JPH053553A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 撮像素子のダイナミックレンジ以上のレベル
をもった被写体を撮影する場合であっても短時間で撮影
できるようにする。 【構成】 被写体からの撮像光を光電変換して出力する
撮像素子と、該撮像素子を所定時間露光して得られる出
力信号と所定の基準信号を比較する比較手段とを備え、
該比較手段の比較の結果、前記撮像素子からの読み出し
信号に基準信号よりも大きい信号があった場合は、次の
フィールドの信号を読み出す前の帰線消去期間内に、前
記所定時間よりも短い露光を行うと共に、この露光後に
基準信号よりも大きかった画素の信号を再度読み出し、
該読み出し信号を基準信号に加算して画像信号のレベル
を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ランダムアクセスが可
能な撮像素子を利用したカラービデオカメラ等の撮像装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、撮像装置において画像信号を取り
込む場合は、撮像素子のダイナミックレンジ（飽和レベ
ル）以上の信号は飽和信号となり、再生時には真っ白な
状態（いわゆる白飛び現象）で出力されていた。このよ
うな白飛びの現象は、再生画像を著しく劣化させるた
め、撮像素子のダイナミックレンジの拡大が要求されて
いた。このダイナミックレンジを拡大させる１手段とし
ては、１回目の露光後に露光量を調節して再露光を行
い、信号電荷の読み直しを行う方法がある。

【０００３】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、Ｃ
ＣＤやＭＯＳ等の撮像素子を用いた場合、上記手段では
再露光後の読み出し過程で全ての画素の読み出しを行わ
なければならないので、撮像素子のダイナミックレンジ
以上のレベルを持った被写体を撮影するときに撮影時間
が長くなるという問題点があった。

【０００４】本発明は、このような問題点を解消するた
めになされたもので、その目的は撮像素子のダイナミッ
クレンジ以上のレベルを持った被写体を撮影する場合で
あっても短時間で撮影できるようにした撮像装置を提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のこのような目的
は、被写体からの撮像光を光電変換して出力する撮像素
子と、該撮像素子を所定時間露光して得られる出力信号
と所定の基準信号を比較する比較手段とを備え、該比較
手段の比較の結果、前記撮像素子からの読み出し信号に
基準信号よりも大きい信号があった場合は、次のフィー
ルドの信号を読み出す前の帰線消去期間内に、前記所定
時間よりも短い露光を行うと共に、この露光後に基準信
号よりも大きかった画素の信号を再度読み出し、該読み
出し信号を基準信号に加算して画像信号のレベルを補正
することを特徴とする撮像装置によって達成される。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して詳細に説明する。 ［第１実施例］図１は本発明の撮像装置の一実施例を示
したブロック図である。図１において１０１はレンズ、
シャッター、絞り等で構成される光学ブロック、１０２
はＸアドレス、Ｙアドレスの指定によって任意の画素を
ランダムにアクセスできる撮像素子である。この撮像素
子１０２については、詳しく後述する。１０３はランダ
ムアクセスメモリ、１０４はシャッター制御、絞り制
御、撮像素子の駆動タイミングの制御、メモリのアドレ
ス指定等を行う制御信号発生器、１０５はメモリ１０３
と制御信号発生器１０４から出力される基準信号とを比
較し、その結果を出力する比較器である。撮像素子１０
２の構成を図２に示す。この撮像素子１０２の動作とし
ては、まずＸアドレス、Ｙアドレスによりアドレス配置
された画素群８０１に対し、ロウデコーダ８０２により
Ｙ方向のアドレスを指定する。次に、コラムデコーダ８
０３によりＸ方向のアドレスを指定してＸ、Ｙアドレス
の指定された画素の信号電荷をコラムセレクタ８０４よ
り取り出し、最後に出力アンプ８０５で適当な信号増幅
を行って出力する。以上のランダムアクセス可能な撮像
素子に関しては、ＵＳＰ4,942,473 に“IntelligentSca
n Image Sensor ”として開示されている。

【０００７】次に、図１の実施例の動作を説明する。ま
ず、制御信号発生器１０４により設定されたシャッター
速度、絞り値により、ある露光時間（ｔ＝Ｔ）で撮像素
子１０２上に結像した被写体像は、各画素毎に光電変換
され信号電荷となる。そして制御信号発生器１０４より
発生する電荷読み出し信号により逐次読み出され、メモ
リ１０３において先の読み出し信号に対応するアドレス
に書き込まれる。次にメモリ１０３から信号データを読
み出し、制御信号発生器１０４より指定される基準信号
のレベルとの比較を比較器１０５で行う。このとき、メ
モリ１０３に書き込まれている全ての信号データが基準
信号よりも小さい場合は、メモリ１０３のデータはその
まま後段の信号処理回路に出力される。一方、比較器１
０５の比較結果において、基準信号よりも大きいレベル
の信号データがあった場合は、図３（ａ）に示すように
撮像素子が次のフィールドの信号電荷を読み出す前の帰
線消去期間（ＶＢＬＫ）に、制御信号発生器１０４の電
荷読み出し信号を制御して基準信号よりも大きいレベル
が検出された撮像素子１０２のＸアドレス、Ｙアドレス
を指定して再度信号電荷の読み出しを行う。このとき基
準信号レベルを撮像素子の飽和レベルよりすこし小さめ
に設定しておくと比較器１０５は飽和検出回路として機
能する。

【０００８】したがって、通常の電荷読み出し期間の信
号電荷読み出しが終った後に、制御信号発生器１０４に
よりシャッター速度を速めるか絞り値を小さくするか、
または撮像素子の露光時間を短くするかして飽和が起き
ない程度に露光量を制御して次の露光を行っておき、比
較器１０５で飽和が検出されたとき信号電荷の再読み出
しを行うことになる。そして、メモリ１０３のデータを
読み出して後段の信号処理回路に出力するが、飽和が検
出されたアドレスのデータには、信号処理回路において
基準信号レベルのデータを加算することによって、撮像
素子の飽和によって取り出すことのできなかった本来あ
るべき信号データを取り出すことができる。すなわち、
撮像素子のダイナミックレンジの拡大を図ることができ
る。図４は撮像素子の露光時間を短くすることによって
２回目の露光量を制御した例である。図４では、１回目
の露光により飽和した２０１の信号に対し、２回目の露
光で２０２の信号をメモリ１０３に取り込み、後段の信
号処理回路で基準レベルを加算して２０４のように撮像
素子の飽和レベル以上の信号を取り出すことができる。
尚、本実施例では露光回数は２回としているが、複数回
の露光で実施しても効果があることは言うまでもない。
ただし、露光回数が多ければその分撮影時間が長くなる
ので、帰線消去期間にレベル補正を終了するという点か
らも、本実施例では露光回数を２回とした。 ［第２実施例］図５は本発明の第２実施例を示したブロ
ック図である。第１実施例では、図３（ａ）に示したよ
うに飽和電荷が検出された時の再露光を帰線消去期間
（ＶＢＬＫ）で行っていたが、飽和画素数が多い場合、
ＶＢＬＫ期間内で再露光、再読み出しを完了しきれない
場合もあり得る。そこで、本実施例では図３（ｂ）に示
すように最初の電荷読み出し期間を速くして、ＶＢＬＫ
期間＋（映像期間−読み出し期間）内に再露光、再読み
出しを行うものである。また、第１実施例では飽和して
いる画素の有無にかかわらず２回目の露光を行っていた
が、本実施例では図５に示すようにアドレスメモリ３０
１を設け、飽和した画素のアドレスをまとめて記憶して
おき、飽和が検出された時のみ２回目の露光を行い、飽
和が検出されない場合は、２回目の露光を行わないこと
で撮影時間の短縮を可能としたものである。すなわち、
第１実施例と同様にメモリ１０３に書き込まれたデータ
を比較器１０５で基準レベルと比較し、基準レベルを越
えるデータが存在した場合は、その時のアドレスをアド
レスメモリ３０１に記憶し、全てのデータの比較と基準
レベル以上のデータのアドレスの記憶を行った後に２回
目の露光を行い、アドレスメモリ３０１に記憶されたア
ドレスの信号電荷のみを読み出すようにする。後の処理
は第１実施例と同様である。また、比較器１０５の比較
の結果、基準レベル以上のデータがなかった場合は、２
回目の露光は行わずデータは後段の信号処理回路に出力
し、これによって無駄な露光を行わず、撮影時間を短縮
する。 ［第３実施例］図６は本発明の第３実施例を示したブロ
ック図である。第１実施例、第２実施例では基準レベル
とデータの比較をメモリの出力段で行っていたが、本実
施例では図６に示すようにメモリ１０３の入力段で行う
ものである。本実施例では、撮像素子１０２より信号電
荷が読み出される度に比較器４０１で信号電荷と基準レ
ベルとの比較が行われる。そして、第２実施例と同様に
アドレスメモリ３０１に基準レベル以上のデータが存在
したときのアドレス情報が記憶される。なお、その時の
信号データはメモリ１０３に書き込んでも書き込まなく
てもよい。他の動作は第１、２実施例と同様である。 ［第４実施例］図７は本発明の第４実施例を示したブロ
ック図である。以上の実施例ではメモリ１０３のデータ
を読み出して後段の信号処理回路に出力し、飽和が検出
されたアドレスのデータに対し信号処理回路において基
準信号レベルのデータを加算していたが、本実施例では
図７に示すように比較器１０５に入力される基準信号レ
ベルを再読み出しした信号データに加算して再度メモリ
１０３に書き込むようにしたものである。すなわち、第
１実施例の動作のように１回目の信号電荷読み出しが終
わった後に、制御信号発生器１０４によりシャッター速
度を速めるか絞り値を小さくするか、または撮像素子の
露光時間を短くするかして飽和が起きない程度に露光量
を制御して２回目の露光を行っておく。次に、比較器１
０５で飽和が検出されたとき信号電荷の再読み出しを行
い、同時に制御信号発生器１０４により加算器５０１に
加算を行うように制御信号を送ることで、比較基準信号
と再読み出しされたデータとを加算し、メモリ１０３に
再度書き込む。そして、メモリ１０３より読み出された
データは後段の信号処理回路１０６に出力される。な
お、撮像素子からの１回目の読み出し時には制御信号発
生器１０４から加算器５０１には加算を行わないように
制御信号が出力され、読み出された信号データがそのま
まメモリ１０３に書き込まれる。 ［第５実施例］図８は本発明の第５実施例を示したブロ
ック図である。この実施例は第４実施例の撮像装置に第
３実施例と同様にアドレスメモリ３０１を設けた例であ
る。動作の説明は前記実施例と同じであるので省略す
る。 ［第６実施例］図９は本発明の第６実施例を示したブロ
ック図である。この実施例は第４実施例の撮像装置にア
ドレスメモリ３０１を設け、また基準信号レベルとデー
タの比較を第３実施例と同様にメモリ１０３の入力段で
行うようにした例である。動作は前記実施例と同じであ
るので説明は省略する。

【０００９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、１
回目の露光で基準信号以上の信号が検出された場合に、
２回目以降の露光量を制御して再露光を行い、基準信号
以上の画素に対応する再読み出しを行いその再読み出し
信号データに対して基準信号を加算するようにしたの
で、短い撮影時間で撮像素子のダイナミックレンジを越
えるレベルの信号を取り出すことができ、撮像素子のダ
イナミックレンジを改善できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の撮像装置の第１実施例を示したブロッ
ク図である。

【図２】図１の実施例に使用される撮像素子の構成を示
したブロック図である。

【図３】本発明の第１及び第２実施例の再露光、再読み
出しのタイミングをそれぞれ示したタイムチャートであ
る。

【図４】図１の実施例の撮像素子の露光時間と露光量の
関係を示した説明図である。

【図５】本発明の第２実施例を示したブロック図であ
る。

【図６】本発明の第３実施例を示したブロック図であ
る。

【図７】本発明の第４実施例を示したブロック図であ
る。

【図８】本発明の第５実施例を示したブロック図であ
る。

【図９】本発明の第６実施例を示したブロック図であ
る。

【符号の説明】

１０１ 光学ブロック １０２ 撮像素子 １０３ ランダムアクセスメモリ １０４ 制御信号発生器 １０５ 比較器 １０６ 信号処理回路 ３０１ アドレスメモリ ４０１ 比較器 ５０１ 加算器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写体からの撮像光を光電変換して出力
   する撮像素子と、該撮像素子を所定時間露光して得られ
   る出力信号と所定の基準信号を比較する比較手段とを備
   え、該比較手段の比較の結果、前記撮像素子からの読み
   出し信号に基準信号よりも大きい信号があった場合は、
   次のフィールドの信号を読み出す前の帰線消去期間内
   に、前記所定時間よりも短い露光を行うと共に、この露
   光後に基準信号よりも大きかった画素の信号を再度読み
   出し、該読み出し信号を基準信号に加算して画像信号の
   レベルを補正することを特徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】 基準信号よりも大きな信号が多く、帰線
   消去期間内に再露光及び再読み出しができない場合は、
   最初の撮像素子の信号読み出し時間を短くすることを特
   徴とする請求項１の撮像装置。
3. 【請求項３】 基準信号よりも大きい信号の画素のアド
   レスを記憶するためのアドレスメモリを設け、全ての信
   号の比較動作が終了した後に、前記再露光後アドレスメ
   モリに記憶された画素の信号を読み出し、また基準信号
   以上の信号がなかった場合は、再露光を行わないように
   したことを特徴とする請求項１の撮像装置。