JP2545114B2 - Imaging device - Google Patents

Imaging device

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JP2545114B2
JP2545114B2 JP63125931A JP12593188A JP2545114B2 JP 2545114 B2 JP2545114 B2 JP 2545114B2 JP 63125931 A JP63125931 A JP 63125931A JP 12593188 A JP12593188 A JP 12593188A JP 2545114 B2 JP2545114 B2 JP 2545114B2
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liquid crystal
image pickup
crystal shutter
electric field
shutter
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政勝 比嘉
久 青木
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Casio Computer Co Ltd
Sanyo Electric Co Ltd
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Casio Computer Co Ltd
Sanyo Electric Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/02Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two

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  • Liquid Crystal (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、固体撮像素子を用いて画像等を検出し、画
像信号を得るための撮像装置に関する。
The present invention relates to an image pickup apparatus for detecting an image or the like using a solid-state image pickup element and obtaining an image signal.

[従来技術] 従来、ビデオカメラ、電子スチールカメラ等の撮像素
子、あるいはファクシミリー等の画像検出素子に用いら
れる固体撮像素子としては電荷転送素子(以下CCDとい
う)が実用化されている。
[Prior Art] Conventionally, a charge transfer device (hereinafter referred to as CCD) has been put into practical use as a solid-state image pickup device used for an image pickup device such as a video camera, an electronic still camera, or an image detection device such as a facsimile.

このCCDは、照射された光の強度に応じた信号電荷を
蓄積する複数の受光要素が配列された撮像部と、この撮
像部の電荷を蓄積し転送する転送部とからなっており、
前記電荷の転送方法の違いにより、インターライン転送
方式のCCD(以下IT方式CCDという)と、フレーム転送方
式のCCD(以下FT方式CCDという)が知られている。IT方
式CCDは、ライン状の受光要素と非照射領域のレジスタ
の平行列からなっており、受光要素に蓄積された電荷
は、垂直列のレジスタによって転送され、水平列のレジ
スタにより画像信号として読み出される。またFT方式CC
Dは、受光要素が複数配列された撮像部と遮光された転
送部とが分離配置されており、受光要素に蓄積された信
号電荷は転送部の蓄積部に蓄えられ、水平転送部により
蓄積部に一時的に蓄えられた信号電荷を一行ずつ高速で
出力部まで転送し、信号電荷が出力部から読み出され
る。
This CCD is composed of an image pickup section in which a plurality of light receiving elements for accumulating signal charges corresponding to the intensity of the emitted light are arranged, and a transfer section for accumulating and transferring the charges of the image pickup section,
An interline transfer type CCD (hereinafter referred to as IT type CCD) and a frame transfer type CCD (hereinafter referred to as FT type CCD) are known due to the difference in the charge transfer method. The IT-type CCD consists of parallel rows of light receiving elements in a line and registers in the non-irradiation area.The charges accumulated in the light receiving elements are transferred by the registers in the vertical rows and read out as image signals by the registers in the horizontal rows. Be done. Also FT method CC
In D, the image pickup section in which a plurality of light receiving elements are arranged and the transfer section shielded from light are separately arranged, and the signal charges accumulated in the light receiving element are stored in the storage section of the transfer section, and the horizontal transfer section stores the storage section. The signal charges temporarily stored in the memory are transferred line by line to the output unit at high speed, and the signal charges are read from the output unit.

この様なCCDを用いた撮像装置は雑音が少なく、撮像
管に比べて小型化できるなどの優れた特徴がある。しか
し、これらのCCDにおいては、電荷転送中に他の映像電
荷が混入する垂直スミアと呼ばれる現象があり、映像の
強い光であるスポットの上下に帯状の明部が現われる。
この垂直スミアは、電荷転送期間中に光が照射されてい
るために生ずる現象であり、IT方式CCDであっては、垂
直レジスタの下側へ光がまわり込むことにより生じ、ま
た、FT方式CCDでは信号電荷を蓄積部へ転送する際即
ち、フレーム転送期間中に撮像部へ光が照射されている
ために生ずる。
An image pickup device using such a CCD has excellent characteristics such as less noise and a smaller size than an image pickup tube. However, in these CCDs, there is a phenomenon called vertical smear in which other image charges are mixed during charge transfer, and band-shaped bright parts appear above and below the spot, which is a strong image light.
This vertical smear is a phenomenon that occurs because light is irradiated during the charge transfer period.In the IT type CCD, this vertical smear is caused by light sneaking into the lower side of the vertical register, and also in the FT type CCD. Occurs when the signal charge is transferred to the storage section, that is, because the image pickup section is irradiated with light during the frame transfer period.

上述した垂直スミアを低減する方法としては、テレビ
ジョン学会技術報告、TEBS94−5、ED774(1984.2)及
び電子材料、第123頁〜127頁「FT方式による1/2形CCD固
体撮像素子」に開示されている様に、FT方式CCDにあっ
ては、フレーム転送周波数を高くする方法、あるいは、
垂直スミア成分を検出しこれによって映像信号を修正す
る方法が提案されている。
A method of reducing the vertical smear described above is disclosed in Technical Report of the Television Society of Japan, TEBS94-5, ED774 (1984.2) and Electronic Materials, pp. 123 to 127, "1/2 type CCD solid-state image sensor by FT method". As described above, in the FT CCD, a method of increasing the frame transfer frequency, or
A method has been proposed in which a vertical smear component is detected and the video signal is corrected by this.

しかしながら、前者は数MHzの高速度で動作し、且つ
駆動容量が大きな駆動回路が必要であり、また後者は1
フィールド前の垂直スミア量を検出し、次のフィールド
でこの垂直スミア量を除去する方法であるため、動きの
速い画像には追従できない。そして両者は共に電子回路
が複雑になり且つ大型化し、また高価になるという新た
な問題点を生じていた。
However, the former requires a drive circuit that operates at a high speed of several MHz and has a large drive capacity.
Since the method is to detect the vertical smear amount before the field and remove this vertical smear amount in the next field, it is not possible to follow an image with fast movement. Both of them have a new problem that the electronic circuit becomes complicated and large, and the cost becomes high.

そこで、フレーム転送期間中CCDの撮像部へ照射され
る光を遮断する方法も提案されている。この方法を用い
たものとしては、特開昭58−116879号公報に開示されて
いる様に、CCDの撮像部の前面に機械的又は電子的シャ
ッタ手段を配置させ、このシャッタ手段を前記転送期間
中に光遮断状態に制御する画像記録装置が知られてい
る。
Therefore, a method of blocking the light irradiated to the image pickup unit of the CCD during the frame transfer period has also been proposed. As a method using this method, as disclosed in JP-A-58-116879, a mechanical or electronic shutter means is arranged in front of the image pickup section of the CCD, and this shutter means is used for the transfer period. There is known an image recording apparatus that controls a light blocking state.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上述した様に、CCDの撮像部の前面に
シャッタ手段を設けたものは、そのシャッタ手段に機械
的シャッターを用いたものでは、動作速度が遅く、ま
た、前記フレーム転送期間に同期させて開閉制御するこ
とが困難であり、さらに、機械的な騒音の発生及び駆動
装置等により雑音が発生するという欠点がある。一方、
前記シャッタ手段に要求される様な高速応答特性をも
ち、且つ高コントラストな電子的シャッタは実用化され
ておらず、電子的シャッタを備え、これによって垂直ス
ミアを防止することは極めて困難であった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, as described above, in the case where the shutter unit is provided on the front surface of the image pickup unit of the CCD, the operation speed is slow when the mechanical shutter is used as the shutter unit, and However, it is difficult to control the opening and closing in synchronization with the frame transfer period, and there is a drawback that mechanical noise is generated and noise is generated by a driving device or the like. on the other hand,
An electronic shutter having high-speed response characteristics required for the shutter means and having high contrast has not been put into practical use, and it is extremely difficult to prevent vertical smear by using the electronic shutter. .

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであ
り、CCDの駆動回路を複雑にすることなく単純な構成に
よって垂直スミアを防止した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 an object of the present invention is to provide an image pickup apparatus in which vertical smear is prevented by a simple configuration without complicating a CCD drive circuit.

[課題を解決するための手段] 本発明は上述した課題を解決するために、入射光に応
じて電荷を蓄積する複数の受光要素が配列された撮像部
及び前記受光要素に蓄積された信号電荷を転送する転送
手段とを有する固体撮像素子と、この固体撮像素子に入
射する光の光路中に配設された液晶シャッタとを設け、
この液晶シャッタを予め定めた方向に配向処理が施され
た電極形成面を内側にして互いに対向配置した一対の基
板と、この一対の基板間に封入された液晶と、及び前記
液晶の外側へ配置した一対の偏光板とにより構成し、駆
動手段により前記液晶シャッタの前記一対の基板に形成
された電極間に電圧を印加することにより前記液晶シャ
ッタを光学的に開閉制御するものである。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the problems described above, the present invention provides an imaging unit in which a plurality of light receiving elements that store charges according to incident light are arranged, and signal charges stored in the light receiving elements. And a liquid crystal shutter disposed in the optical path of the light incident on the solid-state image sensor,
The liquid crystal shutter is arranged so as to face each other with the electrode formation surface, which has been subjected to an alignment treatment in a predetermined direction inside, and the liquid crystal enclosed between the pair of substrates, and arranged outside the liquid crystal. The liquid crystal shutter is optically opened / closed by applying a voltage between the electrodes formed on the pair of substrates of the liquid crystal shutter by a driving means.

[作 用] 本発明は、固体撮像素子に入射する光の光路中に、複
屈折型の液晶シャッタを配置し、この液晶シャッタに駆
動信号を供給することにより、液晶の複屈折効果と、こ
の液晶を挾む一対の偏光板とにより光学的シャッタとし
ての開閉動作させるものである。そして、前記液晶シャ
ッタは高速度で動作し、また液晶の電気光学効果による
光学的特性の変化が大きいため、シャッタの開状態と閉
状態とのコントラストが大きく、且つ閉状態における漏
れ光が極めて少ない。したがって、シャッタ閉状態での
固体撮像素子への入射光を確実に遮断することができ、
また、シャッタ開状態での入射光の透過率も高いので、
映像信号に影響を与えることなく垂直スミアノイズを十
分小さくすることができる。
[Operation] According to the present invention, a birefringent liquid crystal shutter is arranged in the optical path of light incident on a solid-state image sensor, and a drive signal is supplied to the liquid crystal shutter to obtain the effect of liquid crystal birefringence. A pair of polarizing plates sandwiching the liquid crystal is used to open and close as an optical shutter. Since the liquid crystal shutter operates at a high speed and the change in optical characteristics due to the electro-optical effect of liquid crystal is large, the contrast between the open state and the closed state of the shutter is large, and the leakage light in the closed state is extremely small. . Therefore, it is possible to reliably block the incident light on the solid-state image sensor in the shutter closed state,
Also, since the transmittance of incident light is high when the shutter is open,
Vertical smear noise can be sufficiently reduced without affecting the video signal.

[実施例] 以下に本発明の具体的実施例について図面を参照して
詳細に説明する。本発明の撮像装置は、第1図に示す如
く、IT方式CCD又はFT方式CCDからなる固体撮像素子1の
撮像部前方に、この撮像部に画像を結像させるためのレ
ンズ及び絞り等からなる光学系2が配置され、これらの
固体撮像素子1と光学系2の間には、2周波で駆動され
る液晶シャッタ3が配置されている。固体撮像素子1
は、各種のクロック信号を供給するCCD駆動回路4によ
って駆動され、液晶シャッタ3は高周波信号fHと低周波
信号fLとを選択的に出力するシャッタ駆動回路5により
駆動される。前記CCD駆動回路4から出力されるCCD駆動
タイミング信号φは、位相シフト回路6によって位相
が進められたシャッタ同期信号φとして前記シャッタ
駆動回路5へ供給され、このシャッタ駆動回路5は前記
シャッタ同期信号φに応じて高周波信号fHと低周波信
号fLを選択的に出力する。
EXAMPLES Specific examples of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the image pickup device of the present invention comprises, in front of the image pickup portion of a solid-state image pickup device 1 made of an IT type CCD or an FT type CCD, a lens and a diaphragm for forming an image on the image pickup portion. An optical system 2 is arranged, and a liquid crystal shutter 3 driven at two frequencies is arranged between the solid-state imaging device 1 and the optical system 2. Solid-state image sensor 1
Are driven by a CCD drive circuit 4 which supplies various clock signals, and the liquid crystal shutter 3 is driven by a shutter drive circuit 5 which selectively outputs a high frequency signal f H and a low frequency signal f L. The CCD drive timing signal φ 1 output from the CCD drive circuit 4 is supplied to the shutter drive circuit 5 as a shutter synchronization signal φ 2 whose phase has been advanced by the phase shift circuit 6, and the shutter drive circuit 5 uses the shutter drive circuit 5. The high frequency signal f H and the low frequency signal f L are selectively output according to the synchronization signal φ 2 .

液晶シャッタ3は、第2図、及び第3図に示す様に、
一対の透明基板11、12が対向配置され、これらの一対の
透明基板11、12の対向する内面それぞれには、ほぼ全面
に形成された透明電極13、14、及びこの透明電極13、14
上に、前記固体撮像素子3へ入射する光の透過、遮断を
制御するためのシャッタ有効領域Aを除いて、不透明な
金属電極15、16が被着され、前記透明基板11、12の縁に
延出された透明電極13、14と金属電極15、16との一部分
が電極端子部15a、16aを形成している。前記透明電極1
3、14のシャッタ有効領域Aの上には、それぞれ配向膜1
7、18が形成され、この配向膜17、18はそれぞれが第2
図の矢印a、a1に示す様に互いに平行で且つ逆方向にラ
ビング処理が施されている。前記対向配置された一対の
透明基板11、12の周囲には、これらが対向する縁に沿っ
てシール材19が形成され、これらの一対の透明基板11、
12を接合すると共に、これらの一対の透明基板11、12間
に液晶20を封入している。そして、接合された一対の透
明基板11、12の外側には、一対の偏光板21、22が配置さ
れており、これらの偏光板21、22の偏光軸(透過軸又は
吸収軸)は、それぞれ第2図の矢印b、b1に示す様に互
いに平行で、且つ前記配向膜17、18のラビング方向に対
して約45゜で交差している。
The liquid crystal shutter 3 is, as shown in FIG. 2 and FIG.
A pair of transparent substrates 11 and 12 are arranged to face each other, and transparent electrodes 13 and 14 formed on substantially the entire inner surfaces of the pair of transparent substrates 11 and 12 facing each other, and the transparent electrodes 13 and 14, respectively.
Opaque metal electrodes 15 and 16 are deposited on the upper part of the transparent substrate 11 and 12 except the shutter effective area A for controlling transmission and blocking of light incident on the solid-state image sensor 3. Part of the extended transparent electrodes 13 and 14 and the metal electrodes 15 and 16 form electrode terminal portions 15a and 16a. The transparent electrode 1
An alignment film 1 is formed on each of the shutter effective areas A of 3 and 14.
7 and 18 are formed, and the alignment films 17 and 18 are each the second
As shown by arrows a and a 1 in the figure, rubbing treatments are performed in parallel and in opposite directions. Around the pair of transparent substrates 11 and 12 facing each other, a sealing material 19 is formed along the edges where they face each other, and the pair of transparent substrates 11 and 12,
The liquid crystal 20 is sealed between the pair of transparent substrates 11 and 12 while bonding 12 together. A pair of polarizing plates 21 and 22 are arranged outside the pair of bonded transparent substrates 11 and 12, and the polarizing axes (transmission axis or absorption axis) of these polarizing plates 21 and 22 are respectively. As shown by arrows b and b 1 in FIG. 2, they are parallel to each other and intersect at about 45 ° with respect to the rubbing direction of the alignment films 17 and 18.

前記液晶20は、下記の表1に示す物理的特性を持ち、
且つ第4図に示す様に、誘電率が0となる交差周波数fC
より低い周波数の低周波電界FLに対して正の誘電異方性
を示し、交差周波数fCより高い周波数の高周波電界FH
対して負の誘電異方性を示す誘電分散特性を持った2周
波駆動用液晶である。
The liquid crystal 20 has physical properties shown in Table 1 below.
Moreover, as shown in FIG. 4, the crossover frequency f C at which the permittivity becomes 0
It has positive dielectric anisotropy for low frequency electric field F L of lower frequency and negative dielectric anisotropy for high frequency electric field F H of higher frequency than crossing frequency f C. It is a liquid crystal for driving two frequencies.

しかして、前記透明基板11、12間に封止された液晶20
は、対向する透明電極13、14の間に電圧が印加されてい
ない初期状態でホモジニアス配向しており、前述したシ
ャッタ駆動回路5から対向する透明電極13、14の間に選
択的に供給される低周波電圧fLと高周波電圧fHに応じ
て、液晶分子の配向が前記透明基板11、12上の配向膜1
7、18に対してほぼ垂直に配向状態と、斜めに配向した
状態とに制御される。即ち、対向する透明電極13、14間
に電圧が供給され、これらの間に介在する液晶に低周波
数電界FLが印加されると、液晶分子はその分子長軸を電
界により透明基板11、12の表面に対してほぼ垂直な方向
に向けて配列する。この場合、一方の偏光板21を通った
直線偏光光は液晶20の光軸の方向とほぼ平行に入射され
るため、直線偏光光の状態は何ら変化することなく液晶
層を透過し、出射側の他方の偏光板22を透過する。した
がって、液晶20に低周波電界FLを印加したときには、液
晶シャッタ3は光透過状態(オン)となる。前記液晶20
に高周波電界FHが印加されると、液晶分子は斜めに傾斜
配向し、液晶分子の傾きに応じて複屈折率△nの値が変
化する。入射側の偏光板21を透過した直線偏光光は、液
晶20の光軸と交差する方向から液晶層へ入射されるた
め、複屈折により楕円偏光となり、またその楕円の長軸
の方向が回転する。このときの液晶シャッタ3の透過率
は複屈折率△nと層厚dとの席△n・dの値に依存する
ため、前記高周波電界FHの印加時間を調整して液晶分布
の傾斜配向の傾き角を制御することにより透過率が変化
する。この様にして、液晶シャッタ3は高周波電界FH
印加し、透過率が最初に最小値を示す液晶分子の傾き角
が得られた状態を光遮断状態としている。したがって、
上記液晶シャッタ3は、液晶20に高周波電界FHを所定の
時間だけ印加したときに光遮断状態(オフ)に制御され
る。
Then, the liquid crystal 20 sealed between the transparent substrates 11 and 12 is formed.
Are homogeneously aligned in the initial state where no voltage is applied between the transparent electrodes 13 and 14 facing each other, and are selectively supplied between the transparent electrodes 13 and 14 facing each other from the shutter drive circuit 5 described above. According to the low frequency voltage f L and the high frequency voltage f H , the orientation of the liquid crystal molecules is the orientation film 1 on the transparent substrates 11 and 12.
The orientation is controlled to be substantially perpendicular to 7 and 18, and the orientation is oblique. That is, when a voltage is applied between the transparent electrodes 13 and 14 facing each other and a low-frequency electric field FL is applied to the liquid crystal interposed between them, the liquid crystal molecules have their long axes in the transparent substrates 11 and 12 due to the electric field. Arrange in a direction almost perpendicular to the surface of. In this case, since the linearly polarized light that has passed through one of the polarizing plates 21 is incident substantially parallel to the direction of the optical axis of the liquid crystal 20, the state of the linearly polarized light is transmitted through the liquid crystal layer without any change, and the outgoing side Through the other polarizing plate 22. Therefore, when the low frequency electric field FL is applied to the liquid crystal 20, the liquid crystal shutter 3 is in the light transmitting state (ON). The liquid crystal 20
When a high frequency electric field F H is applied to the liquid crystal molecules, the liquid crystal molecules are obliquely oriented, and the value of the birefringence Δn changes according to the inclination of the liquid crystal molecules. The linearly polarized light that has passed through the incident-side polarization plate 21 is incident on the liquid crystal layer from a direction intersecting the optical axis of the liquid crystal 20, so that it becomes elliptically polarized light due to birefringence, and the direction of the major axis of the ellipse rotates. . Since the transmittance of the liquid crystal shutter 3 at this time depends on the value of the seat Δn · d of the birefringence Δn and the layer thickness d, the application time of the high frequency electric field F H is adjusted to tilt the liquid crystal distribution. The transmittance is changed by controlling the inclination angle of. In this way, the liquid crystal shutter 3 applies a high frequency electric field F H, the inclination angle of the liquid crystal molecules transmittance shows the first minimum value is a resultant state light blocking state. Therefore,
The liquid crystal shutter 3 is controlled to a light blocking state (OFF) when the high frequency electric field F H is applied to the liquid crystal 20 for a predetermined time.

以下に前記固体撮像素子1としてFT方式のCCDを用い
た場合の上記実施例の動作について説明する。
The operation of the above embodiment when an FT CCD is used as the solid-state image sensor 1 will be described below.

FT方式のCCDは、第5図に示す様に、撮像部1aと、こ
の撮像部1aで光電変換した電荷が転送されてその電荷を
一時的に蓄積する蓄積部1bと、及び蓄積部1bに蓄積され
た電荷を画像信号として出力する水平転送部1cとから構
成されている。このFT方式のCCDは、第6図のタイミン
グチャートに示す様に、CCD駆動タイミング信号φ
従って動作する。同図のCCD駆動タイミング信号φ
おいて、光学系によってCCDの撮像部1aに結像された1
画面の映像信号は、その映像を光電変換するための光電
変換期間ta、変換された電荷を蓄積部1bへ転送するため
のフレーム転送期間tsとからなる1フィールドtfごとに
CCD1から出力される。このCCD1は、CCD駆動タイミング
信号φに従って、CCD駆動回路4から駆動信号が供給
され、前述した光電変換、フレーム転送、及び水平転送
が行なわれる。前記CCD駆動タイミング信号φは、CCD
駆動回路4から位相シフト回路6へ供給され、位相シフ
ト回路6は、CCD駆動タイミング信号φの位相を時間t
1だけ進めたシャッタ同期信号φをシャッタ駆動回路
5へ供給する。シャッタ駆動回路5は、CCD駆動タイミ
ング信号φのフレーム転送期間tsに対応する期間toff
中に液晶シャッタ3をオフ動作させるためのオフ信号
(fH)を結晶シャッタ3に供給し、またCCD駆動タイミ
ング信号φの光電変換期間taに対応するton期間中に
液晶シャッタ3をオン動作させるためのオン信号(fL
を液晶シャッタ3に供給する。シャッタ同期信号φ
期間toff中にオフ信号を与えられた液晶シャッタ3はオ
ン状態から第7図のシャッタ動作状態図で示す様に、CC
Dのフレーム転送期間tsよりt1だけ早く閉動作を開始
し、液晶シャッタ3が約50%閉じた時点からCCDのフレ
ーム転送が開始され、時間t3が経過した後ほぼ完全なオ
フ状態となる。そして、CCDのフレーム転送が終了する
時刻より時間t2だけ早くシャッタの開動作が始められ、
約50%開放した時点で、前記CCDのフレーム転送が完了
し、時間t4経過の後にシャッタがほぼ完全にオン状態に
なり、このときCCDの光電変換が行なわれる。上述した
動作を繰返すことにより、CCDは、撮像部1aに結像され
た画像を順次電気的な映像信号として出力する。この場
合、フレーム転送期間中は液晶シャッタがオフ状態とな
り、撮像部に照射される光を遮断するため、フレーム転
送期間中の光照射により発生する電荷が画像信号に雑音
として乗ることがなくなる。
As shown in FIG. 5, the FT CCD has an image pickup section 1a, an image pickup section 1a, a storage section 1b for temporarily storing the charge that is photoelectrically converted by the image pickup section 1a, and an accumulation section 1b. The horizontal transfer section 1c outputs the accumulated charges as an image signal. This FT type CCD operates according to the CCD drive timing signal φ 1 as shown in the timing chart of FIG. In the CCD drive timing signal φ 1 shown in the figure, the image formed by the optical system on the image pickup unit 1a of the CCD 1
Video signal of the screen, the video photoelectric conversion period t a for photoelectric conversion, and in every field t f consisting frame transfer period t s to transfer the converted charge to the storage section 1b
Output from CCD1. A drive signal is supplied to the CCD 1 from the CCD drive circuit 4 in accordance with the CCD drive timing signal φ 1 , and the above-mentioned photoelectric conversion, frame transfer, and horizontal transfer are performed. The CCD drive timing signal φ 1 is a CCD
It is supplied from the drive circuit 4 to the phase shift circuit 6, and the phase shift circuit 6 changes the phase of the CCD drive timing signal φ 1 at time t.
The shutter synchronization signal φ 2 advanced by 1 is supplied to the shutter drive circuit 5. The shutter drive circuit 5 has a period t off corresponding to the frame transfer period t s of the CCD drive timing signal φ 1.
An OFF signal (f H ) for turning off the liquid crystal shutter 3 is supplied to the crystal shutter 3 during the operation, and the liquid crystal shutter 3 is turned on during the t on period corresponding to the photoelectric conversion period t a of the CCD drive timing signal φ 1. ON signal for operating ON (f L )
Is supplied to the liquid crystal shutter 3. The liquid crystal shutter 3 to which the OFF signal is given during the period t off of the shutter synchronizing signal φ 2 is changed from the ON state to the CC operation as shown in the shutter operation state diagram of FIG.
The CCD frame transfer is started from the time when the liquid crystal shutter 3 is closed by about 50% by starting t 1 earlier than the frame transfer period t s of D, and when the liquid crystal shutter 3 is closed by about 50%, it is almost completely turned off after the time t 3. Become. Then, the opening operation of the shutter is started earlier by the time t 2 than the time when the frame transfer of the CCD ends.
At about 50% open, the frame transfer of the CCD is completed, and after a lapse of time t 4 , the shutter is turned on almost completely, and at this time, photoelectric conversion of the CCD is performed. By repeating the above-described operation, the CCD sequentially outputs the images formed on the image pickup unit 1a as electrical video signals. In this case, the liquid crystal shutter is turned off during the frame transfer period, and the light radiated to the image pickup unit is blocked, so that the electric charge generated by the light irradiation during the frame transfer period is not added to the image signal as noise.

上述した液晶シャッタを駆動するための具体的な印加
電界、及びその動作特性を第8図及び第9図に示した。
第8図は、CCDの光電変換期間、フレーム転送期間、及
びこれに引続く次の光電変換期間にそれぞれ対応させて
オン、オフ、オン動作を連続させて行なわすための液晶
シャッタ3の液晶20に印加される電界の波形を示してい
る。ここで、高周波電界FHの周波数は200KHz、低周波電
界FLの周波数は2KHzである。液晶シャッタ3のオン状態
を得るには、液晶20に低周波電界FLを連続させたオン電
界を印加し、シャッタ同期信号φのオフ動作タイミン
グに応じて高周波電界FHを約0.25msec印加した後、続く
0.25msec間電界を印加しない無電界の状態としたオフ電
界を前記液晶に印加する。この様なオフ電界の高周波電
界FHの印加によって液晶分子が斜め配向して光遮断状態
となり、引続く無電界状態でその光遮断状態を持続す
る。そして、再び低周波電界FLからなるオン電界によ
り、液晶シャッタ3はオンする。
A specific applied electric field for driving the above-mentioned liquid crystal shutter and its operation characteristics are shown in FIGS. 8 and 9.
FIG. 8 shows the liquid crystal 20 of the liquid crystal shutter 3 for continuously performing ON, OFF, and ON operations in correspondence with the CCD photoelectric conversion period, the frame transfer period, and the subsequent photoelectric conversion period. The waveform of the electric field applied to the is shown. Here, the frequency of the high frequency electric field F H is 200 KHz, and the frequency of the low frequency electric field F L is 2 KHz. To obtain the ON state of the liquid crystal shutter 3, an on electric field is continuously low frequency electric field F L to the liquid crystal 20 is applied, about 0.25msec applying a high frequency electric field F H in accordance with the OFF operation timing of the shutter synchronization signal phi 2 And then continue
An off electric field in which no electric field is applied for 0.25 msec is applied to the liquid crystal. By applying such a high frequency electric field F H of the off electric field, the liquid crystal molecules are obliquely aligned and become a light blocking state, and the light blocking state is maintained in the subsequent non-electric field state. By on-field of a low frequency electric field F L again, the liquid crystal shutter 3 is turned on.

この様な第8図に示した電界を液晶20に印加したとき
の液晶シャッタ3の動作特性を第9図に示した。同図に
示した如く、本実施例の液晶シャッタ3は、オン状態か
らオフ状態への応答速度が約0.25msec、オフ状態からオ
ン状態への応答速度が約0.15msecであり極めて高速度で
動作する。したがって、CCDのフレーム転送期間中の極
めて短い時間中に撮像部1aへの入射光を遮断させること
ができる。
FIG. 9 shows the operating characteristics of the liquid crystal shutter 3 when the electric field shown in FIG. 8 is applied to the liquid crystal 20. As shown in the figure, the liquid crystal shutter 3 of the present embodiment operates at an extremely high speed with a response speed from the ON state to the OFF state of about 0.25 msec and a response speed from the OFF state to the ON state of about 0.15 msec. To do. Therefore, it is possible to block the incident light on the imaging unit 1a during an extremely short time during the CCD frame transfer period.

この様に、この実施例に用いた液晶シャッタ3は極め
て高速度でオン、オフ動作するが、この液晶シャッタ3
においてもオン、オフ動作に遅れがあるため、本実施例
ではCCDのフレーム転送の開始時期より時間t1だけ早く
液晶シャッタ3のオフ動作を開始させ、また、フレーム
転送の終了時点よりも時間t2だけ早く液晶シャッタ3の
オン動作を開始させる。この時間t1、t2は、液晶シャッ
タ3のオン、オフ動作において透過率がオン状態の透過
率の約50%に達するまでの時間とするのが好ましく、上
述した実施例では例えば、0.05msec〜0.3msecの範囲に
あるのが望ましい。
As described above, the liquid crystal shutter 3 used in this embodiment is turned on and off at an extremely high speed.
In this embodiment as well, there is a delay in the on / off operation. Therefore, in this embodiment, the off operation of the liquid crystal shutter 3 is started earlier by the time t 1 than the start time of the frame transfer of the CCD, and the time t is longer than the end time of the frame transfer. The ON operation of the liquid crystal shutter 3 is started earlier by 2 . It is preferable that the times t 1 and t 2 be the times until the transmittance reaches about 50% of the transmittance in the ON state in the ON / OFF operation of the liquid crystal shutter 3. For example, in the above-described embodiment, the time is 0.05 msec. It is desirable to be in the range of ~ 0.3msec.

この様にして駆動された液晶シャッタ3のオン状態に
おける分光透過率特性を第10図に示した。同図から明ら
かな様に、この液晶シャッタ3は波長が400nm〜700nmに
わたってほぼ平坦な分光特性を持ち、CCD用の光学シャ
ッタとして最適である。上述した様に、本実施例によれ
ば液晶シャッタのコントラストが20であるので、垂直ス
ミアノイズを1/20まで減少させることができる。
FIG. 10 shows the spectral transmittance characteristics of the liquid crystal shutter 3 driven in this manner in the ON state. As is clear from the figure, the liquid crystal shutter 3 has a substantially flat spectral characteristic over a wavelength range of 400 nm to 700 nm and is optimal as an optical shutter for CCD. As described above, according to this embodiment, since the contrast of the liquid crystal shutter is 20, the vertical smear noise can be reduced to 1/20.

また、本発明に用いた液晶シャッタ3は、上述した実
施例に限ることなく、液晶の複屈折を利用した液晶シャ
ッタ3であれば良く、例えば、液晶20としてスメクチッ
クC相を示し、強誘電性を有するスメクテック液晶を
用いることができる。この強誘電性液晶シャッタは極め
て高速度で動作し、且つオン状態とオフ状態のコントラ
ストが高いので、CCDの電荷転送期間中にCCDに入射する
光をほぼ完全に遮断することができ、垂直スミアノイズ
の発生を防止することができる。
Further, the liquid crystal shutter 3 used in the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and may be any liquid crystal shutter 3 utilizing the birefringence of liquid crystal. For example, the liquid crystal 20 exhibits a smectic C * phase and has a ferroelectric property. A smectic liquid crystal having properties can be used. This ferroelectric liquid crystal shutter operates at an extremely high speed and has a high contrast between the on state and the off state, so it is possible to almost completely block the light incident on the CCD during the charge transfer period of the CCD, and to prevent vertical smear noise. Can be prevented.

[発明の効果] 本発明は、固体撮像素子に入射される光の光路中に、
複屈折の効果を利用することにより高速応答が可能で且
つ分光特性が平坦な液晶シャッタを配置し、この液晶シ
ャッタをオン、オフ制御することにより光を透過遮断さ
せたものであり、液晶シャッタは極めて高速度でオン、
オフ動作するため、CCDに光照射が不要な時間に同期さ
せて入射光を透過、遮断することができ、垂直スミノア
イズの発生を効果的に防止することができる。
[Advantageous Effects of the Invention] The present invention provides the following:
By using a birefringence effect, a liquid crystal shutter that can respond at high speed and has a flat spectral characteristic is arranged, and the liquid crystal shutter is turned on and off to block light transmission. Turn on at extremely high speed,
Since the off operation is performed, incident light can be transmitted and blocked in synchronization with the time when light irradiation to the CCD is unnecessary, and thus it is possible to effectively prevent generation of vertical sminoeyes.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、本発明の一実施例を示す概略構成図、第2図
は本発明に用いられる液晶シャッタの平面図、第3図は
第2図に示した液晶シャッタの断面図、第4図は、本実
施例に用いられた液晶について、誘電異方性の周波数依
存性を示すグラフ、第5図はFT方式CCDの概略構成を示
す概念図、第6図は、本実施例の動作タイミングを示す
タイミングチャート、第7図は、本実施例における液晶
シャッタの動作状態図、第8図は本実施例における液晶
シャッタを動作させるための具体的な印加電界の波形
図、第9図は本実施例における液晶シャッタの動作特性
図、第10図は本実施例における液晶シャッタのオン状態
の分光特性図である。 1……固体撮像素子、2……光学系、3……液晶シャッ
タ、4……CCD駆動回路、5……シャッタ駆動回路、6
……位相シフト回路、11、12……透明基板、13、14……
透明電極、17、18……配向膜、20……液晶、21、22……
偏光板。
1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of a liquid crystal shutter used in the present invention, FIG. 3 is a sectional view of the liquid crystal shutter shown in FIG. 2, and FIG. FIG. 6 is a graph showing the frequency dependence of dielectric anisotropy for the liquid crystal used in this example, FIG. 5 is a conceptual diagram showing the schematic configuration of an FT CCD, and FIG. 6 is the operation of this example. FIG. 7 is a timing chart showing the timing, FIG. 7 is an operation state diagram of the liquid crystal shutter in this embodiment, FIG. 8 is a waveform diagram of a specific applied electric field for operating the liquid crystal shutter in this embodiment, and FIG. FIG. 10 is an operation characteristic diagram of the liquid crystal shutter in the present embodiment, and FIG. 10 is a spectral characteristic diagram of the liquid crystal shutter in the on state in the present embodiment. 1 ... Solid-state image sensor, 2 ... Optical system, 3 ... Liquid crystal shutter, 4 ... CCD drive circuit, 5 ... Shutter drive circuit, 6
...... Phase shift circuit, 11, 12 …… Transparent substrate, 13, 14 ……
Transparent electrodes, 17, 18 …… Alignment film, 20 …… Liquid crystal, 21, 22 ……
Polarizer.

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】入射光に応じて電荷を蓄積する複数の受光
要素が配列された撮像部及びこの撮像部に蓄積された電
荷の転送手段を有する固体撮像素子と、この撮像素子に
入射する光の光路中に配設された液晶シャッタと及び、
この液晶シャッタを開閉制御する駆動手段とを有し、前
記液晶シャッタは、予め定めた方向へ配向処理が施され
た電極形成面を内側にして互いに対向配置した一対の基
板と、これらの一対の基板間に封入された液晶と、前記
一対の基板の外側に配置され、少なくとも1方が前記配
向処理方向に対して傾斜した方向に偏光軸を有する一対
の偏光板とを備えていることを特徴とする撮像装置。
1. A solid-state image sensor having an image pickup section in which a plurality of light receiving elements for accumulating charges according to incident light are arranged, and a transfer means for transferring the charges accumulated in the image pickup section, and light incident on the image pickup element. A liquid crystal shutter disposed in the optical path of
The liquid crystal shutter has a drive means for controlling the opening and closing of the liquid crystal shutter, and the liquid crystal shutter includes a pair of substrates arranged to face each other with an electrode forming surface that has been subjected to an alignment treatment in a predetermined direction inside, and a pair of these substrates. A liquid crystal sealed between the substrates, and a pair of polarizing plates arranged outside the pair of substrates, at least one of which has a polarization axis in a direction inclined with respect to the alignment treatment direction. Image pickup device.
【請求項2】液晶は、高周波電界中と低周波電界中とで
誘電異方性の正負が反転する誘電分散特性を有する2周
波駆動用液晶であることを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の撮像装置。
2. A liquid crystal for two-frequency driving having a dielectric dispersion characteristic in which positive and negative of dielectric anisotropy are inverted between a high frequency electric field and a low frequency electric field. The imaging device according to the item.
【請求項3】駆動手段は、固体撮像素子の撮像部に蓄積
された電荷を転送するための転送期間中に、液晶シャッ
タを光遮断状態に制御するオフ電界を液晶に印加する液
晶シャッタ駆動回路を備えていることを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載の撮像装置。
3. A liquid crystal shutter drive circuit, wherein the drive means applies an off electric field to the liquid crystal for controlling the liquid crystal shutter in a light blocking state during a transfer period for transferring the charges accumulated in the image pickup section of the solid-state image pickup device. The imaging device according to claim 1, further comprising:
【請求項4】オフ電界は高周波電界であることを特徴と
する特許請求の範囲第3項記載の撮像装置。
4. The image pickup device according to claim 3, wherein the off electric field is a high frequency electric field.
【請求項5】オフ電界は、電荷の転送が開始される時点
より液晶シャッタの応答速度に応じて予め定めた時間だ
け早い時期に前記液晶へ印加されることを特徴とする特
許請求の範囲第3項、又は第4項記載の撮像装置。
5. The off electric field is applied to the liquid crystal at a time earlier than a time when the charge transfer is started by a predetermined time according to a response speed of the liquid crystal shutter. The image pickup device according to item 3 or 4.
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