(57)【要約】【課題】悪天候や太陽光の影響を取り除く撮像装置を小型で実現する。【解決手段】ＦＩＴ構造のＥＭ−ＣＣＤを用い、垂直映像期間の各水平映像期間に読み出しパルスを印可し撮像部垂直転送ＣＣＤにフォトダイオード電荷を読み出し、レンズ光軸と平行のＬＥＤを２０μ秒間パルス点灯した後２μ秒後に、掃き捨てパルスを印可し、往復２μ秒で片道１μ秒に速度３０万ｋｍ／秒の光の進む距離から３００ｍ以内の霧の反射成分を削除する。また、外付け画面メモリで、ＬＥＤ点灯と減衰した太陽光の映像信号からＬＥＤ非点灯の減衰した太陽光の映像信号を減算する。さらに反射率の低い筐体とレンズと透明ドームカバーを用い、透明ドームカバー内にＬＥＤを配置する。【選択図】  図１Ａ
2009094974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子と固体撮像素子のフォトダイオードと別の１組以上の画面蓄積部とフォトダイオード信号電荷読み出し手段と独立のフォトダイオード信号電荷掃き捨て手段と映像信号出力手段とを有する固体撮像装置において、発光ダイオードと発光ダイオードのパルス駆動回路とを設けて、前記固体撮像素子のフォトダイオード電荷を読み出した後に、前記発光ダイオードをパルス点灯し該点灯後に前記固体撮像素子のフォトダイオード電荷を掃き捨てることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
ＣＣＤ撮像素子と該撮像素子の駆動回路と外付け画面蓄積部を有する固体撮像装置において、発光ダイオードと発光ダイオードのパルス駆動回路とを設けて、ある撮像垂直映像期間では、各水平映像期間に前記固体撮像素子のフォトダイオード信号電荷を垂直転送路に読み出した後に、前記発光ダイオードを水平映像期間の半周期未満パルス点灯し点灯の水平映像期間の半周期未満後に前記固体撮像素子のフォトダイオード電荷を掃き捨て、(垂直転送路の転送は行わずに、)次の撮像垂直映像期間では、信号電荷を水平帰線期間に垂直転送路を転送し水平映像期間に水平転送路を転送し、映像信号電荷を読み出し信号処理し、外付け画面蓄積部に蓄積し、撮像垂直映像期間が出力垂直映像期間の半周期（倍速）なら外付け画面蓄積部から１回、撮像垂直映像期間が出力垂直映像期間と同一（等速）なら外付け画面蓄積部から出力垂直映像期間の複数回同一に、出力垂直映像期間の各出力水平映像期間に出力映像信号を読み出すことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
フレームインターライントランスファーＣＣＤ撮像素子と該撮像素子の駆動回路と複数組の外付け画面蓄積部とレンズと発光ダイオードと該発光ダイオードのパルス駆動回路とを有し、ある撮像垂直映像期間では、各水平映像期間に前記固体撮像素子のフォトダイオード信号電荷を垂直転送路に読み出した後に、前記発光ダイオード非点灯で水平映像期間の半周期未満の所定時間後に前記固体撮像素子のフォトダイオード電荷を掃き捨て、垂直帰線期間に撮像素子の蓄積部に垂直転送し次の撮像垂直映像期間に垂直転送と水平転送して（太陽光成分の）非点灯映像信号として出力しある組の外付け画面蓄積部に蓄積し、他の撮像垂直映像期間では、各水平映像期間に前記固体撮像素子のフォトダイオード信号電荷を垂直転送路に読み出した後に、前記発光ダイオードを前記所定時間未満パルス点灯し該点灯直後に前記固体撮像素子のフォトダイオード電荷を掃き捨て、垂直帰線期間に撮像素子の蓄積部に垂直転送し次の撮像垂直映像期間に垂直転送と水平転送して点灯映像信号として出力しある組の外付け画面蓄積部に蓄積した非点灯映像信号を差し引き、（太陽光成分のない）発光ダイオード成分のみの映像信号として他の組の外付け画面蓄積部に蓄積し、撮像垂直映像期間が出力垂直映像期間の半周期なら他の組の外付け画面蓄積部から１回、撮像垂直映像期間が出力垂直映像期間と同一なら他の組の外付け画面蓄積部から出力垂直映像期間の複数回同一に、出力垂直映像期間の各出力水平映像期間に出力映像信号を読み出すことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
オンチップカラーフイルタ付き固体撮像素子を１ヶ用いたカラー固体撮像装置（以下単板カラーカメラ）はＩＴ(Interline Tranfer)−ＣＣＤ（Charge Coupled Device）撮像素子(以下ＩＴ−ＣＣＤ)と雑音を除去するＣＤＳ（Correlated Double Sampling）と暗電流補正と利得可変増幅回路（Automatic Gain Control以下ＡＧＣ）とデジタル映像信号Ｖｉに変換するＡＤＣ（Analog Digital Converter）とを内蔵したＦＥＰ（Front End Processor）とＣＣＤ駆動回路と信号処理回路からなり非常に小型で、長さ80mm以下の３５倍ズームレンズと組み合わせ、電動雲台と一体化しても直径145mmのドーム状の透明カバーにおさまる製品もある。（非特許文献１参照）
遠方監視の光軸連動の照明付き電動雲台一体化カメラは、照明とカメラと雲台とそれぞれ別々の防滴筐体に納めるため、大型のままとなっている。
また、ＩＴ−ＣＣＤも１／３型で平方メートル当たり７０６cdの照度Ｆ５．６の絞りで２２５０ｍＶと高感度になってきた。（非特許文献２参照）
さらに、横型オーバーフロードレインのフレームトランスファー(Frame Tranfer)−ＣＣＤ撮像素子(以下ＦＴ−ＣＣＤ)を用いれば、近赤外感度が向上する。
【０００３】
ところで、フレームインターライントランスファー(Frame Interline Tranfer)−ＣＣＤ撮像素子(以下ＦＩＴ−ＣＣＤ)の各フィールド期間の一部の期間内に奇数ラインのＰＤ（Photo Diode）と偶数ラインのＰＤとに蓄積された電荷を奇数フィールドと偶数フィールドで交互に排出させる制御手段を用い、各ＰＤから読出される信号の電荷蓄積期間が２フレーム期間未満で１フィールド期間以上にさせ、感度低下が少なく電源周期の照明の揺らぎを無くす撮像方法もある。（特許文献１参照）
さらに、電子増倍型ＣＣＤ撮像素子（Electron Multiplying-ＣＣＤ以下ＥＭ−ＣＣＤ）は、水平転送電極（Charge Multiplication Gate以下ＣＭＧ）で電子増倍を行いさらに感度を高くできる。また、ＥＭ−ＣＣＤは一般にＦＩＴ−ＣＣＤであり、通常のＦＩＴ−ＣＣＤとの動作の相違点は水平転送電極電圧が18 Vp-pから24Vp-pと高く可変なことである。（非特許文献３参照）
【０００４】
ところで、ＭＣＰ（Multi Channel Plate）を用いたＩ．Ｉ．（Image Intensifyer）内蔵のＩＣＣＤ(Intensified ＣＣＤ)のＭＣＰの光電面に200Vp-pの高圧の負パルスを印可するタイミングとパルスレーザーのタイミングを合わせることにより、物質の断面の蛍光像を撮影する方法もある。（非特許文献４参照）
また、雨天，霧中等の悪天候時、また夜間，薄暮にも安定した撮像対象の長距離且つ高分解能での画像監視を可能とする装置としてレーザレーダ装置の小型化代替え手段として、フレーム区間で複数回断続させてパルス光としてレーザダイオード（Laser Diode：ＬＤ）を照射し、パルス光の照射時点から一定時間遅延した時点からＩＣＣＤ撮像素子の電子シャッタの開閉動作を開始する撮像方法もある。（特許文献２参照）
従来の撮像装置の構成を示すブロック図のである図３において、１はテレビジョンカメラ等の撮像装置、２はレンズ、１５はＩＣＣＤ、１１は雑音を除去するＣＤＳ（Correlated Double Sampling）と暗電流補正と利得可変増幅回路（Automatic Gain Control以下ＡＧＣ）とデジタル映像信号Ｖｉに変換するＡＤＣ（Analog Digital Converter）とを内蔵したフロントエンドプロセッサ（ＦＥＰ）、４は映像信号処理部、５は制御部（ＣＰＵ）、１６はタイミング発生部、１９はＭＣＰ駆動部、７は垂直転送駆動部であり、１７はＬＤ、１８はＬＤ駆動部でありＬＤの１７をパルス点灯する。
【０００５】
ＬＤの１７のパルス点灯後２μ秒後に、ＭＣＰ駆動部の１９が高圧パルスを印可すれば、往復２μ秒で片道１μ秒に速度３０万ｋｍ／秒の光の進む距離
300,000,000ｘ0.00000１＝300
から、３００ｍ以内の被写体や霧や埃の反射や散乱は削除され、３００ｍより遠い被写体が撮影できる。ＭＣＰ駆動部の１９の高圧パルスを短くすれば、撮影する被写体の距離間隔（被写体深度）は浅くなる。
【０００６】
ところで、同期検波制御ＣＣＤ撮像素子を用いたカメラから対象物に高速変調したＬＥＤ光を照射し、人物等に反射して戻ってくる反射光から周囲の光の影響を取り除き、ＬＥＤ変調光の振幅のみを取り出す同期検波方式もある。（非特許文献５参照）
【非特許文献１】ミカミ  ＰＴＣ−３０１ＨＧ−Ｎ１０型  04-1000-5301-00
【非特許文献２】ソニー  ＣＸ−ＰＡＬ  Ｖｏｌ４７  ＩＣＸ６３８ＡＫＡ
【特許文献１】特開平６−１５３０８２号公報
【非特許文献３】ＴＩ  TC247SPD EM-CCD撮像素子データシート  TC247SPD-B0 680 x 500 PIXEL IMPACTRONTM MONOCHROME CCD IMAGE SENSOR
【非特許文献４】浜松ホトニクス  ゲートICCDカメラシリーズCat.No.SHSS0004J01
【特許文献２】特開２００３−１４９７１７号公報
【非特許文献５】松下電工  ２００６年２月２３日ニュースリリース
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献３の従来の夜間の雨や霧の悪天候の長距離高分解能監視方法では、レーザダイオードのパルス照射と高速シャッタＭＣＰを内蔵したＩＣＣＤが必要で、ＭＣＰ高電圧駆動回路を含め未だに、非常に大型で高価である。非特許文献５の従来の太陽光等の周囲の光の影響を取り除く撮像装置では同期検波制御ＣＣＤ撮像素子が必要である。
【０００８】
そこで本発明は上記課題を解決し、ＥＭ−ＣＣＤやＦＩＴ−ＣＣＤやＩＴ−ＣＣＤの汎用の撮像素子と発光ダイオード（light Emitting Diode：ＬＥＤ）と４０Ｖ以下の低電圧回路用いた撮像装置の動作の工夫で、夜間の雨や霧の悪天候の長距離高分解能監視と太陽光等の周囲の光の影響を取り除く撮像装置を小型で実現することを目的とする。
【０００９】
また、遠方監視の光軸連動の照明付き電動雲台一体化カメラを小型で実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明では、固体撮像素子と固体撮像素子のフォトダイオードと別の１組以上の画面蓄積部とフォトダイオード信号電荷読み出し手段と独立のフォトダイオード信号電荷掃き捨て手段と映像信号出力手段とを有する固体撮像装置において、発光ダイオードと発光ダイオードのパルス駆動回路とを設けて、前記固体撮像素子のフォトダイオード電荷を読み出した後に、前記発光ダイオードをパルス点灯し該点灯後に前記固体撮像素子のフォトダイオード電荷を掃き捨てることを特徴とする固体撮像装置である。
【００１１】
また、ＣＣＤ撮像素子と該撮像素子の駆動回路と外付け画面蓄積部を有する固体撮像装置において、発光ダイオードと発光ダイオードのパルス駆動回路とを設けて、ある撮像垂直映像期間では、各水平映像期間に前記固体撮像素子のフォトダイオード信号電荷を垂直転送路に読み出した後に、前記発光ダイオードを水平映像期間の半周期未満パルス点灯し点灯の水平映像期間の半周期未満後に前記固体撮像素子のフォトダイオード電荷を掃き捨て、(垂直転送路の転送は行わずに、)次の撮像垂直映像期間では、信号電荷を水平帰線期間に垂直転送路を転送し水平映像期間に水平転送路を転送し、映像信号電荷を読み出し信号処理し、外付け画面蓄積部に蓄積し、撮像垂直映像期間が出力垂直映像期間の半周期（倍速）なら外付け画面蓄積部から１回、撮像垂直映像期間が出力垂直映像期間と同一（等速）なら外付け画面蓄積部から出力垂直映像期間の複数回同一に、出力垂直映像期間の各出力水平映像期間に出力映像信号を読み出すことを特徴とする固体撮像装置である。
【００１２】
さらに、フレームインターライントランスファーＣＣＤ撮像素子と該撮像素子の駆動回路と複数組の外付け画面蓄積部とレンズと発光ダイオードと該発光ダイオードのパルス駆動回路とを有し、ある撮像垂直映像期間では、各水平映像期間に前記固体撮像素子のフォトダイオード信号電荷を垂直転送路に読み出した後に、前記発光ダイオード非点灯で水平映像期間の半周期未満の所定時間後に前記固体撮像素子のフォトダイオード電荷を掃き捨て、垂直帰線期間に撮像素子の蓄積部に垂直転送し次の撮像垂直映像期間に垂直転送と水平転送して（太陽光成分の）非点灯映像信号として出力しある組の外付け画面蓄積部に蓄積し、他の撮像垂直映像期間では、各水平映像期間に前記固体撮像素子のフォトダイオード信号電荷を垂直転送路に読み出した後に、前記発光ダイオードを前記所定時間未満パルス点灯し該点灯直後に前記固体撮像素子のフォトダイオード電荷を掃き捨て、垂直帰線期間に撮像素子の蓄積部に垂直転送し次の撮像垂直映像期間に垂直転送と水平転送して点灯映像信号として出力しある組の外付け画面蓄積部に蓄積した非点灯映像信号を差し引き、（太陽光成分のない）発光ダイオード成分のみの映像信号として他の組の外付け画面蓄積部に蓄積し、撮像垂直映像期間が出力垂直映像期間の半周期なら他の組の外付け画面蓄積部から１回、撮像垂直映像期間が出力垂直映像期間と同一なら他の組の外付け画面蓄積部から出力垂直映像期間の複数回同一に、出力垂直映像期間の各出力水平映像期間に出力映像信号を読み出すことを特徴とする固体撮像装置である。
【００１３】
また、固体撮像素子と固体撮像素子のフォトダイオードと別の１組以上の画面蓄積部とフォトダイオード信号電荷読み出し手段と独立のフォトダイオード信号電荷掃き捨て手段と映像信号出力手段とを有する固体撮像装置において、発光ダイオードと発光ダイオードのパルス駆動回路とを設けて、前記固体撮像素子のフォトダイオード電荷を読み出した後に、前記発光ダイオードをパルス点灯し該点灯後に前記固体撮像素子のフォトダイオード電荷を掃き捨てることを特徴とする撮像方法である。
【００１４】
さらに上記において、固体撮像素子と、固体撮像素子のフォトダイオードと別の画面蓄積部とが、フレームインターライントランスファーＣＣＤ撮像素子、横型オーバーフロードレインのフレームトランスファーＣＣＤ撮像素子またはインターライントランスファーＣＣＤ撮像素子と外付け画面メモリ、または撮像素子とＰＤ以外の蓄積部とタイミング発生部と駆動部の機能を統合したＣＭＯＳ撮像素子の少なくとも一方である。
【００１５】
また、フレームインターライントランスファーＣＣＤ撮像素子と該撮像素子の駆動回路と内部反射率の低い筐体と反射率の低いレンズと反射率の低い透明カバーと透明カバー内の発光ダイオードと該発光ダイオードのパルス駆動回路とを有し、垂直映像期間の各水平映像期間に前記撮像素子のフォトダイオード電荷を前記撮像素子の垂直転送路に読み出した後に、前記発光ダイオードを水平映像期間の半周期未満パルス点灯し点灯の水平映像期間の半周期未満後に前記撮像素子のフォトダイオード電荷をオーバーフロードレインに掃き捨て、垂直帰線期間に前記撮像素子の垂直転送路から蓄積部の垂直転送路に高速転送することを特徴とする撮像装置である。
【００１６】
また、固体撮像素子と外付け画面蓄積部を有する固体撮像装置において、発光ダイオードと発光ダイオードのパルス駆動回路とを設けて、発光ダイオード点灯時は、ある撮像垂直映像期間では、各水平映像期間に前記固体撮像素子のフォトダイオード信号電荷を垂直転送路に読み出した後に、前記発光ダイオードを水平映像期間の半周期未満パルス点灯し点灯の水平映像期間の半周期未満後に前記固体撮像素子のフォトダイオード電荷を掃き捨て、(垂直転送路の転送は行わずに、)次の撮像垂直映像期間では、信号電荷を水平帰線期間に垂直転送路を転送し水平映像期間に水平転送路を転送し、映像信号電荷を読み出し信号処理し、外付け画面蓄積部に蓄積し、撮像垂直映像期間が出力垂直映像期間の半周期（倍速）なら外付け画面蓄積部から１回、撮像垂直映像期間が出力垂直映像期間が同一（等速）なら外付け画面蓄積部から垂直映像期間の複数回同一に、垂直映像期間の各水平映像期間に映像信号を読み出すことを特徴とする固体撮像装置の撮像方法である。
【発明の効果】
【００１７】
上記により、各水平走査期間に前記固体撮像素子のフォトダイオード（以下ＰＤ）電荷を読み出した後にＬＥＤをパルス点灯し点灯後にＰＤ電荷を掃き捨てることにより、近距離の被写体の信号電荷は掃き捨てられる。つまり、遠方の被写体の信号電荷のみパルス点灯前に読み出され、カメラに近い保護ガラスの反射の信号電荷は掃き捨てられ、読み出されない。その結果、筐体内部反射率を低くすれば、固体撮像素子と低圧回路とで、監視の光軸連動のＬＥＤ照明付き電動雲台一体化カメラを小型のドーム状で実現する。
【００１８】
また、近距離の霧や雨の反射の信号電荷も掃き捨てられる。さらに、外部照明光の信号電荷も掃き捨てられる。ＬＥＤをパルス点灯の被写体の信号電荷のみ読み出される。その結果、夜間の雨や霧の悪天候下でも撮影可能となる。
【００１９】
特に、固体撮像素子のフォトダイオード電荷を掃き捨てからパルス点灯すれば、太陽光の成分の信号が減衰した近距離の被写体のパルス点灯成分の信号が読み出される。ここで、ＥＭ−ＣＣＤを用いれば、感度が高い分ＬＥＤ発光時間が短くでき、太陽光による被写体信号電荷の減衰量が大きくなり、直射日光が逆光の被写体でも撮影可能となる。または、フォトダイオードと別に画面蓄積部を多数有し、掃き捨てて太陽光成分の減衰した信号をパルス点灯成分の信号から差し引き、パルス点灯した近距離の被写体の信号電荷のみ出力すれば、有効画面数は撮影画面数の半分となるが、直射日光が逆光でも太陽光の影響を受けない撮影が可能となる。その結果、踏切や交差点や鉄道ホームで朝夕昼夜問わず安定に進入物体検出が容易に行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図１Ａから図１Ｆの本発明の第１の実施例の撮像装置の構成を示すブロック図と図２Ａから図２Ｈの本発明の第１の実施例の撮像装置のタイミングチャートと動作を示す模式図を用いて、本発明の第１の実施例を概要を説明し、各部の動作を説明してから定量的動作を説明する。
【００２１】
まず、概要を説明する。本発明の１実施例の撮像装置の構成を示すブロック図の図１Ａと図１ＤはＥＭ−ＣＣＤ、図１Ｂと図１ＥはＦＩＴ−ＣＣＤ、図１Ｃと図１ＦはＩＴ−ＣＣＤを用いている。本発明の１実施例の撮像装置の撮影タイミングチャートと動作を示す模式図の図２Ａと図２Ｂと図２Ｄと図ＥはＥＭ−ＣＣＤまたはＦＩＴ−ＣＣＤ、図２Ｃと図２Ｈと図２Ｆと図２ＧはＩＴ−ＣＣＤを用いている。背景技術で説明した様に、ＥＭ−ＣＣＤは水平転送電極（ＣＭＧ）で電子増倍を行うこと以外は、ＦＩＴ−ＣＣＤと同一動作であり、タイミングチャートと動作を示す模式図の図２Ａと図２Ｂと図２Ｄと図２Ｅとは、ＥＭ−ＣＣＤとＦＩＴ−ＣＣＤとで共用である。
【００２２】
従来の撮像装置の構成を示すブロック図の図３と本発明の第１の実施例の撮像装置の構成を示すブロック図である図１Ａから図１Ｄとの相異は、ＥＭ−ＣＣＤまたはＦＩＴ−ＣＣＤまたは横型オーバーフロードレインＦＴ−ＣＣＤの内部の蓄積部がある高感度な汎用撮像素子と高輝度でも安価なＬＥＤを用いることにより、高価なＭＣＰ内蔵のＩＣＣＤとＬＤを不要としたことである。ＩＴ−ＣＣＤはＤＲＡＭかＦＰＧＡのフレームメモリまたはフィールドメモリ（以下フレームメモリと省略）の画面メモリを外付けすることである。言い換えれば本発明の特徴は、ＰＤ以外の画面メモリを用い、電荷掃き捨てと読み出しとを独立に行い、水平周期で読み出し後にＬＥＤをパルス点灯し、点灯の水平走査期間の半周期未満後に電荷掃き捨てることである。また、有効走査線分パルス点灯を繰り返し感度を確保することである。さらに、図１Ａと図１Ｂと図１Ｃの様に、外付けのＤＲＡＭかＦＰＧＡのメモリを追加すれば、より不要信号の影響を削除できる。
【００２３】
従来のタイミングチャートと動作を示す模式図の図４と本発明のタイミングチャートと動作を示す模式図の図２Ａから図２Ｈとの大きな相異は、垂直映像期間の各水平走査期間に読み出しパルス、ＬＥＤ発光、φSubの掃き捨てパルスの組が存在する事である。電荷掃き捨てとＬＥＤパルス点灯で不要信号電荷を減衰している。図２Ａと図２Ｂと図２Ｃの様に、追加の外付けのメモリで、前画面の減衰させた太陽光被写体信号電荷で現画面の減衰させた太陽光被写体信号電荷を近似して、現画面のＬＥＤ＋減衰させた太陽光の被写体信号電荷から差し引けば、減算結果は、太陽光の影響を削除したＬＥＤ被写体信号電荷となる。つまり、同期検波制御ＣＣＤ撮像素子を用いずに、周囲の光の影響を取り除き、直射日光が逆光の被写体でも撮影可能となる。その結果、ミリ波レーダー等のセンサを用いることなく、踏切や交差点や鉄道ホームで朝夕昼夜問わず安定に進入物体検出が容易に行える。
【００２４】
次に各部の動作を説明する。本発明の1実施例の撮像装置の構成を示すブロック図である図１Ａから図１Ｆにおいて、１はＥＭ−ＣＣＤ、２はレンズ、３はＦＩＴ−ＣＣＤ、４は映像信号処理部、５は制御部（ＣＰＵ）、６はオーバーフロードレイン（Over-flow Drain以下ＯＤ）駆動部、７と８は垂直転送駆動部、９と１０と２０はタイミング発生部である。１１はＣＣＤ撮像素子の雑音を除去するＣＤＳと暗電流補正とＡＧＣとデジタル映像信号Ｖｉに変換するＡＤＣとを内蔵したＦＥＰであり、１２はＬＥＤ、１３はＬＥＤ駆動部、１４はＣＭＧ転送駆動部、１５と１６は画面メモリ、１７は減算部、１８はＩＴ−ＣＣＤである。
【００２５】
ＣＣＤ撮像素子ではＯＤに正のパルス電圧を印可する事によりＰＤ電荷を掃き捨てる。ＥＭ−ＣＣＤやＦＩＴ−ＣＣＤやＩＴ−ＣＣＤでは、基板（Substrate以下Sub）がＯＤとなり、縦型ＯＤと呼ばれる。また横型オーバーフロードレインＦＴ−ＣＣＤでは、図１Ｂと図１Ｆにおいて、ＦＩＴ−ＣＣＤを横型オーバーフロードレインＦＴ−ＣＣＤと機械シャッタに置き換えれば良い。撮像素子と画面メモリ等のＰＤ以外の蓄積部とタイミング発生部と駆動部とＦＥＰの機能を統合したＣＭＯＳ撮像素子でも良い。
【００２６】
ＥＭ−ＣＣＤやＦＩＴ−ＣＣＤを用いた本発明の１実施例の撮像装置の撮影タイミングチャートと動作を示す模式図の図２Ａと図２Ｂと図２Ｄと図２Ｅとにおいて、垂直映像期間の水平帰線期間にＶ１Ａ,Ｖ３Ａに正の読み出しパルスを印可し垂直転送ＣＣＤにＰＤ電荷を読み出す。垂直帰線期間にＶ１Ａ,Ｖ２Ａ，Ｖ３Ａ,Ｖ４ＡとＶ１Ｂ,Ｖ２Ｂ，Ｖ３Ｂ，Ｖ４Ｂに負の高速転送パルスを印可して、３蓄積部に転送し、垂直映像期間にＶ１Ｂ,Ｖ２Ｂ，Ｖ３Ｂ，Ｖ４Ｂに負の転送パルスを印可して、水平転送ＣＣＤに転送し、垂直映像期間の水平映像期間に電荷を水平転送しながら電圧変換し読み出す。ＥＭ−ＣＣＤでは、ＣＭＧに15Vp-pから27Vp-pを印加して電子増倍し、高感度動作を行う。つまり、ＥＭ−ＣＣＤを含めＣＣＤ撮像素子は低電圧のみで動作する。
【００２７】
図２Ａと図２Ｂとの相異と図２Ｄと図２Ｅとの相異は、ＯＤに印可するφSubの掃き捨てパルスが各水平映像期間において、図２Ａと図２ＤはＬＥＤ発光前で、図２Ｂと図２ＥはＬＥＤ発光後である。図２ＢのＬＥＤ発光前のφSubの掃き捨てパルスは、太陽光が非常に強く撮像素子のＰＤが飽和しスメア等の不具合が発生するのを防止する。つまり、撮像素子のＰＤのダイナミックレンジに余裕があれば、掃き捨てパルスがＬＥＤ発光後でも図２Ｅの様に図２ＢのＬＥＤ発光前のφSubの掃き捨てパルスは不要である。図２Ａと図２ＤのＬＥＤ発光前のφSubの掃き捨てパルスで、ＬＥＤの近距離被写体信号電荷を残し、太陽光の被写体信号電荷を掃き捨てる。図２Ｂと図２ＥのＬＥＤ発光後のφSubの掃き捨てパルスで、ＬＥＤの遠距離被写体信号電荷をを残し、ＬＥＤの近距離被写体信号電荷と太陽光の被写体信号電荷を掃き捨てる。特にＥＭ−ＣＣＤを用いれば、感度が高い分ＬＥＤ発光時間が短くでき、太陽光による被写体信号電荷の減衰量が大きくなる。
【００２８】
さらに、図２Ａと図２Ｂの様に、追加の外付けのフレームメモリで、前画面の減衰させた太陽光被写体信号電荷で現画面の減衰させた太陽光被写体信号電荷を近似して、現画面のＬＥＤ＋減衰させた太陽光の被写体信号電荷から差し引けば、減算結果は、太陽光の影響を削除したＬＥＤ被写体信号電荷となり、有効画面数は撮影画面数の半分となるが、安価なＦＩＴ−ＣＣＤで実現できる。
【００２９】
ＩＴ−ＣＣＤを用いた本発明の１実施例の撮像装置の撮影タイミングチャートと動作を示す模式図の図２Ｃと図２Ｈと図２Ｆと図２Ｇとにおいて、垂直映像期間の水平帰線期間にＶ１,Ｖ３に正の読み出しパルスを印可し垂直転送ＣＣＤにＰＤ電荷を読み出す。垂直映像期間の水平帰線期間にＶ１,Ｖ２，Ｖ３,Ｖ４に負の転送パルスを印可して、水平転送ＣＣＤに転送し、垂直映像期間の水平映像期間に電荷を水平転送しながら電圧変換し読み出す。図２Ｃと図２Ｈの様に、追加のフレームメモリで、前画面の減衰させた太陽光被写体信号電荷で現画面の減衰させた太陽光被写体信号電荷を近似して、現画面のＬＥＤ＋減衰させた太陽光の被写体信号電荷から差し引けば、減算結果は、太陽光の影響を削除したＬＥＤ被写体信号電荷となる。図２Ｃと図２Ｆは出力映像の倍速でＣＣＤを駆動し、図２Ｈと図２Ｇは出力映像の等速でＣＣＤを駆動している。つまり、画面メモリを外付けした上で、ＩＴ−ＣＣＤを用い、水平周期で垂直転送ＣＣＤにＰＤ電荷を読み出し後にＬＥＤをパルス点灯し、点灯の水平走査期間の半周期未満後に電荷掃き捨て、有効走査線分パルス点灯を繰り返し感度を確保し、画面蓄積後に読み出し画面メモリに記憶すれば、有効画面数は撮影画面数の半分となるが、安価なＩＴ−ＣＣＤで実現できる。
【００３０】
次に定量的動作を説明する。本発明は任意の映像信号フォーマットに適用できる。図２Ａから図２Ｈにおいて、上部の出力映像信号の周期はＮＴＳＣの場合で括弧内の周期はＨＤＴＶの場合である。簡便のため、以下はＮＴＳＣの場合で説明する。本発明の１実施例の撮像装置の撮影タイミングチャートと動作を示す模式図の図２Ａから図２Ｈにおいて、水平走査期間の半周期は約１５μ秒または約３０μ秒である。本発明の１実施例の撮像装置の撮影タイミングチャートと動作を示す模式図の図２Ｂと図２Ｈと図２Ｅと図２Ｆと図２Ｇにおいて、ＬＥＤの１２を１０μ秒間または２０μ秒間パルス点灯した後２μ秒後に、ＯＤ駆動部の６が掃き捨てパルスを印可すれば、往復２μ秒で片道１μ秒に速度３０万ｋｍ／秒の光の進む距離
300,000,000ｘ0.00000１＝300
から、３００ｍ以内の被写体や霧や埃の反射や散乱は削除され、３００ｍより遠い被写体が撮影できる。また、窓の反射の信号電荷も掃き捨てられるため、雲台の窓の内側のレンズの同軸に高出力ＬＥＤを配置可能となり、照明付雲台が小型で実現できる。ＬＥＤ１２のパルス点灯時間を短くすれば、撮影する被写体の距離間隔は狭く、被写体深度は浅くなる。その結果、夜間の雨や霧の悪天候下でも撮影可能となる。
【００３１】
本発明の１実施例の撮像装置の撮影タイミングチャートと動作を示す模式図の図２Ａと図２Ｃと図２Ｄとにおいて、ＬＥＤの１２を１０μ秒間または２０μ秒間パルス点灯した後０．２μ秒後に、ＯＤ駆動部の６が掃き捨てパルスを印可すれば、往復０．２μ秒で片道０．１μ秒に速度３０万ｋｍ／秒の光の進む距離
300,000,000ｘ0.000000１＝30
から、３０ｍ以内の被写体やドームカバー等の透明カバーの反射や散乱は削除され、３０ｍより遠い被写体が撮影でき、遠距離の被写体もドームカバー内のＬＥＤで撮影できる。さらに、外部照明光の信号電荷も掃き捨てられ減衰する。遅延の生ずる多重反射をさける為、筐体内部は黒色塗装や植毛等の反射率の低い処理で、低屈折率膜等の透過率向上コーティングが施された反射率の低いレンズと反射率の低い透明カバーが好ましい。
【００３２】
つまり、窓の反射の信号電荷が掃き捨てられるため、反射率の低い窓付きカメラの窓のカメラ側にＬＥＤが配置可能となり、照明配置の自由度が飛躍的に向上する。特に、雲台の窓や透明ドーム型カバーの内側で、レンズの同軸にＬＥＤを配置可能となり、長さ８０mm以下の３５倍ズームレンズで直径145mmのドーム状の透明カバー等、レンズ同軸照明の雲台が小型で実現できる。ＬＥＤはパルス点灯なので、光量に比べて発熱は少ない。
【００３３】
図１Ａと図１Ｂの構成のカメラは図２Ｄと図２Ｅの動作を行い、画面メモリは蓄積動作に用い、さらに高感度にすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１Ａ】ＥＭ−ＣＣＤを用いた本発明の１実施例の撮像装置の構成を示すブロック図
【図１Ｂ】ＦＩＴ−ＣＣＤを用いた本発明の１実施例の撮像装置の構成を示すブロック図
【図１Ｃ】ＩＴ−ＣＣＤを用いた本発明の１実施例の撮像装置の構成を示すブロック図
【図１Ｄ】ＥＭ−ＣＣＤを用いた本発明の他の１実施例の撮像装置の構成を示すブロック図
【図１Ｅ】ＦＩＴ−ＣＣＤを用いた本発明の他の１実施例の撮像装置の構成を示すブロック図
【図１Ｆ】ＩＴ−ＣＣＤを用いた本発明の他の１実施例の撮像装置の構成を示すブロック図
【図２Ａ】ＥＭ−ＣＣＤまたはＦＩＴ−ＣＣＤを用いた本発明の図１Ａと図１Ｂの１実施例の撮像装置の近距離撮影タイミングチャートと動作を示す模式図
【図２Ｂ】ＥＭ−ＣＣＤまたはＦＩＴ−ＣＣＤを用いた本発明の図１Ａと図１Ｂの１実施例の撮像装置の遠距離撮影タイミングチャートと動作を示す模式図
【図２Ｃ】ＩＴ−ＣＣＤを用いた本発明の図１Ｃの１実施例の倍速撮像装置の近距離撮影タイミングチャートと動作を示す模式図
【図２Ｄ】ＥＭ−ＣＣＤまたはＦＩＴ−ＣＣＤを用いた本発明の図１Ｄと図１Ｅの１実施例の撮像装置の近距離撮像タイミングチャートと動作を示す模式図
【図２Ｅ】ＥＭ−ＣＣＤまたはＦＩＴ−ＣＣＤを用いた本発明の図１Ｄと図１Ｅの１実施例の撮像装置の遠距離撮像タイミングチャートと動作を示す模式図
【図２Ｆ】ＩＴ−ＣＣＤを用いた本発明の図１Ｆの１実施例の倍速撮像装置の近距離撮影タイミングチャートと動作を示す模式図
【図２Ｇ】ＩＴ−ＣＣＤを用いた本発明の図１Ｆの１実施例の撮像装置の近距離撮影タイミングチャートと動作を示す模式図
【図２Ｈ】ＩＴ−ＣＣＤを用いた本発明の図１Ｃの１実施例の撮像装置の遠距離撮影タイミングチャートと動作を示す模式図
【図３】従来のＩＣＣＤを用いた撮像装置の構成を示すブロック図
【図４】従来のＩＣＣＤを用いた撮像装置のタイミングチャートと動作を示す模式図
【符号の説明】
【００３５】
１：ＥＭ−ＣＣＤ、２：レンズ、３：ＦＩＴ−ＣＣＤ、４：映像信号処理部、
５：制御部（ＣＰＵ）、６：オーバーフロードレイン（ＯＤ）駆動部、
７，８：垂直転送駆動部、９，１０，２０：タイミング発生部、
１１： ＦＥＰ、１２：ＬＥＤ、
１３：ＬＥＤ駆動部、１４：ＣＭＧ転送駆動部、１５，１６：画面メモリ、
１７：減算部、１８：ＩＴ−ＣＣＤ、
１９：ＩＣＣＤ、２１：ＭＣＰ駆動部、２２：ＬＤ、２３：ＬＤ駆動部
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図２Ｈ】
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【図３】
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【図４】
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