JP2009218858A - Pixel periphery recording type imaging apparatus - Google Patents

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JP2009218858A JP2008060488A JP2008060488A JP2009218858A JP 2009218858 A JP2009218858 A JP 2009218858A JP 2008060488 A JP2008060488 A JP 2008060488A JP 2008060488 A JP2008060488 A JP 2008060488A JP 2009218858 A JP2009218858 A JP 2009218858A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To dispense with the rearrangement of pixels read from a pixel periphery recording type element (ISIS). <P>SOLUTION: An ISIS_CCD includes: an N×M photodiodes arranged by N-periods in the longitudinal direction and M-periods in the horizontal direction; an M-number of vertical transfer passages being v×N-stages or more, which are directly or indirectly connected at v-stage interval to the N-number of photodiodes longitudinally arranged by each period in the horizontal direction; and horizontal transfer passages being h×M-stages or more, which are connected at h-stage interval to the respective one ends of the M-number of vertical transfer passages. When an electric charge is read from the ISIS_CCD, the respective M-number of vertical transfer passages perform a v-stage transfer operation whenever the electric charge is received from the connected photodiodes, and also transfer the imaging electric charges corresponding to one photodiode to the horizontal transfer passages. Then, the horizontal transfer passages perform transfer by h×M-stages or more concerning the transferred imaging electric charge, while keeping the h-stage interval, so as to perform line reading. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、画素周辺記録型撮像装置に関し、特にISIS(In-situ
Storage Image Sensor)型CCD(以下、ISIS_CCDと称す)を用いた高速度撮影カメラ等の画素周辺記録型撮像装置に関する。
The present invention relates to a pixel peripheral recording type imaging apparatus, and more particularly to an ISIS (In-situ).
The present invention relates to a pixel peripheral recording type imaging apparatus such as a high-speed imaging camera using a storage image sensor (CCD) (hereinafter referred to as ISIS_CCD).

従来技術として、特許文献1、2のようなISIS_CCDや、非特許文献1のようなISIS_CCDを用いた高速度撮影カメラが知られている。非特許文献1のカメラは、通常の照明の下で、100万フレーム/秒という超高速で144フレームの動画撮影を行うことができるものである。   As conventional techniques, there are known high-speed photographing cameras using ISIS_CCD as disclosed in Patent Documents 1 and 2 and ISIS_CCD as described in Non-Patent Document 1. The camera of Non-Patent Document 1 is capable of shooting 144 frames of moving images at an ultra-high speed of 1 million frames / second under normal illumination.

図1及び図2は、ISIS_CCDを使用した従来の単板カラーの高速度カメラにおける画素読み出しを説明する模式図である。
ISIS_CCDには、フォトダイオードが縦方向にN個、横方向にM個周期的に並べて配置されている。各フォトダイオードには単板カラー用の色フィルターがCCD前面に取付けられているので、各画素は規則的(例えばベイヤ配列)に所定の色信号を検出するようになっている。
1 and 2 are schematic diagrams for explaining pixel readout in a conventional single-plate color high-speed camera using ISIS_CCD.
In the ISIS_CCD, N photodiodes are arranged periodically in a vertical direction and M in a horizontal direction. Each photodiode is provided with a color filter for a single plate color on the front surface of the CCD, so that each pixel detects a predetermined color signal regularly (for example, in a Bayer array).

ここで、最上行(第N行)に注目すると、各フォトダイオードからは、s段の斜め転送路が伸び、更にその先(出力側)にv段分の垂直転送路が結合している。
このような構造が行数だけ縦方向に繰り返されており、v段の垂直転送路は実際にはN×v段の転送路として連続的に構成され、v段単位で各列の斜め転送路からの電荷が合流できるようになっている。
転送路の各段には独立した電荷を保持できるので、v段分の垂直転送路にまで電荷を格納することで、一度の高速度撮影で連続撮影できるフレーム数をs+vと多くできる。このs+v段分の転送路を以下、メモリ兼転送路と称す。
Here, paying attention to the uppermost row (Nth row), an s-stage oblique transfer path extends from each photodiode, and v stages of vertical transfer paths are coupled to the further (output side).
Such a structure is repeated in the vertical direction by the number of rows, and the v-stage vertical transfer path is actually configured continuously as an N × v-stage transfer path, and each column has an oblique transfer path in units of v stages. The charge from can be merged.
Since independent charges can be held in each stage of the transfer path, the number of frames that can be continuously shot in one high-speed shooting can be increased to s + v by storing charges in the vertical transfer path for v stages. This transfer path for s + v stages is hereinafter referred to as a memory / transfer path.

図1は、高速度撮影が終了した時点の状態を例示しており、各フォトダイオードでフレーム周期で光電変換された信号電荷が、メモリ兼転送路の各段に格納されている。つまり、転送路にはその段数分のフレーム毎の情報を持った電荷が並んでいる状態となっている。
ここで、最下行(第1行)に注目すると、左端の緑の画素から読み出された電荷が、第1列垂直転送路にG110,G111,G112,…,G11vの順番に格納されている。同様に2列目の垂直転送路にはR120〜R12v、M列目の垂直転送路にはG1M0〜G1Mvが順番に格納されている。なお、これらの信号電荷の表記は、1文字目が画素の色、2文字目が画素の垂直方向のインデックス(1〜N)、3文字目が画素の水平方向のインデックス(1〜N)、4文字目が転送路での段数のインデックス(斜め:0〜S、垂直:0〜v、水平:0〜h)を示す。
M本の垂直転送路のそれぞれの最下部は、h×M段の水平転送路とh段間隔で結合されている。水平転送路の先にはe段の空転送路が接続され、更にその先にFDA(Floating Diffusion Amplifier)が接続されている。
FIG. 1 exemplifies a state at the time when high-speed shooting is completed, and signal charges photoelectrically converted by each photodiode at a frame period are stored in each stage of the memory and transfer path. That is, the transfer path is in a state where charges having information for each frame corresponding to the number of stages are arranged.
Here, paying attention to the bottom row (first row), the charges read from the leftmost green pixel are stored in the order of G110, G111, G112,..., G11v in the first column vertical transfer path. . Similarly, R120 to R12v are stored in the second column vertical transfer path, and G1M0 to G1Mv are stored in order in the M column vertical transfer path. These signal charges are represented by the first character being the pixel color, the second character being the pixel vertical index (1 to N), and the third character being the pixel horizontal index (1 to N), The fourth character indicates the index of the number of stages in the transfer path (oblique: 0 to S, vertical: 0 to v, horizontal: 0 to h).
The lowermost part of each of the M vertical transfer paths is coupled to an h × M horizontal transfer path at an interval of h stages. An e-stage empty transfer path is connected to the end of the horizontal transfer path, and an FDA (Floating Diffusion Amplifier) is further connected to the end of the horizontal transfer path.

図2は、垂直転送路に格納した信号電荷を水平転送路に移動させている状態を示している。信号電荷は、垂直転送路から水平転送路にh段数分だけ電荷を転送されている。この後、水平転送路と空転送路を(h×M)+e回転送動作させれば、空転送路のe段を通ってFDA経由で電気信号として出力される。
つまり水平転送路は、hフレーム分の信号電荷を一度に転送し、それをFDAにより電気信号として出力している。この電気信号は、空間的に隣り合うフォトダイオードから生成された電荷が、時間的に隣り合うような信号になっていない。したがって、出力後に時間順序の再配列が必要となる。
FIG. 2 shows a state in which the signal charges stored in the vertical transfer path are moved to the horizontal transfer path. The signal charge is transferred from the vertical transfer path to the horizontal transfer path by the number of stages h. Thereafter, if the horizontal transfer path and the empty transfer path are transferred (h × M) + e times, they are output as electrical signals via the FDA through the e stage of the empty transfer path.
That is, the horizontal transfer path transfers signal charges for h frames at a time and outputs them as electrical signals by the FDA. This electric signal is not a signal in which charges generated from spatially adjacent photodiodes are temporally adjacent. Therefore, it is necessary to rearrange the time order after output.

図3は、図1及び図2で説明した画素読み出しのタイミングチャートである。図中のPG1,PG2は露光、A1〜A4は斜め転送、B1〜B4は垂直転送(B1,B3はA1,A3と兼用または独立)、C1〜C4は水平転送を行うパルスである。図8におけるTGは、垂直転送路から水平転送路に電荷を転送するときの移送ゲートパルスである。
通常TGはB4パルスと共通にできるので、本図では省略してある。
FIG. 3 is a timing chart of pixel readout described with reference to FIGS. In the figure, PG1 and PG2 are exposure, A1 to A4 are oblique transfer, B1 to B4 are vertical transfer (B1 and B3 are also used as A1 and A3 or independent), and C1 to C4 are pulses to perform horizontal transfer. TG in FIG. 8 is a transfer gate pulse for transferring charges from the vertical transfer path to the horizontal transfer path.
Usually, TG can be shared with B4 pulse, so it is omitted in this figure.

図3において、録画期間内で録画が完了し、読出し期間で読出しを行う。
[ステップS101]
まず録画期間において録画を開始すると、PGパルスによりフォトダイオードで光電変換した電荷を斜め転送路に取り出すとともに、斜め転送パルス(Aパルス)により順次転送する。s回の露出及び転送により斜め転送路の最後段まで電荷が溜まると、次の電荷がファトダイオードから転送された時点で最後段の電荷はCCDの基板にはき捨てられる。
取り込み開始となる外部トリガ信号(図示せず)が入力されるまでこの録画状態が続く。これにより直前のsフレーム分の電荷が常に蓄えらた状態となる。外部トリガ信号が与えられた後も、所定のフレーム数に相当する段数だけ上記録画状態の動作を続ける。
In FIG. 3, recording is completed within the recording period, and reading is performed during the reading period.
[Step S101]
First, when recording is started in the recording period, the electric charge photoelectrically converted by the photodiode by the PG pulse is taken out to the oblique transfer path and sequentially transferred by the oblique transfer pulse (A pulse). When charges are accumulated up to the last stage of the oblique transfer path by s times of exposure and transfer, the last stage charges are discarded on the CCD substrate when the next charge is transferred from the photodiode.
This recording state continues until an external trigger signal (not shown) that starts capturing is input. As a result, the charge for the immediately preceding s frames is always stored. Even after the external trigger signal is given, the recording state operation is continued by the number of stages corresponding to the predetermined number of frames.

[ステップS102]
外部トリガ信号から所定のフレーム数経過すると、Aパルスと同じ周波数の垂直転送パルス(Bパルス)がv回与えられ、斜め転送路からの電荷ははき捨てられずに垂直転送路に導かれ、垂直転送路のv段分だけ電荷を転送し、録画期間は終了する。これにより、垂直転送路はv×N個の電荷で満たされる。図1は、この時点の状態に相当する。
[Step S102]
When a predetermined number of frames elapses from the external trigger signal, vertical transfer pulses (B pulses) having the same frequency as the A pulse are given v times, and the charge from the oblique transfer path is guided to the vertical transfer path without being discarded, Charges are transferred for v stages of the vertical transfer path, and the recording period ends. As a result, the vertical transfer path is filled with v × N charges. FIG. 1 corresponds to the state at this time.

[ステップS103]
次の読出し期間では、まず、B1〜B4を1パルス駆動する毎にC1〜C4及びTGを1パルス駆動することで、図1の垂直転送路に格納された電荷を1段づつ水平転送路に送り出す動作を行う。この動作をh回繰り返すことでh段分の電荷を水平転送路に転送する。この間、PGパルスや、A2、A4パルスは停止している。図2は、このh段垂直水平転送が終わった状態に相当する。
[Step S103]
In the next readout period, first, every time B1 to B4 are driven by one pulse, C1 to C4 and TG are driven by one pulse, so that the charges stored in the vertical transfer path of FIG. Perform the sending operation. By repeating this operation h times, charges corresponding to h stages are transferred to the horizontal transfer path. During this time, the PG pulse and the A2 and A4 pulses are stopped. FIG. 2 corresponds to a state in which the h-stage vertical horizontal transfer is finished.

[ステップS104]
次に、C1〜C4のパルスを空転送路の分を含め、(h×M)+e回駆動し、水平転送路内の電荷をFDAを経由して外部に出力する。
[Step S104]
Next, the pulses of C1 to C4 are driven (h × M) + e times including the empty transfer path, and the charges in the horizontal transfer path are output to the outside via the FDA.

[ステップS105]
ステップS103とS104を、垂直転送路のv×N段分の電荷が全て転送しきるまで繰り返す。
[Step S105]
Steps S103 and S104 are repeated until all the charges of v × N stages of the vertical transfer path have been transferred.

[ステップS106]
上記ステップS105により垂直転送路が空になったら、再度ステップS102と同様の動作を行い、Aパルス及びBパルスをv回駆動して、斜め転送路に残っている電荷を垂直転送路にv段分転送する。そしてステップS104からS105と同様の動作を行う。
[Step S106]
When the vertical transfer path becomes empty in step S105, the same operation as in step S102 is performed again, and the A pulse and the B pulse are driven v times so that the charge remaining in the oblique transfer path is transferred to the vertical transfer path by v stages. Transfer minutes. Then, operations similar to those in steps S104 to S105 are performed.

[ステップS107]
斜め転送路が空になるまで、上記ステップS106を繰り返す。
[Step S107]
Step S106 is repeated until the oblique transfer path becomes empty.

図4は、従来の画素周辺記録型撮像装置の構成図である。
1は、撮像素子であるISIS_CCDである。
2は、ISIS_CCD1に上述の各パルスを与えるタイミングジェネレータである。
3は、ISIS_CCD1のFDAからの信号を相関2重サンプリングし、所定の増幅率で増幅するCDS(Correlated Double Sampling)アンプである。
4は、CDSアンプ3からの信号を量子化するADC(Analog
to Digital Converter)である。
5は、ISIS_CCD1から時間及び空間的に分断されて読み出された信号を、フレーム単位の信号に並べ替える再配列処理部である。
6は、再配列処理部5により再配列される途中の信号や、再配列後のフレーム画像を記憶するSDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)である。
米国特許第5355165号明細書 特開2000−165750号公報 北村和也、外10名,「30万画素超高速度高感度カメラ」,高速度撮影とフォトニクスに関する総合シンポジウム2005,2-1(2005)、インターネット<URL:http://mars.rist.u-tokai.ac.jp/2-1.pdf>
FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional pixel peripheral recording type imaging apparatus.
Reference numeral 1 denotes an ISIS_CCD that is an image sensor.
Reference numeral 2 denotes a timing generator that gives the above-described pulses to the ISIS_CCD1.
Reference numeral 3 denotes a CDS (Correlated Double Sampling) amplifier that performs correlated double sampling on the signal from the FDA of ISIS_CCD1 and amplifies the signal at a predetermined amplification factor.
4 is an ADC (Analog) for quantizing the signal from the CDS amplifier 3.
to Digital Converter).
Reference numeral 5 denotes a rearrangement processing unit that rearranges signals read out from ISIS_CCD1 in terms of time and space into signals in units of frames.
Reference numeral 6 denotes an SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) that stores a signal being rearranged by the rearrangement processing unit 5 and a frame image after the rearrangement.
US Pat. No. 5,355,165 JP 2000-165750 A Kazuya Kitamura, 10 others, "300,000-pixel ultra-high-speed high-sensitivity camera", general symposium 2005-2-1 (2005) on high-speed photography and photonics, Internet <URL: http: //mars.rist.u -tokai.ac.jp/2-1.pdf>

上述したように、ISIS_CCDは垂直および水平転送路の段数が固定であるので、その段数分の電荷で転送路が一杯になると、一度ISIS_CCDの外部に出力しなければならない。この時の画素信号の並びはフレーム毎の並びである。   As described above, since the number of stages of the vertical and horizontal transfer paths is fixed in ISIS_CCD, when the transfer path is filled with charges corresponding to the number of stages, it must be output to the outside of ISIS_CCD once. The arrangement of the pixel signals at this time is an arrangement for each frame.

ところが、FDAより出力される電荷は隣接する電荷の影響を受け易く、特に水平転送路の最初の電荷(図1や図2のG110)はその前段の空転送路(電荷の無い状態)の影響で、FDA出力時にレベルが下がり、黒っぽい映像信号となってしまう。また、最初の電荷以外でも、例えば転送する段階で、R120はG11hの影響で2行目1段目の最初のフレームに1行目h段目のhフレーム目の情報が混入すると、フレーム間クロストークが発生する。このように時間または空間的に隣接しない(相関性の低い)クロストークは、信号処理を用いても除去が困難である。   However, the charges output from the FDA are easily affected by adjacent charges. In particular, the first charge on the horizontal transfer path (G110 in FIGS. 1 and 2) is affected by the preceding empty transfer path (no charge). Thus, the level is lowered during FDA output, resulting in a black video signal. In addition, for example, at the stage of transfer other than the first charge, if the information of the h frame of the first row and the h stage is mixed in the first frame of the second row and the first stage due to the influence of G11h, the R120 cross Talk occurs. Such crosstalk that is not temporally or spatially adjacent (low correlation) is difficult to remove even using signal processing.

CCDにおいて一般的な現象として、水平転送路からFDAを経由して出力される最初の画素に相当する電気信号が、それに続く信号よりもレベルが下がるという現象が水平転送毎に起こる。これは最初の電荷が転送される転送路が空の状態、つまり黒信号であるので、その影響でレベルがさがるというものである。
水平転送路を複数に分割して並列に読み出し動作するようにしたISIS_CCDの場合、読み出すチャネル毎にレベル低下が点状ノイズとして現れ、後段での分離が難しい。
As a general phenomenon in the CCD, a phenomenon occurs in which an electric signal corresponding to the first pixel output from the horizontal transfer path via the FDA is lower in level than the subsequent signal every horizontal transfer. This is because the transfer path through which the first charge is transferred is empty, that is, a black signal, and the level drops due to the influence.
In the case of ISIS_CCD in which the horizontal transfer path is divided into a plurality of parts and the reading operation is performed in parallel, the level drop appears as point noise for each reading channel, and separation at a later stage is difficult.

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、同一フレーム情報でない電荷を隣接させて転送することによって起こる、再配列処理や、フレーム間クロストーク、転送初期のレベル低下の影響などを排除した画素周辺記録型撮像装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and eliminates the effects of rearrangement processing, inter-frame crosstalk, lower level of the initial transfer, and the like caused by transferring charges that are not the same frame information adjacent to each other. An object of the present invention is to provide a pixel peripheral recording type imaging device.

縦方向にN周期、横方向にM周期配置されたN×M個のフォトダイオードと、前記横方向の1周期毎に縦に並んだN個のフォトダイオードとv(vは2以上の整数)段間隔で直接もしくは間接的に接続されたv×N段以上の垂直転送路をM本と、前記M本の垂直転送路のそれぞれの一端とh(hは2以上の整数)段間隔で接続されたh×M段以上の水平転送路と、を備え、当該水平転送路を通して前記複数のフォトダイオードからの電荷を読み出すISIS_CCDを用いた画素周辺記録型撮像装置であって、
前記水平転送路から、前記配置の縦方向の1周期毎に、横に並んだM個のフォトダイオードの電荷を、当該横の並びの順番を保って読み出すことを特徴とする画素周辺記録型撮像装置。
N × M photodiodes arranged in N cycles in the vertical direction and M cycles in the horizontal direction, N photodiodes arranged vertically in each cycle in the horizontal direction, and v (v is an integer of 2 or more) M vertical transfer paths of v × N stages or more connected directly or indirectly at stage intervals and one end of each of the M vertical transfer paths are connected at h (h is an integer of 2 or more) stage intervals. A pixel peripheral recording type imaging device using an ISIS_CCD that reads out charges from the plurality of photodiodes through the horizontal transfer path.
Pixel peripheral recording type imaging, wherein the charges of M photodiodes arranged horizontally are read out from the horizontal transfer path for each vertical period of the arrangement while maintaining the horizontal arrangement order. apparatus.

前記M本の垂直転送路はそれぞれ、接続されたフォトダイオードから電荷を受け入れるたびに、v段転送動作を行うとともに、1個のフォトダイオードに対応する撮像電荷を前記水平転送路に移送し、
その後前記水平転送路が、移送された前記撮像電荷にh段の間隔を保ったままh×M段以上の転送を行ってライン読み出しを行うことを特長とする請求項1に記載の画素周辺記録型撮像装置。
Each of the M vertical transfer paths performs a v-stage transfer operation each time charge is received from a connected photodiode, and transfers imaging charges corresponding to one photodiode to the horizontal transfer path.
2. The pixel peripheral recording according to claim 1, wherein the horizontal transfer path performs line reading by performing transfer of h × M stages or more with the transferred imaging charge maintained at an interval of h stages. Type imaging device.

前記h段間隔の撮像電荷の間の段で転送された電荷の信号を用いて黒信号を生成し、前記撮像電荷から当該黒信号を減算する直流再生手段を備えたことを特長とする請求項2に記載の画素周辺記録型撮像装置。 2. A DC regeneration unit that generates a black signal using a charge signal transferred in a stage between the imaging charges at the h-stage interval and subtracts the black signal from the imaging charge. 2. A pixel peripheral recording type imaging device according to 2.

フォトダイオードの配列が横方向にL×M周期の周期性を有するように、前記M周期の横方向の配列を更にL周期設け、L個の前記水平転送路から同時に並列に読み出すことを特徴とする請求項2に記載の画素周辺記録型撮像装置。 The array of the M periods in the horizontal direction is further provided in such a manner that the array of photodiodes has a periodicity of L × M periods in the lateral direction, and is read out in parallel from the L horizontal transfer paths. The pixel peripheral recording type imaging device according to claim 2.

前記N個のフォトダイオードと前記垂直転送路との間にs(sは2以上の整数)段のメモリ用転送路をそれぞれ設け、前記メモリ用転送路を垂直転送路よりも高速で転送動作させて、sフレームの高速動画撮影を行うことを特徴とする請求項2に記載の画素周辺記録型撮像装置。 An s (s is an integer of 2 or more) stage memory transfer path is provided between the N photodiodes and the vertical transfer path, and the memory transfer path is operated at a higher speed than the vertical transfer path. The pixel peripheral recording type imaging device according to claim 2, wherein high-speed moving image shooting of s frames is performed.

本発明によれば、
1)ISIS_CCDから読み出した信号の再配列が不要となる。
2)フレーム間クロストークが発生しない。
3)水平転送の最初の信号のレベルが下がる点状ノイズが発生しない。
4)画素毎の転送による黒信号の変動を抑えることができる。
According to the present invention,
1) The rearrangement of signals read from ISIS_CCD is not necessary.
2) Inter-frame crosstalk does not occur.
3) Dot noise that lowers the level of the first signal of horizontal transfer does not occur.
4) It is possible to suppress fluctuations in the black signal due to transfer for each pixel.

図5及び図6は、本実施形態に係る高速度カメラにおける画素読み出しを説明する模式図であり、従来の模式図である図1及び図2にそれぞれ対応する。   5 and 6 are schematic diagrams for explaining pixel readout in the high-speed camera according to the present embodiment, and correspond to FIGS. 1 and 2 which are conventional schematic diagrams, respectively.

図5は、撮影期間が終了した直後の状態を示しており、各フォトダイオードで光電変換された信号電荷が、メモリ兼転送路に格納された状態を示している。ただし、垂直転送路の全てではなく1段分の電荷のみ格納している点で、従来の図1と異なる。
この垂直転送路に格納された1段分の電荷は、各フォトダイオードで光電変換された1フレーム目の(最初の)信号電荷である。
FIG. 5 shows a state immediately after the photographing period ends, and shows a state in which signal charges photoelectrically converted by each photodiode are stored in the memory / transfer path. However, it differs from the conventional FIG. 1 in that only one stage of charge is stored instead of the entire vertical transfer path.
The charge for one stage stored in the vertical transfer path is the first frame signal charge photoelectrically converted by each photodiode.

図6は、図3の状態から垂直転送路をv段分転送動作させて、水平転送路に格納した状態を示している。この時、水平転送路に格納した電荷は、1フレーム目の信号電荷である。この状態では、水平転送路上の信号電荷は互いにh段離れているので、隣接電荷による影響がない。
また、水平転送路上の電荷は、空間的に隣合うフォトダイオードで光電変換した同一フレームの信号電荷であるので、FDAを経由して出力した場合に時間的順序の再配列を行う必要がない。
FIG. 6 shows a state in which the vertical transfer path is transferred by v stages from the state of FIG. 3 and stored in the horizontal transfer path. At this time, the charge stored in the horizontal transfer path is the signal charge of the first frame. In this state, since the signal charges on the horizontal transfer path are separated from each other by h stages, there is no influence by the adjacent charges.
Further, since the charges on the horizontal transfer path are signal charges of the same frame photoelectrically converted by spatially adjacent photodiodes, there is no need to rearrange in the temporal order when output via the FDA.

最初の水平転送は、1行目のフォトダイオードで光電変換された1フレーム目の信号電荷である。次に水平転送路で転送される電荷は、2行目のフォトダイオードで光電変換された1フレーム目に信号電荷である。同様に3行目、4行目、…、N行目と繰り返すことで、全画素の1フレーム目の信号が取り出せる。つまり、水平転送は水平方向に並ぶフォトダイオードを1ラインとした場合、ライン読み出しに相当する。   The first horizontal transfer is the signal charge of the first frame that is photoelectrically converted by the photodiodes in the first row. Next, the charge transferred through the horizontal transfer path is the signal charge in the first frame photoelectrically converted by the photodiodes in the second row. Similarly, by repeating the third row, the fourth row,..., The Nth row, the signals of the first frame of all the pixels can be extracted. That is, horizontal transfer corresponds to line reading when the photodiodes arranged in the horizontal direction are taken as one line.

垂直転送路の電荷を全て出力したら、各段の斜め転送路にある電荷を1段だけ垂直転送路に転送する。この電荷は各フォトダイオードで光電変換された2フレーム目の信号電荷となる。以後同様に垂直、水平転送を行えば全フレームの信号が、ライン毎、フレーム毎に読み出せる。   When all the charges in the vertical transfer path are output, the charges in the oblique transfer paths in each stage are transferred to the vertical transfer path by one stage. This charge becomes the signal charge of the second frame that has been photoelectrically converted by each photodiode. Thereafter, if vertical and horizontal transfer is performed in the same manner, signals of all frames can be read out for each line and each frame.

以上のように水平転送路上の信号電荷は、水平転送路のh段分の間隔があるので、FDAを経由して電気信号として出力した後で、各信号の間にあるh−1個の電荷に相当する空の信号部分をサンプルすることで、黒信号の平均値を取得できる。この値と次にサンプルするフォトダイオードで光電変換した本来の電荷に相当する電気信号との差をとることで、転送における黒信号の変動を抑えることが可能となる。   As described above, since the signal charges on the horizontal transfer path have an interval corresponding to h stages of the horizontal transfer path, after being output as an electrical signal via the FDA, h−1 charges between the signals. The average value of the black signal can be obtained by sampling the empty signal portion corresponding to. By taking the difference between this value and the electric signal corresponding to the original charge photoelectrically converted by the photodiode to be sampled next, it is possible to suppress the fluctuation of the black signal in the transfer.

図7は、本例の高速度カメラにおける画素読み出しのタイミングチャートである。録画期間内で録画が完了し、読出し期間で読出しを行う。
[ステップS201]
録画期間内では、まず、従来のステップS101と同じ動作を行う。
FIG. 7 is a timing chart of pixel readout in the high-speed camera of this example. Recording is completed within the recording period, and reading is performed during the reading period.
[Step S201]
In the recording period, first, the same operation as in the conventional step S101 is performed.

[ステップS202]
ステップS201の後、斜め転送と垂直転送を1回だけ行う。すなわちS102ではv回与えていたAパルスとBパルスを1回だけ与える。また、B4パルスと同波形のTGパルスも与える。図5は、この時点の状態に相当する。
[Step S202]
After step S201, oblique transfer and vertical transfer are performed only once. In other words, the A pulse and the B pulse that were given v times in S102 are given only once. A TG pulse having the same waveform as the B4 pulse is also given. FIG. 5 corresponds to the state at this time.

[ステップS203]
読出し期間では、従来と同様に垂直転送パルスB1〜B4を1パルス駆動する毎に水平転送パルスC1〜C4(及びTGパルス)を1パルス駆動して、垂直転送路に格納された電荷を水平転送路に送る駆動を行う。ただし、与えるパルス数は、h回ではなくv回である。またパルスの周波数が、録画期間(超高速撮影を想定)よりも低くなっている。
前述ように垂直転送路v段の最初の1段目にしか信号電荷がないので、v≧hの場合でも水平転送路にv段数の電荷転送を行っても、図6のように隣の列からの電荷に混ざることはなく、必ずh段分の間隔があく。つまり、vとhの関係は任意に選べる。
[Step S203]
In the readout period, the horizontal transfer pulses C1 to C4 (and TG pulse) are driven by one pulse every time one vertical transfer pulse B1 to B4 is driven as in the conventional case, and the charges stored in the vertical transfer path are transferred horizontally. Drive to the road. However, the number of pulses to be given is not h times but v times. The frequency of the pulse is lower than the recording period (assuming ultra-high speed shooting).
As described above, since the signal charge is present only in the first stage of the v-th vertical transfer path, even if v ≧ h, even if v-number of charges are transferred to the horizontal transfer path, the adjacent column as shown in FIG. Is not mixed with the electric charge from, and there is always an interval of h steps. That is, the relationship between v and h can be arbitrarily selected.

[ステップS204]
ステップS203の後、ステップS104と同じ動作を行う。すなわち、C1〜C4のパルスを(h×M)+e回駆動し、各列の水平転送路に転送されたM個の電荷をFDA経由で外部に出力する。
これにより、外部に出力した信号は、従来のように1ピクセル毎に電荷の信号が並んでいるのではなく、水平転送路のh段間隔おきに撮像した電荷の信号が現れる。撮像した電荷の信号の間にある空の部分は、後述するように黒信号として利用する。
[Step S204]
After step S203, the same operation as step S104 is performed. That is, the C1 to C4 pulses are driven (h × M) + e times, and M charges transferred to the horizontal transfer path of each column are output to the outside via the FDA.
As a result, the signal output to the outside does not have the charge signals arranged for each pixel as in the prior art, but the charge signals imaged at intervals of h stages in the horizontal transfer path appear. The empty part between the captured charge signals is used as a black signal as described later.

[ステップS205]
ステップS203とS204を、垂直転送路上にあるN個の電荷が全て転送しきるまで繰り返す。
[Step S205]
Steps S203 and S204 are repeated until all the N charges on the vertical transfer path have been transferred.

[ステップS206]
上記ステップS205により垂直転送路が空になったら、再度ステップS202と同様の動作を行い、各フォトダイオードにつながっている斜め転送路からA1〜A4パルスを1回駆動して、空になった垂直転送路に残りの電荷を1段分転送する。このとき垂直転送路には同時にN行分の電荷が転送されたことになる。その後ステップS203からS205と同様の動作を行う。
[Step S206]
When the vertical transfer path becomes empty in step S205, the same operation as in step S202 is performed again, and the A1-A4 pulse is driven once from the oblique transfer path connected to each photodiode, and the vertical transfer path becomes empty. The remaining charge is transferred by one stage to the transfer path. At this time, N rows of charges are simultaneously transferred to the vertical transfer path. Thereafter, operations similar to those in steps S203 to S205 are performed.

[ステップS108]
斜め転送路が空になるまで、上記ステップS206を繰り返す。
[Step S108]
Step S206 is repeated until the oblique transfer path becomes empty.

なお、フレーム数が最長s+vに制限される超高速撮影(メモリ録画)ではなく、持続的な連続撮影を行う場合、上記ステップS201からS205までを繰り返せばよい。その際、S201ではPGパルスを1回、Aパルスをs回与えるようにする。   Note that when performing continuous continuous shooting instead of ultra-high-speed shooting (memory recording) in which the number of frames is limited to the longest s + v, steps S201 to S205 may be repeated. At this time, in S201, the PG pulse is given once and the A pulse is given s times.

図8は、TGパルスを用いた方法による一例を示した画素読み出しのタイミングチャートである。
本例では、垂直転送路から水平転送路に電荷を転送するときのみTGパルスでゲートを開くようにしている。つまり、TGパルスでゲートが開いたときだけ垂直転送路の電荷を水平転送路に転送するので、水平転送路はその電荷を出力するときのみ駆動させればよい。
FIG. 8 is a pixel readout timing chart showing an example of a method using a TG pulse.
In this example, the gate is opened with a TG pulse only when charges are transferred from the vertical transfer path to the horizontal transfer path. That is, since the charges in the vertical transfer path are transferred to the horizontal transfer path only when the gate is opened by the TG pulse, the horizontal transfer path may be driven only when the charge is output.

したがって、図8は、TGパルス波形、及びステップS203における水平転送パルス以外は、図7と同一である。
なお、TGパルスを使用する場合であっても、水平転送パルスのC1〜C4は、図6と同様に与えてもよい。
本実施形態(図7や図8)では、超高速撮影で撮像したsフレーム数の電荷を、垂直および水平転送路へ高速に転送する必要がないので、転送による信号劣化の少ない垂直転送路を容易に実現できる。
Therefore, FIG. 8 is the same as FIG. 7 except for the TG pulse waveform and the horizontal transfer pulse in step S203.
Even when the TG pulse is used, the horizontal transfer pulses C1 to C4 may be given in the same manner as in FIG.
In the present embodiment (FIGS. 7 and 8), it is not necessary to transfer charges of the number of s frames captured by ultra-high-speed shooting to the vertical and horizontal transfer paths at high speed. It can be easily realized.

また、他の変形例として、水平転送時の電荷の間隔をh/n(nは2以上の整数)とし、1回の水平転送でnライン分の情報を転送するようにしてもよい。これは図7において、ステップS203の垂直から水平に電荷を転送するB1〜B4のパルス駆動をv×N回行う間に、水平転送パル駆動をv回行えば、水平転送路にはh/n間隔で電荷が転送されることになる。   As another modification, the charge interval at the time of horizontal transfer may be h / n (n is an integer of 2 or more), and information for n lines may be transferred by one horizontal transfer. In FIG. 7, if the horizontal transfer pulse driving is performed v times while the pulse driving of B1 to B4 for transferring the charges from the vertical to the horizontal in step S203 is performed v × N times, the horizontal transfer path is h / n. Charges are transferred at intervals.

図9は、本実施形態に係る高速度カメラの構成図である。従来と同じ構成には同一の符号を付して説明を省略する。
タイミングジェネレータ2の代わりに、図7や図8に示したようなパルスを生成するタイミングジェネレータ22を備えている。また再配列処理部5の代わりに、直流再生手段としての遅延器23と加算器24を新たに備えている。
なおADC4は、従来と同様、水平パルスと同じサンプルレートでA/D変換を行う。
FIG. 9 is a configuration diagram of the high-speed camera according to the present embodiment. The same components as those in the past are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
Instead of the timing generator 2, a timing generator 22 for generating pulses as shown in FIGS. 7 and 8 is provided. Further, in place of the rearrangement processing unit 5, a delay unit 23 and an adder 24 as DC regeneration means are newly provided.
Note that the ADC 4 performs A / D conversion at the same sample rate as the horizontal pulse as in the conventional case.

遅延器23は、フォトダイオードで撮像された電荷が入っていないタイミングでA/D変換された1ないし複数の信号を記憶し、黒信号として出力する。この信号は、hサンプル間隔で現れる撮像電荷信号に対し、その近傍の1ないし複数の信号から生成され、その電荷信号に対する黒レベルを表している。例えば、撮像電荷信号の直前の複数の信号を算術平均して、黒信号を得ることができる。また、撮像電荷信号の直後の数サンプル(残像電荷などが含まれている)を加算して足しこめばリニアリティの改善が見込めるが、その際に用いる黒信号は、加算サンプル数に応じたゲインとする。
加算器24は、hサンプル周期でADCから出力される撮像電荷信号から、遅延器23が出力する黒信号を減算することで、本来の直流成分を再生する。
The delay unit 23 stores one or a plurality of signals that have been A / D converted at a timing at which charges captured by the photodiode are not included, and outputs the signals as black signals. This signal is generated from one or a plurality of signals in the vicinity of the imaging charge signal appearing at h sample intervals, and represents the black level for the charge signal. For example, a black signal can be obtained by arithmetically averaging a plurality of signals immediately before the imaging charge signal. In addition, the linearity can be improved by adding a few samples (including afterimage charges) immediately after the imaging charge signal, but the black signal used at that time has a gain corresponding to the number of added samples. To do.
The adder 24 regenerates the original DC component by subtracting the black signal output from the delay unit 23 from the imaging charge signal output from the ADC at the h sample period.

以上説明した実施形態では、水平転送路は1本のみ備えたが、例えば図5等の構成を更に横方向にL(Lは整数)回繰り返し、L本の水平転送路から並列読み出しするようにしてもよい。直流再生手段により、読み出し初期のレベル低下の影響を排除し、並列読み出しした画像を継ぎ目無く合成することができる。 In the embodiment described above, only one horizontal transfer path is provided. However, for example, the configuration of FIG. 5 is repeated L (L is an integer) times in the horizontal direction so that parallel reading is performed from the L horizontal transfer paths. May be. The direct current reproducing means can eliminate the influence of the level reduction at the initial stage of reading, and can seamlessly synthesize the images read in parallel.

ISIS_CCDの従来の画素読み出し(撮影直後)を説明する図Diagram explaining conventional pixel readout of ISIS_CCD (immediately after shooting) ISIS_CCDの従来の画素読み出し(水平転送中)を説明する図Diagram explaining conventional pixel readout (during horizontal transfer) of ISIS_CCD 図1及び図2で説明した画素読み出しのタイミングチャートTiming chart of pixel readout explained in FIG. 1 and FIG. 従来の画素周辺記録型撮像装置の構成図Configuration diagram of conventional pixel peripheral recording type imaging device 本発明の実施形態のISIS_CCDの画素読み出し(撮影直後)を説明する図The figure explaining the pixel read-out (immediately after imaging | photography) of ISIS_CCD of embodiment of this invention 本発明の実施形態のISIS_CCDの画素読み出し(水平転送中)を説明する図The figure explaining pixel reading (during horizontal transfer) of ISIS_CCD of the embodiment of the present invention 図5及び図6で説明した画素読み出しのタイミングチャートTiming chart of pixel readout explained in FIG. 5 and FIG. 他の実施形態に係る画素読み出しのタイミングチャートPixel readout timing chart according to another embodiment 本発明の実施形態に係る高速度カメラの構成図Configuration diagram of a high-speed camera according to an embodiment of the present invention

符号の説明Explanation of symbols

1:ISIS_CCD、
2,22:タイミングジェネレータ、
3:CDSアンプ、
4:ADC、
5:再配列処理部、
6:SDRAM、
23:遅延器、24:加算器。
1: ISIS_CCD,
2, 22: Timing generator,
3: CDS amplifier,
4: ADC,
5: rearrangement processing unit,
6: SDRAM,
23: delay device, 24: adder.

Claims (5)

縦方向にN周期、横方向にM周期配置されたN×M個のフォトダイオードと、前記横方向の1周期毎に縦に並んだN個のフォトダイオードとv(vは2以上の整数)段間隔で直接もしくは間接的に接続されたv×N段以上の垂直転送路をM本と、前記M本の垂直転送路のそれぞれの一端とh(hは2以上の整数)段間隔で接続されたh×M段以上の水平転送路と、を備え、当該水平転送路を通して前記複数のフォトダイオードからの電荷を読み出すISIS_CCDを用いた画素周辺記録型撮像装置であって、
前記水平転送路から、前記配置の縦方向の1周期毎に、横に並んだM個のフォトダイオードの電荷を、当該横の並びの順番を保って読み出すことを特徴とする画素周辺記録型撮像装置。
N × M photodiodes arranged in N cycles in the vertical direction and M cycles in the horizontal direction, N photodiodes arranged vertically in each cycle in the horizontal direction, and v (v is an integer of 2 or more) M vertical transfer paths of v × N stages or more connected directly or indirectly at stage intervals and one end of each of the M vertical transfer paths are connected at h (h is an integer of 2 or more) stage intervals. A pixel peripheral recording type imaging device using an ISIS_CCD that reads out charges from the plurality of photodiodes through the horizontal transfer path.
Pixel peripheral recording type imaging, wherein the charges of M photodiodes arranged horizontally are read out from the horizontal transfer path for each vertical period of the arrangement while maintaining the horizontal arrangement order. apparatus.
前記M本の垂直転送路はそれぞれ、接続されたフォトダイオードから電荷を受け入れるたびに、v段転送動作を行うとともに、1個のフォトダイオードに対応する撮像電荷を前記水平転送路に移送し、
その後前記水平転送路が、移送された前記撮像電荷にh段の間隔を保ったままh×M段以上の転送を行ってライン読み出しを行うことを特長とする請求項1に記載の画素周辺記録型撮像装置。
Each of the M vertical transfer paths performs a v-stage transfer operation each time charge is received from a connected photodiode, and transfers imaging charges corresponding to one photodiode to the horizontal transfer path.
2. The pixel peripheral recording according to claim 1, wherein the horizontal transfer path performs line reading by performing transfer of h × M stages or more with the transferred imaging charge maintained at an interval of h stages. Type imaging device.
前記h段間隔の撮像電荷の間の段で転送された電荷の信号を用いて黒信号を生成し、前記撮像電荷から当該黒信号を減算する直流再生手段を備えたことを特長とする請求項2に記載の画素周辺記録型撮像装置。 2. A DC regeneration unit that generates a black signal using a charge signal transferred in a stage between the imaging charges at the h-stage interval and subtracts the black signal from the imaging charge. 2. A pixel peripheral recording type imaging device according to 2. フォトダイオードの配列が横方向にL×M周期の周期性を有するように、前記M周期の横方向の配列を更にL周期設け、L個の前記水平転送路から同時に並列に読み出すことを特徴とする請求項2に記載の画素周辺記録型撮像装置。 The array of the M periods in the horizontal direction is further provided in such a manner that the array of photodiodes has a periodicity of L × M periods in the lateral direction, and is read out in parallel from the L horizontal transfer paths. The pixel peripheral recording type imaging device according to claim 2. 前記N個のフォトダイオードと前記垂直転送路との間にs(sは2以上の整数)段のメモリ用転送路をそれぞれ設け、前記メモリ用転送路を垂直転送路よりも高速で転送動作させて、sフレームの高速動画撮影を行うことを特徴とする請求項2に記載の画素周辺記録型撮像装置。 An s (s is an integer of 2 or more) stage memory transfer path is provided between the N photodiodes and the vertical transfer path, and the memory transfer path is operated at a higher speed than the vertical transfer path. The pixel peripheral recording type imaging device according to claim 2, wherein high-speed moving image shooting of s frames is performed.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005064304A (en) * 2003-08-15 2005-03-10 Koji Eto High sensitivity/high-speed image-pickup device
JP2006352707A (en) * 2005-06-17 2006-12-28 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> Driving device and imaging apparatus provided therewith
JP2007221337A (en) * 2006-02-15 2007-08-30 Sanyo Electric Co Ltd Image sensing device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005064304A (en) * 2003-08-15 2005-03-10 Koji Eto High sensitivity/high-speed image-pickup device
JP2006352707A (en) * 2005-06-17 2006-12-28 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> Driving device and imaging apparatus provided therewith
JP2007221337A (en) * 2006-02-15 2007-08-30 Sanyo Electric Co Ltd Image sensing device

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