が終了
すると、■ブランキング期間３０の開始と同じタイミン
グで始まる画像はき出し期間２６の間、垂直転送クロッ
ク２１として水平転送クロックと同じクロックを用いる
（周波数が高ければ、別のクロックを用いても良いが、
水平転送クロックを流用する方が簡単である）。これに
よりＣＯＤシフトレジスタ５，６を高速で動作させる。

ここで画像読み出し信号２３のリードアウトパルス９１
〜９７を３Ｈ期間ごとに１回以上入力して、完全に画素
４に蓄積されている画像信号をはき出してしまう。画像
蓄積時間２７の後、従来通りのラスク走査方式で次のフ
ィールドの画面を読み出す。

第３図は本発明の一実施例のハード構成を示すブロック
図である。同図において、３１はＣＣＤ型固体撮像デバ
イス、３３は信号切替え回路、３４は画像はき出し用の
リードアウトパルス発生回路、３５は走査タイミング信
号発生回路、３６は画像信号、３７はプリチャージクロ
ック、３９は垂直シフトレジスタクロック、４０は画像
はき出しく８号、４１は画像はき出し信号発生回路、４
２は出力画像用画像読み出し信号、４３は画像はき出し
用画像読み出し信号、４４は論理和ゲート、４５は画像
信号処理回路、１９はビデオ信号、である。

第２図、第３図を参照して回路動作を説明する。

走査タイミング信号発生回路３５は、従来方式通りの駆
動回路である。ここより出力される垂直シフトレジスタ
読み出しクロック３９を画像はき出し信号発生回路４１
でカウントし、画像はき出し信号４０を作る。信号切替
え回路３３は、通常、垂直シフトレジスタ続出しクロッ
ク３９．３９’をそのまま垂直転送クロック２１’、２
１’として出力しているが、画像はき出し信号４０の画
像はきだし期間２６の間だけ、水平転送クロック２２を
出力する（垂直転送クロック２１）。リードアウトパル
ス発生回路３４は、画像はき出し信号４０の画像はき出
し期間２６の間だけ、３Ｈごとにリードアウトパルス９
．〜９，１を出力する（画像はき出し用画像読出し信号
４３）。画像はき出し信号発生回路４１は、あらかじめ
設定されていた数だけ垂直シフトレジスタ転送クロック
３９をカウントすると、画像はき出し信号４０の画像は
き出し期間２６を示す信号出力を停止するが、この設定
は、ハード等によってあらかじめ決定しておく。

画像はき出し信号４０の出力終了後、次フィールド開始
直前に走査タイミング発生回路３５より、リードアウト
パルス９７′（出力画像用画像読み出し信号４２）が出
力される。

出力画像用画像読み出し信号４２と画像はき出し用画像
読み出し信号４３を論理和ゲート４４を通してＣＣＤ型
固体撮像デバイス３１へ画像読み出し信号２３として出
力する。

第４図は本発明の別の実施例を示すブロック図である。

同図に示す実施例は、第３図において、積分回路４６、
画像蓄積時間設定回路４７、画像蓄積時間設定信号４８
、を追加した実施例である。

つまり、第３図に示した実施例においてビデオ信号１９
のレベルに応じて画像信号はき出し信号発生回路４１の
設定の設定値を変更することを可能にした実施例で、こ
れにより露出優先ＡＥ（カメラの自動絞り）を実現して
いる。

第４図において、ビデオ信号１９を積分回路４６で積分
し、この信号レベルに応じて、画像蓄積時間設定回路４
７が随時適切な設定値を設定して画像はき出し信号発生
回路４１へ出力するわけである。

〔発明の効果〕

この発明によれば、移動物体を撮像するのに、従来必要
であったシャッタ、ストロボを不要にしたため、カメラ
の小型軽量化、製品コストの低価格化が可能になり、寿
命が長く、耐振性にすぐれた画像入力装置（カメラ）が
作成出来る。

また、連続光が使用でき、画像蓄積時間τも高精度で得
られ、これにより、安定した光量を得ることができる。

また画像蓄積時間τの値も、任意に設定できる。

本発明により必要とする回路は、小さく作ることが出来
るため、ＣＣＤ型固体撮像デバイスそのものに組み込む
ことも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施した際における画像入力装置の各
部信号波形図、第２図は本発明の一実施例における撮像
デバイス駆動タイミングのタイムチャート、第３図、第
４図はそれぞれ本発明の一実施例のハード構成を示すブ
ロック図、第５図はＣＣＤ型固体撮像素子を用いた画像
入力装置の要部を示す平面図、第６図は従来の画像人力
装置の動作の手順を示した説明図、第７図は従来の画像
入力装置における各部信号の波形図、である。 符号の説明 １・・・垂直転送クロック、２・・・水平転送クロック
、３・・・画像信号出力、４・・・フォトセンサ（画素
）、５・・・垂直シフトレジスタ、６・・・水平シフト
レジスタ、８・・・画像蓄積期間、９・・・リードアウ
トパルス、１０．１９・・・ビデオ信号（画像信号）、
１１・・・ビデオ信号１０のＡ部の拡大部、１２．２３
・・・画像読み出し信号、１３．３０・・・■ブランキ
ング期間、２１・・・垂直転送クロック、２２・・・水
平転送クロック、２６・・・画像はき出し期間、４０・
・・画像はき出し信号 代理人　弁理士　並　木　昭　夫 代理人　弁理士　松　崎　　　清 第　２　図 算　３　図 １１１ｉ４図 一一一一一一］ 第　６　図（Ａ） 冨　６　図　（Ｂ） 第６図（り 宵６図（Ｄ） 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）マトリクス状に配置された画素としての光電変換素
   子と、前記画素（光電変換素子）の縦方向１行分毎に設
   けられ該１行分の画素数と同じ数の段数を少なくも有す
   る垂直シフトレジスタと、前記垂直シフトレジスタの個
   数と同じ数の段数を少なくも有する１個の水平シフトレ
   ジスタと、を有し、読み出しパルスを用いて前記各垂直
   シフトレジスタに縦方向１行分ずつの前記画素による撮
   像信号を取り込み、垂直転送クロックを用いて垂直シフ
   トレジスタの各段の内容を前記水平シフトレジスタの対
   応段へ転送し、水平転送クロックを用いて該水平シフト
   レジスタから直列にその内容を読み出して画像信号を得
   るようにしたラスタスキャン方式によるテレビカメラの
   如き画像入力装置において、 読み出しパルスを用いて前記各垂直シフトレジスタに取
   り込んだ撮像信号を、前記垂直転送クロックの周波数と
   水平転送クロックの周波数との間のラスタスキャンを成
   立させるに足る所定の周波数関係を無視した高い周波数
   をもつ垂直転送クロックならびに水平転送クロックを用
   いて前記垂直、水平両シフトレジスタを駆動することに
   より、これらシフトレジスタから短時間に高速度で取り
   出して廃棄すると共に、前記読み出しパルスによって画
   素に蓄積されていた信号が垂直シフトレジスタに取り込
   まれて空になった時点以後の比較的短い時間の間に前記
   画素により撮像された撮像信号を次の読み出しパルスを
   用いて前記各垂直シフトレジスタに取り込んだ後、今度
   は前記ラスタスキャンを成立させるに足る所定の周波数
   関係をもった垂直転送クロックならびに水平転送クロッ
   クを用いて前記垂直、水平両シフトレジスタを駆動する
   ことにより、水平シフトレジスタから画像信号を読み出
   すようにしたことを特徴とする画像入力装置。 ２）特許請求の範囲第１項記載の画像入力装置において
   、各垂直シフトレジスタに取り込んだ撮像信号の高速取
   り出し廃棄ならびに次の画像蓄積をビデオ信号における
   Ｖブランキング期間において行なうことを特徴とする画
   像入力装置。 ３）特許請求の範囲第１項または第２項記載の画像入力
   装置において、画像蓄積時間の長さを、入力している画
   像信号のレベルによって調節することで、露出優先ＡＥ
   （オートアイリス）としたことを特徴とする画像入力装
   置。