JPS63268377A - 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］ この発明はテレビジョンカメラ等に通用する撮像装置、
特にＴＣＩ（Ｔｉｍｅ　Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ　Ｉｎｔ
ｅｇｒａｔｉｏｎ）信号をつくり出す撮像装置に関する
。

［従来の技術］ 輝度信号と色差信号とを時間軸圧縮して時分割多重する
ＴＣＩ（Ｔｉｍｅ　Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ　Ｉｎｔｇｒ
ａｔｉｏｎ）方式と称されるテレビジョン信号の伝送方
式がある。

ＴＣＩには様々な方式が存在するが、第４図にその基本
的な波形を示す。この例では輝度信号を１７２に、色差
信号を１７４にそれぞれ時間軸圧縮して時分割多重する
ものである。第４図は１水平走査期間内の波形を示した
ものであって、１０１は第１の色差信号Ｃｗ、　１０２
は第２の色差信号ＣＮ、１０３は輝度信号Ｙ、そして１
０４は水平同期信号をそれぞれ表わしている。

他の例としては、第１の色差信号ＣＷと輝度信号Ｙの組
合せまたは第２の色差信号ＣＮと輝度信号Ｙの組合せか
らなる信号を１水平走査期間内に多重し、１水平走査期
間毎に他の組合せの信号を用いる方式（色差線順次方式
）もある。

このような信号を作り出すテレビジョンカメラにおいて
は、例えば第５図に示す信号ＩＡ埋構成が用いられてい
る。

第５図には撮像素子からの信号読出しから輝度信号Ｙ１
色差信号Ｃ，およびＣＮを作り出す部分を省略している
が、それは次のようである。すなわち、撮像素子から光
電変換された信号を読み出す動作は、１水平走査期間内
に１回行い、撮像素子から読み出された信号にＲ（赤）
、Ｇ（緑）、Ｂ（青）信号処理を施したのち、マトリッ
クス回路で輝度信号Ｙ１色差信号ＣｗおよびＣ，４を作
り出す。

このようにして作り出された輝度信号Ｙ１色差信号ＣＷ
およびＣＮ信号を第５図に示す構成によフてＴｅｌ信号
に変換する。同図において、２０１は（アナログ）輝度
信号Ｙをアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換するＡ／
Ｄ変換器と該変換器によってＡ／Ｄ変換する際に折返し
雑音を除去するための低域通過フィルターとを含む機能
ブロックを示し、同様に２０２および２０３はそれぞれ
（アナログ）色差信号ＣｗおよびＣＮについてのＡ／Ｄ
変換器と低域通過フィルターとを含む機能ブロックを示
す。

２１１．２１２および２１３は各ブロック２０１．２０
２．２０３によって、それぞれ、Ａ／Ｄ変換された輝度
信号Ｙ９９色差信ＣｗおよびＣ，を各々記憶しておく記
憶装置、２２０は各記憶装置からの出力信号の１つを切
替えて出力するスイッチ、２３０はスイッチ２２０から
のディジタル信号を再びアナログ信号に戻すためのＤ／
Ａ変換器と該変換後の信号から不要高域成分を除去する
フィルターとを含む機能ブロック（以下、これをＤ／Ａ
変換器２３０という）、２４０はＤハ変換器２３０から
の信号に同期信号を付加する同期信号付加回路である。

このような回路構成の動作を次に説明する。

アナログ輝度信号Ｙとアナログ色差信号ＣｗおよびＣＮ
をそれぞれＡ／Ｄ変換器２０１．２０２および２０３で
ディジタル信号に変換し、それぞれ記憶装置２１１゜２
１２および２１３に記憶する。第４図赳示す色差信号Ｃ
ＷとＣＮおよび輝度信号Ｙに割当てられている時間に、
スイッチ２２０で記憶装置２１１，２１２および２１３
からの出力を順次１１１／八変換器２３０に入力する。

まず、スイッチ２２０は色差信号゛Ｃｏが記憶されてい
る記憶装置２１２の出力信号をＤ／Ａ変換器２３０に人
力し、１水平走査期間の最初の１７４の時間に記憶装置
２１２内の１水平画素列の信号を読出しＤ／Ａ変換する
。次にスイッチ２２０は色差信号ＣＮが記憶されている
記憶装置２１３の出力信号をＤ／Ａ変換器２３０に人力
し、１水平走査期間の次の１／４の時間に記憶装置２１
３内の１水平画素列の信号を読出し、Ｄ／八へ換する。

次にスイッチ２２０は輝度信号Ｙが記憶されている記憶
装置２１１の出力信号をＤハ変換器２３０に人力し、１
水平走査期間の残りの１７２の時間に記憶装置２１１内
の１水平画素列の信号を読出し、Ｄ／Ａ変換する。そし
て最後に同期信号付加回路２４０において、Ｄ／Ａ変換
器２３０から順次人力される信号に同期信号を付加して
Ｔｅｌ信号を■構成する７ ［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、以上のようなＴｅｌ信号形成回路におい
ては、輝度信号Ｙと色差信号ＣｗおよびＣＮとを記憶し
ておかなければならず、そのための記憶装置およびＡ／
Ｄ　、　Ｄ／Ａ変換器等が必要であり、回路構成が複雑
になる。

本発明の目的は、Ｔｅｌ信号をつくりだす撮像装置にお
ける以上のような問題を解消し、きわめて簡単にＴｅｌ
信号を得ることができる撮像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］ 本発明は複数の画素をマトリクス状に配置した非破壊型
撮像素子と、撮像素子の各画素に対して１行毎に１水平
走査で少なくとも２回信号電荷を読み出すように水平お
よび垂直走査する走査手段と、走査手段によって得られ
た１水平走査期間で少なくとも２回の読出し信号の各々
から互いに別の情報信号をつくり出して時分割多重信号
を形成する手段とを具える。

［作　用］ 本発明によれば、マトリクス状に画素を配列した撮像素
子を用い、１水平走査期間内に１行の全画素の信号電荷
を順次読出す動作を２回以上行い、それぞれ読出された
信号を例えば色差信号または輝度信号として処理して送
出する。

［実施例］ 第１図および第３図に本発明の一実施例を示す。

第１図は撮像素子とその周辺の回路構成を示し、第５図
は第１図に示す撮像素子を３つ用いた３板カラーカメラ
の構成を示す。

まず、第３図について説明する。なお、撮像素子におけ
る画素数は水平、垂直共充分な解像度が得られるように
決められるが、この実施例においては説明のため４行４
列とする。３５１〜３５４．３６１〜３６４，３７１〜
３７４．３８１〜３８４は撮像素子を構成する非破壊読
出しが可能な画素（例えばトランジスタおよびそのベー
ス容量からなる）であってマトリクス状に配置されてい
る。各画素のトランジスタのコレクタは適当な電源（図
示せず）に接続され、同エミッタはそのベース容量に蓄
積された信号電荷を読み出すための各垂直線ｖ１〜ｖ４
に各列毎に接続されている。

３１０は該撮像素子の各画素について水平方向の　　゛
読出し走査を行うためのシフトレジスタである。

３２０は同じく垂直方向の読出し走査を行うためのシフ
トレジスタであって、端子３０１に入力される水平同期
信号ｆＨ毎にビット出力がシフトし、しかも各ビット出
力は第２図に示すようなタイミングで１水平走査期間内
に４つの読出しパルスａ〜ｄを出力し、この各ビットの
出力を各水平線旧〜Ｈ４を介して撮像素子の各画素のベ
ースに各行毎に印加する。

３３１〜３３４は水平方向の走査に関与するスイッチト
ランジスタであって、各画素から各垂直線ｖ１〜ｖ４上
に読み出された信号電荷をシフトレジスタ３１０からの
各ビット出力に基づいて出力端子３ｏ９に順次送り出す
。

３９１〜３９４は画素から各垂直線に読出した信号電荷
を一時蓄えておくためのコンデンサである。

３４１〜３４４は各垂直線に接続されたトランジスタで
あって、各コンデンサ３９１〜３９４に蓄積された信号
電荷を放電してリセット状態にする。

３０８は各トランジスタ３４１〜３４４のゲートに水平
同期信号ｆ□に関係づけられた第２図に示すようなタイ
ミングで１水平走査期間毎に４つのリセットパルスＬＸ
、ＬＺを印加するためのリセット信号印加端子、３９９
は出力端子３０９に読出した信号電荷の負荷抵抗であっ
て、該端子３０９に該信号電荷に対応した電圧を与える
。

３０１は水平同期周波数信号ｆＨの印加端子、３０２．
３０３および３０４は端子３θｌからの水平同期周波数
信号の逓倍回路、３０５は各逓倍回路出力を選択して水
平シフトレジスタ３１０のクロック入力端子に与えるた
めの選択スイッチである。

以上のような構成における撮像素子からの信号電荷の読
み出しは、次のように行う。

光に反応して画素３５１〜３５４．３６１〜３６４，３
７１〜３７４．３８１〜３８４のベース容量に光量に対
応した量の電荷が蓄積されているとする。

撮像素子の第１行目の各画素からは次のように１水平走
査期間に３回信号電荷が読み出される。

その第１回目の読出し時においては、端子３０１に入力
された水平同期（周波数）信号ｆＨを第１の逓倍器３０
２でＮ倍し、第２の逓倍器３０３でＮ１倍した第２図に
示すようなりロック周波数Ｎ−Ｎ１・ｆ、の信号をスイ
ッチ３０５で選択し、水平シフトレジスタ３１０のクロ
ック入力端に人力する。同時に垂直シフトレジスタ３２
０のクロック端子に端子３０１から１水平開期クロック
が印加されて、最初のビット３２１の出力が“１”とな
り、残りは“０”のままである。

まず、リセットパルスＷがトランジスタ３４１〜３４３
のゲートに印加されて、各垂直線のコンデンサ３９１〜
３９４に残留している電荷を掃き出す。ついで第１行の
各画素３５１〜３５４のベースが読出しパルスａによっ
てバイアスされ、当該画素を構成するトランジスタがオ
ンして、そのベース容量に蓄積された電荷に応じた電流
（信号電荷）が各垂直線を介して各コンデンサ３９１〜
３９４に蓄（」マされる（なお、ベース容量に蓄積され
た電荷は放電されない。すなわち非破壊）。ついで水平
シフトレジスタ３１０の各ビット出力Ｎ−Ｎ１・ｆｎに
よりスイッチトランジスタ３３１．３３２．３３３．３
３４を順次閉じることにより、端子３０９に第１行目の
各画素３５１，３５２゜３５３．３５４に対応するコン
デンサ３９１，３９２，３９３，３９４に蓄積の信号電
荷が順次読み出される（第２図の読出し信号４０２のう
ちのＡ）。

第２回目の読出しは、まず第２のリセットパルスＸによ
ってコンデンサ３９１〜３９４の残留電荷を一掃し、読
み出しパルスｂによってコンデンサ３９１〜３９４に各
画素３５１〜３５４の信号電荷を蓄積する。そして、水
平同期信号ｆ）Ｉを第１の逓倍器３０２でＮ倍し、第２
の逓倍器３０４でＮ２倍した第２図に示すようなりロッ
ク周波数Ｎ−Ｎ２・ｆＨの信号をスイッチ３０５で選択
し、水平シフトレジスタ３１０のクロック入力端に人力
する。該シフトレジスタ３１０の各ビット出力Ｎ−８２
・ｆ、でトランジスタ３３１〜３３４を順次導通し、コ
ンデンサ３９１〜３９４に蓄積の信号電荷を順次端子３
０９に読み出す（第２図の読出し信号４０２のうちＢ）
。同様に第３回目の読出しは、第３リセツトパルスＣに
よるコンデンサ３９１〜３９４の残留電荷の一掃、第３
の読出しパルスｙによるコンデンサ３９１〜３９４への
信号電荷の蓄積の後、水平同期信号ｆＨを第１の逓倍　
。

器３０２でＮ倍した周波数Ｎ−ｆＨの信号をスイッチ３
０５で選択し、水平シフトレジスタ３１０のクロック入
力端に入力する。該シフトレジスタ３１０の各ビット出
力Ｎ’ｆｈでトランジスタ３３１〜３３４を順次導通し
、コンデンサ３９１〜３９４に蓄積の信号電荷を端子３
０９に順次読み出す（第２図の読出し信号４０２のＣ）
。

ついで同時発生する読み出しパルスｄおよびリセットパ
ルスＺによって、第１行目の各画素を構成するトランジ
スタのベース容量に蓄積されている電荷が放電し、該各
画素が初期状態に回復する。すなわち、第１行目の各画
素を構成するトランジスタのベースに読出しパルスｄを
印加し、同時にリセットパルス２を端子３０８に印加し
て各垂直線をアースすることによって当該各トランジス
タのベース容量に蓄積の信号電荷を強制的に放電する。

次に垂直シフトレジスタ３２０に次の水平同期クロック
が印加されると、その２番目のビット３２２に“１”が
移り、残りのビットは全てＯ”であるから、前記と同様
にして第２行目の画素３６１〜３６ｊｌの信号電荷が端
子３０９に読み出される。以下同様にして１水平開期ク
ロックが端子３０１に印加されるたびに読み出される画
素が一行ずつ進んで垂直走査が行われる。

したがって、以上のように１水平走査期間に１行の画素
の信号電荷を３回読み出し、 第１回目の読出し信号（第２図Ａ）を第１図に示すＴＣ
Ｉ信号の第１の色差信号Ｃｗ１０１に割当て、 第２回目の読出し信号（第２図Ｂ）を第１図に示すＴＣ
Ｉ信号の第２の色差信号Ｃ，１０２に割当て、 第３回目の読出し信号（第２図Ｃ）を第１図に＝ｒｒ　
すＴｒＴ　Ｉｔ　’ｉｉ−／７−１　＃ＩＴＱ’Ｆ　／
言魯＋　ＩＰＩ　ｋ−＄１１当でＸことｈ（できる。

以上述べた構成を３板カラーカメラに適用した実施例を
第３図に示す。

同図において、５０１はレンズ、５０２はレンズ５０１
の光路上に設けた色分解プリズム、５０３〜５０５は色
分解プリズム５０２の各出力端に設けた非破壊読出し可
能な撮像素子、５０６〜５０８は各素子５０３〜５０５
からの撮像信号を処理して赤（Ｒ）。

緑（Ｇ）、青（Ｂ）信号を各々出力する信号処理回路、
５０９は各信号処理回路からの信号に基づいて色差信号
Ｃｗ、Ｃｓおよび輝度信号Ｙをつくり出すマトリックス
回路である。

５１３はＴＣＩ信号形成のタイミングで色差信号Ｃｗ、
ＣＮおよび輝度信号Ｙのうちの１つを選択して出力する
選択回路、５１４は選択回路５１３からの信号に同期信
号を付加する同期信号付加回路、５１５は撮像素子駆動
回路であって、前述のようなタイミングで各撮像素子を
駆動すると共に選択回路５１３をＴＣＩ信号形成のタイ
ミングで制御する。

次に、この実施例の動作を説明する。

レンズ５０１から入射した光は色分解プリズム５０２で
光の３原色、Ｒ，ＧおよびＢに分けられ、結像位置の撮
像素子５０３〜５０５で光電変換される。

この撮像素子を駆動回路５１５で駆動して各画素の信号
電荷を読出す。撮像素子からの信号電荷の読出し方法は
第１図および第２図を用いて説明した通りである。モし
て撮像素子の出力信号をｎ、Ｇ、ａ別に信号処理回路５
０６〜５０８で処理したのちマトリクス回路５０９で色
差信号ＣＷとＣＮおよび輝度信号Ｙをつくり出す。前述
のように１水平走査期間内に３回読み出しが行われるの
で色差信号Ｃ８＋ＣＮおよび輝度信号Ｙが３回作られる
。駆動回路５１５は、第１図に示す割当て時間に対応し
て、選択スイッチ５１３を制御して、色差信号ＣＷ、色
差信号ＣＮそして輝度信号Ｙを順次選び、同期信号付加
回路５１４に入力する。同回路５１４によって、入力信
号に同期信号を付加して、ＴＣＩ信号をつくり出す。

以上説明した実施例は第１図に示すＴＣＩ信号に対応す
るものであるが、色差信号ＣＷまたはＣＮと輝度信号Ｙ
との組合せの信号とし、１水平走査期間毎に交互にＣＷ
またはＣＮを送出する色差線順次方式のＴＣＩ信号に対
しては次のようにすればよい。すなわち、例えば第３図
において、各撮像素子から１水平走査期間に１行の画素
の信号を２回読み出す。マトリックス回路５０９で作ら
れた色差信号Ｃ，，Ｃ，および輝度信号Ｙのうち１水平
期間毎にＣｗとＹまたはＣＮとＹの組合せの多重信号に
なるように、選択スイッチ５１３を切換えればよい。

また、実施例として、３板カラーカメラに適用した場合
を示したが、単板カラーカメラにも用いることができる
ことは明らかである。さらに非破壊読出し可能な撮像素
子として、第１図に示す実施例では、トランジスタのベ
ース領域あるいはゲート領域で光電変換する型式のもの
を用いたが、ＣＩＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｉｎｊｅｃｔｉｏ
ｎ　Ｄｅｖｉｃｅ）と称される素子を用いることも当然
のことながら可能である。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば簡単な構成で（Ａ
／Ｄ　、　Ｄ／Ａ変換器および記憶装置が不要）時分割
多重映像信号を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる撮像装置の一実施例の回路図、 第２図は第１図に示す実施例の動作波形図、第３図は３
板カラーカメラに適用した本発明の他の実施例を示す図
、 第４図はＴＣＩ信号の波形図、 第５図は輝度信号Ｙと色差信号ＣｗおよびＣＮからＴＣ
■信号に変換する従来装置のブロック図である。 に　　Ｋ 二　　　− ン　　　　ぐ 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数の画素をマトリクス状に配置した非破壊型撮像素子
   と、 該撮像素子の各画素に対して１行毎に１水平走査で少な
   くとも２回信号電荷を読み出すように水平および垂直走
   査する走査手段と、 該走査手段によって得られた１水平走査期間で少なくと
   も２回の読出し信号の各々から互いに別の情報信号をつ
   くり出して時分割多重信号を形成する手段とを具えたこ
   とを特徴とする撮像装置。