(57)【要約】【課題】低照度被写体の映像信号と高照度被写体の映像信号を合成するワイドダイナミック映像信号の生成において、低照度被写体の映像信号の増幅に電子増倍技術を適用することで画質の改善を図る。【解決手段】被写体からの入射光を映像信号に変換する撮像部と、上記撮像部から出力される少なくとも低輝度の映像信号が入力される高電子倍増率の第１相電子倍増部と、上記撮像部から出力される少なくとも高輝度の映像信号が入力される低電子倍増率の第２相電子倍増部と、上記第１相電子倍増部の出力を所定のしきい値と比較し、上記第１相電子倍増部の出力が上記所定のしきい値より小さい場合、上記第１相電子倍増部の出力を選択し、上記第１相電子倍増部の出力が上記所定のしきい値より大きい場合、上記第２相電子倍増部の出力を選択する選択部を有するように構成される。【選択図】図１
2008182309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの入射光を映像信号に変換する撮像部と、上記撮像部に結合され、上記撮像部から出力される少なくとも低輝度の映像信号が入力される高電子倍増率の第１相電子倍増部と、上記撮像部から出力される少なくとも高輝度の映像信号が入力される低電子倍増率の第２相電子倍増部と、上記第１相電子倍増部の出力を所定のしきい値と比較し、上記第１相電子倍増部の出力が上記所定のしきい値より小さい場合、上記第１相電子倍増部の出力を選択し、上記第１相電子倍増部の出力が上記所定のしきい値より大きい場合、上記第２相電子倍増部の出力を選択する選択部を有することを特徴とするテレビジョンカメラ装置。
【請求項２】
請求項１記載のテレビジョンカメラ装置において、上記撮像部は、複数のホトダイオードが二次元に配列されると共に、上記複数のホトダイオードに色フイルタを具え、上記少なくとも低輝度の映像信号が出力される上記ホトダイオードに設けられている色フイルタは、補色のカラーフィルタで構成され、上記少なくとも高輝度の映像信号が出力される上記ホトダイオードに設けられている色フイルタは、原色のカラーフィルタで構成されていることを特徴とするテレビジョンカメラ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テレビジョンカメラ装置に関し、特に、低照度被写体と高照度被写体を同時に撮像する広ダイナミックレンジの撮像を可能にするテレビジョンカメラ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、広ダイナミックレンジの映像信号を出力をするテレビジョンカメラ装置としては、テレビジョンカメラ装置が有する固体撮像素子から低輝度エリアに露光条件が合った長時間露光映像信号と、高輝度エリアに露光条件の合った短時間露光映像信号とが出力されるものがある。これらの長時間露光映像信号と短時間露光映像信号とは、所定の合成処理が施されてから、映像信号処理回路にてホワイトバランス等の処理が行われ、広ダイナミックな映像信号が得られるように構成されている。
【０００３】
この従来の技術を用いたテレビジョンカメラ装置の構成について、図８を用いて説明する。図８において、８０１は、被写体（図示せず。）からの入射光を撮像部８０２に入射するためのレンズ部（または光学系）である。８０２は、レンズ部８０１からの入射光を電荷に変換して映像信号として出力する撮像部である。この撮像部８０２は、例えば、フォトダイオードとＣＣＤ（Charge Coupled Device）からなる固体撮像素子で構成されている。そして、この従来の撮像部８０２は、テレビジョンカメラ装置から出力される映像信号の１水平走査期間に、例えば、１／２，０００秒間に撮像光を露光して得られる短時間露光映像信号と、この短時間露光映像信号の場合よりも長い、例えば、約１／６０秒間に撮像光を露光して得られる長時間露光映像信号とを、それぞれ１水平走査期間分の映像信号を時間圧縮して出力する機能を有している。ＣＤＳ＆ＡＧＣ（Correlated Double Sampling & Automatic Gain Control）８０３は、撮像部８０２から出力される映像信号をサンプルホールドし、さらに所要レベルまで増幅して出力するサンプルホールドおよび自動利得制御回路である。
【０００４】
８０４は、ＣＤＳ＆ＡＧＣ回路からのアナログ映像信号をデジタル映像信号に変換するＡ／Ｄ変換器である。８０５は、Ａ／Ｄ変換器８０４からのデジタル映像信号を、１水平走査期間毎に、そのデジタル映像信号の長時間露光映像信号と短時間露光映像信号とを分離し、それぞれ１水平走査期間に時間圧縮伸張して、それらを同期化してそれぞれ同時に出力するようにする同期化回路である。８０６は、同期化回路８０５からの長時間露光映像信号と短時間露光映像信号とを入力して、所定の合成方法によりそれらの信号を合成するための合成処理回路である。その合成方法としては、例えば、長時間露光映像信号と短時間露光映像信号の二つの信号のうち、いずれか一方の、より適正な露光映像信号レベルとなっている方の映像信号レベルとした合成映像信号を生成するように合成処理する。そのように合成処理することで、例えば、画面内の長時間露光映像信号では、白とびをおこしてディテールのわからない領域が、短時間露光映像信号の適正な信号レベルで合成するようにし、また、短時間露光映像信号では、黒つぶれをおこしてディテールのわからない領域が、短時間露光映像信号の適正な信号レベルで合成するようになされる。合成処理回路８０６で合成された合成映像信号は、映像信号処理回路（ＤＳＰ回路）８０７に供給される。ＤＳＰ回路８０７では、合成映像信号に所定の映像信号処理が施され、ガンマ補正やホワイトバランス調整等のための処理などが施される。映像信号処理が施された映像信号は、ＤＳＰ回路８０７から出力端子８０８を介して後段（図示せず）に出力される。
【０００５】
而して、上記のような従来のテレビジョンカメラ装置では、低照度の被写体と高照度の被写体を同時に撮像する場合、低照度部分では、映像信号を増幅してから合成しているため、ノイズ成分も増幅され画質劣化の原因になっている。従って、画質を改善した広ダイナミックレンジの撮像を可能にするテレビジョンカメラ装置の実現が望まれている。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３５０２２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
低照度の被写体と高照度の被写体を同時に撮像する場合、低照度部分では、映像信号を増幅してから合成しているため、ノイズ成分も増幅され画質劣化の原因になっている。従って、画質を改善した広ダイナミックレンジの撮像を可能にするテレビジョンカメラ装置の実現が望まれている。
【０００８】
本発明の目的は、画質を改善した広ダイナミックレンジのテレビジョンカメラ装置を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、異なる映像信号レベルの映像を同時に出力するテレビジョンカメラ装置を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、低照度被写体のＳ／Ｎ比を改善するテレビジョンカメラ装置を提供することである。
【００１１】
本発明の更に他の目的は、撮像部の電子倍増率を可変にするテレビジョンカメラ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のテレビジョンカメラ装置は、被写体からの入射光を映像信号に変換する撮像部と、上記撮像部に結合され、上記撮像部から出力される少なくとも低輝度の映像信号が入力される高電子倍増率の第１相電子倍増部と、上記撮像部から出力される少なくとも高輝度の映像信号が入力される低電子倍増率の第２相電子倍増部と、上記第１相電子倍増部の出力を所定のしきい値と比較し、上記第１相電子倍増部の出力が上記所定のしきい値より小さい場合、上記第１相電子倍増部の出力を選択し、上記第１相電子倍増部の出力が上記所定のしきい値より大きい場合、上記第２相電子倍増部の出力を選択する選択部を有するように構成される。
【００１３】
また、本発明のテレビジョンカメラ装置において、更に、上記第１相電子倍増部と上記第２相電子倍増部を制御する第１相電子倍増制御部および第２相電子倍増制御部を有し、上記第１相電子倍増部と上記第２相電子倍増部に印加するパルス電圧値を適宜設定するように構成される。
【００１４】
また、本発明のテレビジョンカメラ装置において、更に、上記第１相電子倍増制御部および上記第２相電子倍増制御部を制御するＣＰＵを有し、上記ＣＰＵは、記憶部を有し、上記記憶部に上記第１相電子倍増部と上記第２相電子倍増部に印加するパルス電圧値を設定するテーブルを備え、上記映像信号から得られる入射光量に基づいて上記テーブルを参照し、上記第１相電子倍増部と上記第２相電子倍増部に印加するパルス電圧値を設定するように構成される。
【００１５】
また、本発明のテレビジョンカメラ装置において、上記撮像部は、複数のホトダイオードが二次元に配列されると共に、上記複数のホトダイオードに色フイルタを具え、上記少なくとも低輝度の映像信号が出力される上記ホトダイオードに設けられている色フイルタは、補色のカラーフィルタで構成され、上記少なくとも高輝度の映像信号が出力される上記ホトダイオードに設けられている色フイルタは、原色のカラーフィルタで構成されている
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、低照度の被写体と高照度の被写体を同時に撮像する場合でも、画質を改善した広ダイナミックレンジの撮像を可能にするテレビジョンカメラ装置が実現できる。また、撮像部の電子倍増率を可変にでき、低照度被写体のＳ／Ｎ比を改善できる。更に、撮像部の電子倍増率を可変にできるので、所望の明るさに応じた電子倍増率を選択できるテレビジョンカメラ装置を実現できる特徴がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施例について図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例の概略構成のブロック図を示す。図１において、１００は、カメラ部を示す。１０１は、被写体（図示せず。）からの入射光を撮像部１０２に入射するためのレンズ部（または光学系）である。１０２は、レンズ部１０１からの入射光を電荷に変換して映像信号として出力する撮像部である。この撮像部１０２は、例えば、ＥＭ−ＣＣＤ（Electron Multiplying -Charge Coupled Device：以下、ＥＭ−ＣＣＤと称する。）のような固体撮像素子で構成されている。なお、ＥＭ−ＣＣＤの詳細な構成については、後述する。
【００１８】
ＥＭ−ＣＣＤ１０２からは電子倍増率の高い映像信号出力１０３と電子倍増率の低い映像信号出力１０４が出力され、電子倍増率の高い映像信号出力１０３は、ＣＤＳ（Correlated Double Sampling：相関二重サンプリング）回路１０５に、また、電子倍増率の低い映像信号出力１０４は、ＣＤＳ回路１０６に入力される。ＣＤＳ回路１０５および１０６では、ＥＭ−ＣＣＤ１０２から出力された映像信号の雑音を除去し、サンプルホールドを行い、それぞれアンプ部１０７および１０８で増幅され、Ａ／Ｄ変換部（アナログ／デジタル変換部）１０９および１１０で、デジタル信号に変換され、映像信号処理部１１１および１１２に入力される。
【００１９】
映像信号処理部１１１および１１２では、例えば、ディジタル映像信号の各種処理を行うディジタル信号処理回路（Digital Signal Processor：ＤＳＰ）で構成されている。映像信号処理部１１１および１１２では、例えば、ガンマ補正やホワイトバランス調整等のための処理などが施され、映像信号合成部１１３に供給される。そして、映像信号合成部１１３で合成された映像信号は、出力端子１１５を介して後段（図示せず）に出力される。なお、映像信号合成部１１３については後述する。
【００２０】
１１４は、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）、１１６は、ＣＣＤ駆動部、１１７は、レンズ絞り制御部である。マイクロコンピュータ１１４は、映像信号を所要レベルに増幅し出力するアンプ部１０７、１０８、映像信号処理部１１１、１１２の各種信号処理の制御、ＣＣＤ駆動部１１６の制御およびレンズ絞り制御部１１７等の制御を行う。ＣＣＤ駆動部１１６は、ＥＭ−ＣＣＤの電子倍増率の制御あるいはＣＣＤの駆動制御等を行う。１１８は、高電子倍増率制御信号（第１相制御信号ともいう。）、１１９は、低電子倍増率制御信号（第２相制御信号ともいう。）である。なお、ＣＣＤ駆動部１１６については後述する。更に、レンズ絞り制御部１１７は、レンズ部１０１の絞りやズーム等の制御を行う。１２０は、記憶部である。
【００２１】
次に、ＥＭ−ＣＣＤ１０２について、図２を用いて説明する。図２は、ＥＭ−ＣＣＤ１０２の概略構成を示す図である。図２において、２０１は、ＥＭ−ＣＣＤの具体的構成を示している。２０２は、例えば、フォトダイオードであり、二次元に配列されている。これを２０２−（１、１）、・・・２０２−（ｎ、１）、・・・２０２−（１、ｍ）、・・・２０２−（ｎ、ｍ）、即ち、ｎ×ｍ（ｎ、ｍは、正の整数）個が配列されている。なお、フォトダイオードを代表する場合は、フォトダイオード２０２と称する。
【００２２】
２０３−１、・・・２０３−ｍは、垂直転送用ＣＣＤ、２０４−１、２０４−２は、水平転送用ＣＣＤである。なお、垂直転送用ＣＣＤおよび水平転送用ＣＣＤを代表する場合は、垂直転送用ＣＣＤ２０３および水平転送用ＣＣＤ２０４と称する。２０５−１は、第１相電子倍増部、２０５−２は、第２相電子倍増部である。なお、第１相電子倍増部および第２相電子倍増部を代表する場合は、電子倍増部２０５と称する。２０６−１、２０６−２は、増幅部、２０７は、垂直転送用ＣＣＤ２０３および水平転送用ＣＣＤ２０４にそれぞれ転送用のパルスを供給するための転送パルス発生部である。
【００２３】
２０８−１は、第１相電子倍増制御部、２０８−２は、第２相電子倍増制御部であり、それぞれ第１相電子倍増部２０５−１、第２相電子倍増部２０５−２にそれぞれ信号を倍増するための所望の電圧を供給する働きをする。２０９−１、２０９−２は、それぞれ電子倍増された信号が出力される出力端子である。なお、第１相電子倍増制御部２０８−１および第２相電子倍増制御部２０８−２は、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）１１４の制御に基づいて事前に定められた所定の電子倍増率に対応するパルス電圧を発生する。これについては後述する。
【００２４】
さて、フォトダイオード２０２は、二次元に配列されている。そして、白黒のテレビジョンカメラ装置の場合、図１１（Ａ）に示されるようにそれぞれのフォトダイオード２０２が（１、１）、・・・（ｎ、１）、・・・（１、ｍ）、・・・（ｎ、ｍ）、即ち、ｎ×ｍ（ｎ、ｍは、正の整数）個が配列されて、白黒用の映像信号を出力するテレビジョンカメラ装置として動作する。しかし、カラーテレビジョンカメラ装置の場合、フォトダイオード２０２の前面に、例えば、図１１（Ｂ）に示されるように、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色フイルタが設けられており、映像信号処理部１１１および１１２で適宜処理され、色信号を分離した映像信号を得ることができるように構成される。
【００２５】
この図２に示すＥＭ−ＣＣＤの動作について説明する。図２において、フォトダイオード２０２に入射した入射光が光電変換され、フォトダイオード２０２に蓄積された信号電荷は、映像期間の垂直帰線期間に垂直転送用ＣＣＤ２０３に読み出される（フォトダイオード２０２から垂直転送用ＣＣＤ２０３への矢印で示す。）。なお、黒丸は、信号電荷を模式的に表している。垂直転送用ＣＣＤ２０３に読み出された信号電荷は、映像期間の水平帰線期間に一段づつ垂直転送用ＣＣＤ２０３から水平転送用ＣＣＤ２０４−１、２０４−２に転送される（垂直転送用ＣＣＤ２０３から水平転送用ＣＣＤ２０４−１、２０４−２への矢印で示す。）。
【００２６】
而して、ＥＭ−ＣＣＤでは、２相の水平転送用ＣＣＤを備えている。即ち、第１相水平転送用ＣＣＤ２０４−１および第２相水平転送用ＣＣＤ２０４−２である。そして、垂直転送用ＣＣＤ２０３からの信号電荷は、一つおきに、第１相水平転送用ＣＣＤ２０４−１および第２相水平転送用ＣＣＤ２０４−２に交互に供給されるように構成されている。即ち、垂直転送用ＣＣＤ２０３−２、２０３−４、・・・２０３−ｍ（偶数番目の垂直転送用ＣＣＤ）からの信号電荷は、第１相水平転送用ＣＣＤ２０４−１に、また、垂直転送用ＣＣＤ２０３−１、２０３−３、・・・２０３−（ｍ−１）（奇数番目の垂直転送用ＣＣＤ）からの信号電荷は、第２相水平転送用ＣＣＤ２０４−２に供給される。
【００２７】
このようにして垂直転送用ＣＣＤ２０３から水平転送用ＣＣＤ２０４−１および２０４−２にそれぞれ転送され、更に、第１相電子倍増部２０５−１および第２相電子倍増部２０５−２に転送され、この信号電荷の転送は、繰り返し行なわれ、全ての信号電荷が増幅部２０６−１、２０６−２を介して出力端子２０９−１、２０９−２に出力され、１フレーム毎の映像信号が得られる。
【００２８】
なお、垂直転送用ＣＣＤ２０３および水平転送用ＣＣＤ２０４は、転送パルス発生部２０７からの駆動パルスで駆動され、垂直転送用ＣＣＤ２０３は、例えば、周期Ｔｖのパルス間隔、例えば、ＮＴＳＣ方式の場合、１／３０秒間隔（１フレーム間隔）の転送パルスが使用される。また、水平転送用ＣＣＤ２０４は、１水平走査期間Ｔｈの周期のパルス間隔、例えば、ＮＴＳＣ方式の場合、６４μsec間隔の転送パルスが使用される。
【００２９】
ここで、第１相電子倍増部２０５−１および第２相電子倍増部２０５−２の動作について詳細に説明する。電子倍増部２０５は、水平転送用ＣＣＤ２０４から転送される信号電荷を所定倍に増大する機能を持つ。この電子倍増部２０５の原理は、既に、よく知られているので、ここでは簡単に説明する。電子倍増部２０５は、例えば、電子の井戸（電子ポテンシャル）を形成するための電極を持つＣＣＤで構成され、このＣＣＤの内部の深いポテンシャルに水平転送用ＣＣＤ２０４からの信号電荷が転送されると、深いポテンシャルの井戸で電子とシリコン衝突により二次電子倍増が行われ、例えば、数千倍の電子倍増が行われることが知られている。そして、この電子倍増量は、深いポテンシャルの井戸を構成する電極に印加される電圧により制御される。例えば、電極に印加される電圧が高いほど深いポテンシャルの井戸の深さが深くなり、電子倍増量が大きくなる。
【００３０】
これについて図９および図１０を用いて更に詳細に説明する。図９は、水平転送用ＣＣＤ２０４の一部と、電子倍増部２０５の一部を模式的に示している図である。図９において、９０１は、半導体層、９０２は、半導体層９０１の表面に形成された酸化膜等の絶縁膜層である。９０３−１、９０３−２、９０３−３は、水平転送用ＣＣＤ２０４の一部の転送電極を示す。なお、転送電極を代表する場合は、転送電極９０３と称する。９０４−１、９０４−２、９０４−３は、転送電極９０３に転送パルスを印加する電圧端子である。９０５は、絶縁膜層９０２の表面に形成された電子倍増部２０５の一部電極を示し、９０６は、相電子倍増制御部２０８からの電子倍増電圧が供給される電極端子である。なお、図９は、１つのみ代表して示しているが、図２のように第１相電子倍増部と第２相電子倍増部の２つが設けられている。図１０は、第１相電子倍増制御部２０８−１および第２相電子倍増制御部２０８−２から供給されるパルス電圧波形を示している。
【００３１】
次に、図９の動作を説明する。垂直転送用ＣＣＤ２０３から順次、水平転送用ＣＣＤ２０４に転送された信号電荷は、転送電極９０３に供給される転送パルスにより順次、移動方向に移動する。図９における点線９０７は、その場合の電位（ポテンシャル）を示している。そして、転送電極９０３−２の下部のポテンシャルの井戸９０７に信号電荷が移動したことを模式的に示している。この信号電荷（ポテンシャルの井戸９０７）が更に転送され、電子倍増部２０５の電極９０５の下部に転送される。
【００３２】
電子倍増部２０５の電極９０５の下部に信号電荷が転送されると、ここで上述したように電子倍増が行われる。例えば、図２に示されるＥＭ−ＣＣＤの第１相電子倍増部２０５−１には、第１相電子倍増制御部２０８−１から、例えば、図１０に示されるＶ１に相当するパルス電圧が第１相電子倍増部２０５−１の電極９０５に供給される。そして、供給されるタイミングは、電子倍増部２０５、例えば、電子倍増部２０５−１の電極９０５の下部に信号電荷が供給されるタイミングである。また、パルス電圧の周期ｔ１は、２画素に１個の割合である。即ち、２つのフォトダイオード２０２の内の一方が水平転送用ＣＣＤ２０４−１に供給されるので、周期ｔ１は、２個のフォトダイオードが読み出される周期であり、２画素に１回の割合で第１相電子倍増制御部２０８−１から第１相電子倍増部２０５−１に供給される。ここで、１画素は、１個のフォトダイオードに相当する。
【００３３】
同様に、第２相電子倍増部２０５−２には、第２相電子倍増制御部２０８−２から、例えば、図１０に示されるＶ２（ここで、Ｖ１＞Ｖ２とする。）に相当するパルス電圧が上述した第２相電子倍増部２０５−２の電極に供給される。そして、供給されるタイミングは、電子倍増部２０５、例えば、電子倍増部２０５−２の電極９０５の下部に信号電荷が供給されるタイミングである。また、パルス電圧の周期は、上記と同様にｔ１であるが、パルス電圧Ｖ１とパルス電圧Ｖ２は、１画素ずれたタイミングである。
【００３４】
その結果、第１相電子倍増部２０５−１では、水平転送用ＣＣＤ２０４−１からの信号電荷の電子倍増率を高くし、低照度の被写体を明るく撮像できるようにし、その映像信号出力が増幅部２０６−１を介して出力端子２０９−１から出力される。一方、第２相電子倍増部２０５−２では、水平転送用ＣＣＤ２０４−２からの信号電荷の電子倍増率を低くし、高照度の被写体が飽和しない程度の電子増倍率に設定して撮像できるようにし、その映像信号出力が増幅部２０６−２を介して出力端子２０９−２から出力される。
【００３５】
次に、出力端子２０９−１、２０９−２からそれぞれ出力された映像信号の合成について図３、図４および図５を用いて説明する。図３は、図１に示される映像信号合成部１１３の一実施例の概略構成のブロック図を示す。なお、映像信号合成部１１３は、実際の回路では、ディジタル回路で構成されるが、説明の都合上、図３では、アナログ回路で説明することにする。図３において、３０１、３０２は、入力端子であり、図２に示される出力端子２０９−１、２０９−２からの映像信号がそれぞれ入力される。３０３は、それぞれの映像信号を選択するためのしきい値Ｖｔｈの入力端子である。３０４は、信号レベル比較部、３０５は、選択部、３０６は、差分演算部、３０７は、加算部、３０８は、合成映像信号出力端子、３０９は、レジスタ部である。
【００３６】
図３で示される映像信号合成部の動作を図４を用いて説明する。図４は、映像信号合成部の入出力特性を示す図であり、横軸は、入力信号Ｓ、縦軸は、出力信号Ｏを示している。図４において、曲線（または直線）４０１は、出力端子２０９−１から出力される高電子倍増率の映像信号を示し、４０２は、出力端子２０９−２から出力される低電子倍増率の映像信号を示している。そして、入力端子３０１に供給された高電子倍増率の映像信号４０１は、信号レベル比較部３０４で、入力端子３０３から供給された所定のしきい値Ｖｔｈと比較される。ここで、所定のしきい値Ｖｔｈは、低照度の被写体からの映像信号の倍率を大きくし、明るく撮像するために設定される電圧を意味し、このしきい値Ｖｔｈ以上では、映像信号が飽和することを示している。図４では、入力信号Ｓ１、即ち、点Ｐ１がこの位置を示している。なお、所定のしきい値Ｖｔｈは、システム構成や撮像対象により適宜設定することはいうまでもない。信号レベル比較部３０４の出力は、選択部３０５に印加され、後述する信号の選択（切替）が行われる。
【００３７】
一方、入力端子３０２に供給された低電子倍増率の映像信号４０２は、差分演算部３０６で所定のしきい値Ｖｔｈとの差分ΔＳが演算され、加算部３０７に供給される。レジスタ部３０９は、入力端子３０２から供給された低電子倍増率の映像信号４０２のＰ２点のレベル値を記憶する。加算部３０７では、差分演算部３０６で算出された差分ΔＳがレジスタ部３０９から出力されるＰ２点レベル値と加算され、選択部３０５に供給される。選択部３０５では、入力信号Ｓに応じて次のような選択切替を行う。即ち、０≦Ｓ＜Ｓ１の範囲では、曲線（または直線）４０１の映像信号を出力端子３０８から出力する。Ｓ１＜Ｓの範囲では、曲線（または直線）４０３の映像信号（曲線（または直線）４０２の映像信号からＰ２点レベル値を減算し、しきい値Ｖｔｈを加算した映像信号）を出力端子３０８から出力する。なお、差分ΔＳを一定に保ちながら選択（切替）によるレベル差をなくすことができる。
【００３８】
図５は、上述した映像信号の合成を映像信号波形で示したものである。図５において、５０１は、入力端子３０１に供給された高電子倍増率の映像信号４０１の映像信号波形を示し、５０２は、入力端子３０２に供給された低電子倍増率の映像信号４０２の映像信号波形を示している。そして、５０３は、選択部３０５で選択され、出力端子３０８から出力される映像信号波形を示している。即ち、映像信号波形５０１では、所定のしきい値Ｖｔｈ以下では、映像信号４０１で示されるように高電子倍増率で増幅されるが、所定のしきい値Ｖｔｈ以上では、映像信号が飽和している。映像信号波形５０２では、所定のしきい値Ｖｔｈ以下では、映像信号４０２で示されるように低電子倍増率で増幅されるので、映像レベルは低く、見づらい。しかし、所定のしきい値Ｖｔｈ以上では、映像信号が低電子倍増率でも適宜増幅されるので、所定の映像信号を得ることができる。その結果、映像信号波形５０３で示されるように低照度の領域から高照度の領域までダイナミックレンジの広い映像信号が得られる。
【００３９】
以上、説明したように本発明の一実施例では、低照度被写体の映像信号と高照度被写体の映像信号とを合成する、所謂、ワイドダイナミック映像において、低照度被写体の映像信号を高照度被写体の映像信号から分離して増幅できるので、低照度被写体の映像信号と高照度被写体の映像信号を合成して映像信号を出力する場合でも低照度被写体の映像信号のＳ／Ｎ比を大幅に改善でき、画質改善に大きく貢献できる特徴がある。更に、低照度被写体の映像信号と高照度被写体の映像信号を別々に所定の割合で電子倍増ができるので、広いダイナミックレンジの映像信号が得られる。
【００４０】
図６は、本発明の他の一実施例を説明するための入射光量と電子倍増率を示す図である。先の図１および図２の実施例では、適宜、ＣＰＵ１１４からの制御に基づいて第１相電子倍増制御部２０８−１および第２相電子倍増制御部２０８−２から、それぞれ信号電荷を倍増するための所望のパルス電圧を供給するとして説明した。しかしながら、被写体の明るさに応じて前もって電子倍増率を設定することもできる。図６において、縦軸は、電子倍増率（倍）を示し、横軸は、ＥＭ−ＣＣＤ１０２に入射される入射光量（ルクス）を示している。この入射光量と電子倍増率との関係を入射光量―電子倍増率テーブルと称することにする。ここで、横軸の入射光量は、例えば、真昼の日向は、100,000ルクス、室内は、1,000ルクス、・・・星明かりは、0.00001ルクスというように対応して設定されている。そして、折れ線６０１（点線で示す。）は、第１相電子倍増制御部２０８−１に供給する電子倍増率を示し、折れ線６０２（実線で示す。）は、第２相電子倍増制御部２０８−２に供給する電子倍増率を示している。また、レンズ絞り制御範囲では、電子倍増率は、１：１００と設定している。なお、これら折れ線６０１および６０２は、適宜前もって実験的に定めることができることは言うまでもない。
【００４１】
上述したテーブルの入射光量と電子倍増率の関係は、例えば、ＣＰＵ１１４の記憶部１２０に記憶され、映像信号処理部１１１あるいは映像信号処理部１１２からの、例えば、輝度信号のレベルに応じて記憶部１２０から図６に示される電子倍増率を読出し、第１相電子倍増制御部２０８−１および第２相電子倍増制御部２０８−２に供給される。例えば、入射光量が満月明かりＬ１の場合、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）１１４は、記憶部１２０に記憶されている図６のテーブルから適宜読み出し、第１相電子倍増制御部２０８−１には、折れ線６０１から、電子倍増率、約１３５０倍に対応するパルス電圧Ｖ１を発生するように制御する。また、第２相電子倍増制御部２０８−２には、折れ線６０２から、電子倍増率、約７５０倍に対応するパルス電圧Ｖ２を発生するように制御する。このようにすると被写体の明るさに応じて自動的に電子倍増率が設定され、低照度の被写体から高照度の被写体までダイナミックレンジの広い映像信号が最適な画質で入手できる特徴がある。
【００４２】
次に、本発明の更に他の一実施例について図７を用いて説明する。なお、各部の符号は、図２に示す各部の符号に対応する。カラーテレビジョン映像を得るためにフォトダイオード２０２の前に色フィルタを備える場合、種々の色フイルタを設ける方法がある。例えば、先に説明したように図１１（Ｂ）で示される色フイルタは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色フイルタを使用しているが、このような赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色フイルタは、色再現性を重視した原色フイルタ構成である。これに対して図７に示す実施例では、フォトダイオード２０２の前に赤（Ｒ）のフイルタ、緑（Ｇ）のフイルタ、青（Ｂ）のフイルタ以外に、明るさを重視する補色フイルタ、即ち、マゼンタ（Ｍｇ）のフイルタ、シアン（Ｃｙ）のフイルタ、イエロー（Ｙｅ）のフイルタ等を使用する。特に、低照度被写体の映像信号の画質劣化を低減するために、垂直転送用ＣＣＤ２０３−２、２０３−４、・・・２０３−ｍ（ｍ：正の偶数）で転送される電荷を生成するフォトダイオード２０２の前面に、明るさを重視する補色フイルタを配置する。一方、高照度被写体の映像信号では、垂直転送用ＣＣＤ２０３−１、２０３−３、・・・２０３−（ｍ−１）（ｍ：正の偶数）で転送される電荷を生成するフォトダイオード２０２の前面には、被写体の照度が高いので、色再現性重視の原色フィルタを備える。このように構成することによって色再現性の重視と、明るさを重視する両方の機能を兼ね備えたカラーテレビジョン装置を実現することができる。
【００４３】
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は、ここに記載されたテレビジョンカメラ装置の実施例に限定されるものではなく、上記以外のテレビジョンカメラ装置に広く適応することが出来ることは、言うまでも無い。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施例の概略構成のブロック図を示す。
【図２】本発明の一実施例で用いられるＥＭ−ＣＣＤの具体的な構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施例で用いられる映像信号合成部の具体的な構成を示す図である。
【図４】本発明の一実施例の映像信号合成部の動作を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施例の映像信号合成部の動作を映像信号波形で説明するための図である。
【図６】本発明の他の一実施例を説明するための図である。
【図７】本発明の更に他の一実施例を説明するための図である。
【図８】従来のテレビジョンカメラ装置の概略構成のブロック図を示す。
【図９】本発明の電子倍増部の構成を模式的に示す図である。
【図１０】本発明の電子倍増部に供給されるパルス電圧を示す図である。
【図１１】本発明のフォトダイオードの配列と色フイルタの配列を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１００：カメラ部、１０１：レンズ部、１０２、２０１：ＥＭ−ＣＣＤ、１０５、１０６：ＣＤＳ、１０７、１０８：アンプ部、１０９、１１０、８０４：Ａ／Ｄ変換部、１１１、１１２：映像信号処理部、１１３：映像信号合成部、１１４：ＣＰＵ、１１５、２０９、３０８、８０８：出力端子、１１６：ＣＣＤ駆動部、１１７：レンズ絞り制御部、２０２：フォトダイオード、２０３：垂直転送用ＣＣＤ、２０４：水平転送用ＣＣＤ、２０５：電子倍増部、２０６：増幅部、２０７：転送パルス発生部、２０８：電子倍増制御部、３０１、３０２：入力端子、３０３：しきい値の入力端子、３０４：信号レベル比較部、３０５：選択部、３０６：差分演算部、３０７：加算部、８０１：レンズ部、８０２：撮像部、８０３：ＣＤＳ＆ＡＧＣ、８０５：同期化回路、８０６：合成処理部、８０７：ＤＰＳ、９０１：半導体層、９０２：絶縁体層、９０３：転送電極、９０４：転送パルス印加端子、９０５：電子倍増部の電極、９０６：電子倍増電圧印加電極端子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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