JP3251042B2

JP3251042B2 - 高速撮影装置

Info

Publication number: JP3251042B2
Application number: JP02974992A
Authority: JP
Inventors: 茂山田; 政孝辻; 健司三井
Original assignee: 株式会社フォトロン
Priority date: 1992-02-17
Filing date: 1992-02-17
Publication date: 2002-01-28
Anticipated expiration: 2017-01-28
Also published as: JPH05236364A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高速ビデオカメラや高速
ビデオシステムに組み込まれる高速撮影装置に係り、特
に動画像を高速で撮影する高速撮影装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高速ビテオカメラや高速ビデオシステム
には、動画像を高速度で撮影する高速撮影装置を組み込
んだものがある。この高速撮影装置は、動く物体の撮影
を行なう面撮像センサとして例えば固体撮像素子が用い
られ、この固体撮像素子は、撮影の最小単位である１フ
レーム分の静止画を順次連続させることにより動画像を
得るようになっている。

【０００３】固体撮像素子は、フォトダイオード等の多
数の光電変換素子を二次元配列して撮像面を形成し、こ
の撮像面を形成した各光電変換素子を一定の走査方法で
順次走査してフレーム画像（静止画像）を得るようにな
っている。

【０００４】固体撮像素子として例えば縦１００画素
（ピクセル）×横１００画素（ピクセル）の光電変換素
子を二次元配列した場合、始めに縦方向一番目の行
（列）を横方向の走査ラインに沿って１００画素分ライ
ン走査し、このライン走査が終了すると縦方向二番目の
行をライン走査し、以後このライン走査を順次行ない、
１００番目の行のライン走査が完了すると１フレーム分
の撮像が完了したことになる。

【０００５】通常のテレビ撮影では１秒間に３０フレー
ムのレートで撮影が行なわれるので、縦・横１００画素
づつの光電変換素子を備えた固体撮像素子では１秒間に
３千回のライン走査が行なわれる。このライン走査によ
る出力信号はＶＴＲや半導体メモリに一旦記録された後
に、受像ＣＲＴモニタで同じレートの走査が行なわれて
映像が再生表示される。

【０００６】高速で動く動体を再生時より早い撮影レー
トで撮影し、通常のレートである毎秒３０フレームで再
生すると、３０フレーム／撮影レートの倍率で動体の動
きを低速化して見ることができる。この高速撮影は理工
学やスポーツの分野に応用され、様々な効果を発揮して
いる。

【０００７】従来の撮影において、１フレームを高速に
撮影する方法として、フレームの読出し周波数を高速に
したり、読み出す画素（ピクセル）数を少なくしたり、
あるいは二次元に配列された光電変換素子群（画素群）
を並列に読み出す方法がある。

【０００８】このうち、光電変換素子群を並列に読み出
して高速化を図る場合、光電変換素子群の全ラインを同
時に並列に読み出すことができれば、最も高速撮影が可
能になる。

【０００９】しかし、全ラインの並列読出しの場合には
二次元配列された光電変換素子群の並列ライン数が多く
なり、後段での信号処理量が多いため、信号処理上様々
な問題が新たに生じる。このため、並列読出しは、光電
変換素子群の素子数（画素数）が比較的少ない場合に限
り使用されている。

【００１０】ところで、最近では高速撮影に適した面撮
像センサが開発されている。

【００１１】この面撮像センサは二次元配列され光電変
換素子群を複数列毎にブロック化し、各ブロックを１つ
のセンサとみなして各ブロックを並列にライン走査して
読み出すものである。

【００１２】図１１は、二次元配列された光電変換素子
群を１６のブロックＢ１〜Ｂ１６に区画し、各ブロック
Ｂ１〜Ｂ１６が１６本の走査ラインで構成された面撮像
センサの例を示す。

【００１３】この面撮像センサでは１回のライン走査に
より各ブロックＢ１〜Ｂ１６の第１番目のラインを１６
ライン並列に読み出し、この１６ライン並列読出しが終
了すれば、走査ラインを第２番目、第３番目…と順次切
り換え、各ブロックＢ１〜Ｂ１６の第１６番目のライン
の並列読出しで１画面（１フレーム）分の走査が終了す
る。

【００１４】この例では面撮像センサを１６のブロック
Ｂ１〜Ｂ１６に区画し、各ブロックＢ１〜Ｂ１６を１６
本のラインで構成したので、面撮像センサの全画面２５
６ラインの読出しを１６回の並列ライン走査で完了する
ので、全画面を１ラインずつ順次読み出す場合に比べ、
１６倍のフレーム速度が得られ、高速化を図ることがで
きる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上述した面撮像センサ
を備えた高速撮影装置においては、面撮像センサの全画
面を高速に読み出すことで高速撮影を行なうことができ
るが、面撮像センサのセンサ画面を部分読出しする場合
にも、全画面走査と同様に１６回の並列ライン走査を行
なう必要がある。このため、必要（有効）読出し画素数
（ピクセル数）が減少しても、減少分に応じて撮影速度
を高速化させることは困難であった。

【００１６】また、面撮像センサの１ラインの読出し画
素数を減少させ、例えば１ラインの画素数の１／２や１
／４を必要読出し画素数としても、各必要画素の読出し
にライン走査回数は固定であるため、必要読出し画素数
が少なくなっても、少ない画素数に比例して高速化を図
ることができない。

【００１７】一般に、面撮像センサにおいて、ライン走
査位置の切換中は、映像信号を出さない無効時間となる
が、この無効時間が面撮像センサの全画面読出し時と部
分読出し時で同じ値となる。このため、部分読出し時に
おける無効時間の比率が全画面読出し時に比べて大きく
なり、読出し画素を減少させた効果が少なく、これは特
に部分読出し画素数が全画面読出し画素数に対し少なく
なるほど効果が少なくなる。

【００１８】したがって、フレームの高速読出しが要求
される高速撮影においては、画素数、並列ブロックやラ
イン数が異なる種々のタイプの固体撮像装置が個々に必
要になり、この固体撮影装置に対応して後段の信号処理
装置もそれぞれ必要となり、コスト増を招いている。

【００１９】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、動画像を高速撮影するとともに高速撮影しても
高画質の画像が得られ、かつ全画面読出しと部分（画
面）読出しで異なるフレーム速度が得られる高速撮影装
置を提供することを目的としている。

【００２０】本発明の他の目的は、面撮像センサの部分
読出し時にブロックを構成するライン走査数を減少させ
てより一層の高速化を図った高速撮影装置を提供するこ
とにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る高速撮影装
置は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載
したように多数の光電変換素子を二次元配列して面撮像
センサを構成し、この面撮像センサの光電変換素子群を
複数列毎にブロック化して複数のブロックに区画し、各
ブロックの光電変換素子列をライン走査してビデオ信号
を出力する高速撮影装置において、前記面撮像センサの
１／Ｎ（Ｎは２以上の整数）の選択対象領域をライン走
査する際、上記選択対象領域のブロックをそれぞれＮ個
ずつの小ブロックに区分けする一方、各小ブロック共通
番目の光電変換素子列のラインを選択して並列にライン
走査させる走査手段を設け、この走査手段をドライブさ
せる駆動回路を設けたものである。

【００２２】一方、上述した課題を解決するために、本
発明に係る高速撮影装置は、請求項２に記載したよう
に、走査手段は、垂直走査回路と水平走査回路とからな
り、上記垂直走査回路および水平走査回路は各ブロック
あるいは各小ブロックの共通番目の光電変換素子列を選
択して並列にライン走査させ、かつ選択する走査ライン
を逐次切り換えるように設定したり、また、請求項３に
記載したように、走査手段は、各ブロックの光電変換素
子群の共通位置のラインを選択し、ラインの途中の予め
決められた位置からライン走査開始を可能に設定したも
のである。

【００２３】

【作用】この高速撮影装置は、部分読出し時にブロック
の構成を変更させる一方、このブロックの構成の変更に
伴って読み出すライン数を変更させ、かつ部分読出し時
にも全画面読出し時と同じ並列ライン数で出力させるこ
とができるから、１種類の装置で異なるフレーム速度の
画像が得られる。また、部分画面読出し時には全ての出
力が有効映像信号となるので、動画像を効率的に高速撮
影することができ、高速撮影しても高画質の画像が得ら
れる。また、部分画面読出し時にも全画面読出し時と同
じ並列ライン数で出力され、かつ全ての出力が有効映像
信号であるから、後段側の信号処理装置は、全画面読出
しと部分読出しで区別する必要がなく、同じ形式のもの
を共用化することができる。

【００２４】また、面撮像センサのライン走査は、全画
面読出しも部分画面読出しも、各ブロックの共通番目の
光電変換素子列ラインを選択して並列にライン走査され
るので、全体のアウトライン画像は１本あるいは少ない
並列ライン走査で得られ、一層高速化が図れる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明に係る高速度撮影装置の一実施
例について添付図面を参照して説明する。

【００２６】図１は、本発明の高速度撮影装置を高速ビ
デオシステムに適用した例を示す機能ブロック図であ
り、この高速ビデオシステムは動く物体を高速度で撮影
可能な撮影カメラ１を有する。この撮影カメラ１は、対
物光学系２を介して動く物体を撮影する面撮像センサ３
やこの面撮像センサ３からの出力ビデオ信号を増幅させ
る増幅器群４、面撮像センサ３の駆動回路５を内蔵して
いる。

【００２７】撮影カメラ１からは例えば１６本のアナロ
グビデオ信号が増幅器群４で増幅されて出力されるよう
になっており、出力されたアナログビデオ信号はＡ／Ｄ
変換器６によりディジタルビデオ信号に変換されて画像
記録メモリ７に連続的に入力される。画像記録メモリ７
は、１６チャンネルのデジタルビデオ信号を連続的に入
力して画像デジタルデータとして記憶される。

【００２８】画像記録メモリ７に記憶された画像デジタ
ルデータはフレームメモリ８に１画面のデータとして再
構成されて書き込まれ、このフレームメモリ８により時
系列的に読み出され、撮像時の速度より低速の連続画像
としてフレーム画像を再生する。このフレーム画像のデ
ィジタルデータ信号はＤ／Ａ変換器９によりアナログデ
ータ信号に変換されて映像モニタ１０に入力され、この
映像モニタ１０で画像表示される。

【００２９】一方、高速ビデオシステムのシステム全体
の作動コントロールや細部の動作コントロールはマイコ
ンやＣＰＵ等のコントロール部１１で行なわれる。この
コントロール部１１には図示しない動作センサからのセ
ンサ信号が入力され、このセンサ信号を入力してコント
ロール部１１はシステム全体の制御の他に撮影カメラ１
に内蔵された面撮像センサ３のブロック選択制御、画像
記録メモリ７を読み出しフレームメモリ８に再構築させ
る制御等を行なう。符号１３はブロック選択アドレス発
生回路であり、このアドレス発生回路１３で後述する出
力ブロックを選択するようになっている。

【００３０】なお、面撮像センサ３の出力ブロック選択
機能は、面撮像センサ３側に持たせることもできる。こ
の場合、動作センサは不要となる。また、面センサに代
えて２組以上のラインセンサを組み合せてもよい。

【００３１】また、符号１４は画像記録メモリ７に必要
なデータを書き込む書き込みアドレス発生回路であり、
このアドレス発生回路１４で画像記録メモリ７への書き
込みアドレスを高速で発生させるようになっている。な
お、画像記録メモリ７からの画像デジタルデータの読み
出しは比較的低速であり、また、読み出し順が一定では
ないので、前述したようにＣＰＵ等のコントロール部１
１が読み出しアドレスを発生させている。

【００３２】一方、撮影カメラ１に組み込まれる面撮像
センサ３は画像の蓄積や読出し可能な固体撮像素子１６
からなり、この固体撮像素子１６は駆動回路５からのド
ライブ信号により駆動され、読出しが開始される。駆動
回路５は例えば２５MHz のクロック１７からのクロック
パルスにより駆動される。

【００３３】一方、固体撮像素子１６は、図２に示すよ
うにＭＯＳ型半導体素子からなるフォトダイオード等の
光電変換素子を多数二次元配列して構成される撮像面
（受光面）２０と、光電変換素子群をライン走査させる
走査手段２１と、この走査手段２１をドライブさせる駆
動回路５と、撮像面２０の走査により多チャンネルアナ
ログビデオ信号Ｓ₁〜Ｓ₁₆を選択して出力する出力選択
回路２２とを有する。また、走査手段２１は垂直行ブロ
ック選択シフトレジスタを構成する第１の走査回路とし
ての垂直走査回路２４と水平列ブロック選択シフトレジ
スタおよび列シフトレジスタを構成する第２の走査回路
としての水平走査回路２５とを有し、さらに、垂直走査
回路２４は面撮像センサ３の選択対象領域２０ａを効率
的に選択して走査させるために、図２において上部およ
び下部領域の第１の垂直走査回路２６ａ，２６ｂと中央
領域の第２の垂直走査回路２７とに区画される。

【００３４】ところで、固体撮像素子１６は図３に示す
ように、画素（ピクセル）を構成する光電変換素子３０
を例えば２６６個の水平列Ｒ₁，Ｒ₂…Ｒ₂₆₆と２５６
個の垂直行Ｃ₁，Ｃ₂…Ｃ₂₅₆に二次元配列してフォー
マット化された撮像面２０を形成する一方、撮像面２０
は縦列方向に沿って例えば１６のブロックＢ₁，Ｂ₂…
Ｂ₁₆に区分される。

【００３５】区分された各ブロックＢ₁〜Ｂ₁₆は横方向
の水平方向に複数行、例えば１６行の光電変換素子列が
形成され、各光電変換素子列により１６本（１６行）の
走査線（ライン）が各ブロックＢ₁〜Ｂ₁₆毎に構成され
る。ブロックＢ₁，Ｂ₂…Ｂ₁₆の各共通番目の走査線は
垂直および水平走査回路２４，２５により並列にライン
走査されて読み出され、出力選択回路２２から多チャン
ネル、１６本のアナログビデオ信号Ｓ₁，Ｓ₂…Ｓ₁₆が
出力されるようになっている。

【００３６】具体的には、面撮像センサ３の固体撮像素
子１６の第１回目の読出しは、ブロックＢ₁〜Ｂ₁₆の各
第１番目のラインから同時に並列に１６本ライン走査さ
れ、以後図４に示すように、第２番目、第３番目、…第
１６番目のラインがライン走査により順次読み出され、
第１６番目のラインのライン走査の完了により１フレー
ム分（１画面分）の全画面読出しが終了するようになっ
ている。

【００３７】二次元配列の光電変換素子３０のうち、水
平方向の光電変換素子数が垂直方向の光電変換素子数よ
り１０個程多いのは、ノイズに対する余裕度を持たせた
ためである。

【００３８】また、撮像面２０はブロックの走査線方向
にも図２に示すように例えば５つのライン走査開始点Ｈ
₁（第１画素）、Ｈ₂（第６５画素）、Ｈ₃（第９７画
素）、Ｈ₄（第１２９画素）、Ｈ₅（第１９３画素）を
有する。

【００３９】また、駆動回路５から出力されて水平走査
回路２５に入力される水平クロックパルスＨＣ₁，ＨＣ
₂は、水平方向の２６６個の光電変換素子３０のある画
素を読み出すとき、１画素ずつ読み出すタイミングとし
て使われる。この水平クロックパルスＨＣ₁，ＨＣ₂は
水平シフトレジスタ同期パルスＨ₁，Ｈ₂，…Ｈ₄，Ｈ
₅のいずれかにより水平方向の読出しが開始されたと
き、この開始時点からＨＣ₁，ＨＣ₂のクロックパルス
で画素の読出しが行なわれる。このクロックパルスＨＣ
₁，ＨＣ₂は各々例えば１２．５MHz で１８０゜位相が
異なっており、水平走査速度は２５MHz となる。

【００４０】次に、高速ビデオシステムの動作の概要を
説明する。

【００４１】この高速ビデオシステムは図１に示す撮影
カメラ１のカメラ操作により、カメラの対物光学系（レ
ンズ系）２を通して面撮像センサ３に被写体が結像され
る一方、対物光学系とは別系統の図示しないレンズを通
して同じ被写体が図示しない動作センサにも結像され
る。

【００４２】動作センサは被写体の動きのある部分をセ
ンサ信号としてＣＰＵ等のコントロール部１１に出力す
る。コントロール部１１はこのセンサ信号を解析し、面
撮像センサ３の選択すべきブロックと選択されたブロッ
ク読出し順、および切替タイミングを算出し、ブロック
選択アドレス発生回路１３に指示する。

【００４３】ブロック選択アドレス発生回路１３は、後
述する駆動回路５を介して面撮像センサ３が出力すべき
ブロックを次々に選択し、指示する。ブロック選択アド
レス発生回路１３が駆動回路を兼ねるようにしてもよ
い。

【００４４】読取り指示を受けた面撮像センサ３の各ブ
ロックＢ₁〜Ｂ₁₆の共通番目の光電変換素子列ラインが
走査手段２１により選択され、選択された１６本のライ
ンは並列に同時にライン走査される。

【００４５】撮影カメラ１から出力された１６本の並列
アナログビデオ信号は、各Ａ／Ｄ変換器６によりデジタ
ルビデオ信号に変換される。このビデオ信号は画像記録
メモリ７に順次記録されるが、その記録場所はＣＰＵ等
のコントロール部１１により制御される画像メモリ−書
き込みアドレス発生回路１４で指定される。画像記録メ
モリ７は一部リセットしてから記録することができる
が、前画面の一部の記録を一部変更することもできる。
前画面の一部変更は、画像記録メモリ７にストアされた
静止状態の画像の一部だけを、撮影カメラ１から出力さ
れる画像変化が生じたブロック画像と置換させるもの
で、置換されたブロック画像以外は前画面の画像が採用
されて１つのフレーム画像が構成される。

【００４６】画像記録メモリ７に記録される画像はブロ
ック画像であるので、画像再生時には、コントロール部
１１からの指示によりフレーム画像となるような順序で
ブロック画像データをフレームメモリ８に転送する。再
生画像信号はＤ／Ａ変換器９でアナログビデオ信号に変
換されて映像（デレビ）モニタ１０に表示される。

【００４７】次に、この撮影カメラ１により固体撮像素
子１６の撮像面２０に記録された画像の読出しについて
説明する。

【００４８】初めに、固体撮像素子１６の撮影面２０を
全面走査する場合、図２に示すように、クロック１７で
駆動される駆動回路５からのドライブ信号として垂直リ
セットパルスＶＲと垂直シフトレジスタクロックパルス
ＶＣが垂直走査回路２４に送られ、この垂直走査回路２
４を駆動させる。垂直走査回路２４は垂直リセットパル
スＶＲによりリセットされ、垂直シフトレジスタクロッ
クパルスＶＣにより各ブロックＢ₁〜Ｂ₁₆の共通番目の
ライン（第１番目のライン）Ｙ₁，Ｙ₁₇，Ｙ₃₃，Ｙ₄₉，
Ｙ₆₅，Ｙ₈₁，Ｙ₉₇，Ｙ₁₁₃，Ｙ₁₂₉，Ｙ₁₄₅，Ｙ₁₆₁，
Ｙ₁₇₇，Ｙ₁₉₃，Ｙ₂₀₉，Ｙ₂₂₅，Ｙ₂₄₁を選択し、各
ブロックＢ₁〜Ｂ₁₆の第１番目のラインの画像走査動作
を可能にする。

【００４９】また、駆動回路５から水平走査回路２５に
水平リセットパルスＨＲと水平シフトレジスタ同期パル
スＨ₁（第１画素スタート）が送られ、水平走査回路２
５が駆動される。水平走査回路２５は水平リセットパル
スＨＲによりセットされ、水平シフトレジスタ同期パル
スＨ₁により第１画素Ｒ１から順次走査が開始される。

【００５０】これにより、固体撮像素子１６の撮像面２
０に記録された画像は選択された第各ブロックＢ₁〜Ｂ
₁₆の第１番目のラインの第１画素Ｒ₁から、１６本
（行）の走査線に沿って並列に同時走査され、この並列
ライン走査により得られたアナログビデオ信号Ｓ₁，Ｓ
₂…Ｓ₁₆は出力選択回路２２から出力される。

【００５１】ところで、駆動回路５には水平カウンタが
設けられており、２５６画素を水平走査した時点で水平
リセットパルスＨＲを水平走査回路２５に送って水平走
査を一旦終了し、次に垂直シフトレジスタクロックパル
スＶＣを垂直走査回路２４に送り、各ブロックＢ₁〜Ｂ
₁₆の第１番目のラインの動作可能を終了して、垂直行方
向にスキップさせ、各ブロックＢ₁〜Ｂ₁₆の第２番目の
ラインＹ₂，Ｙ₁₈，Ｙ₃₄，Ｙ₅₀，Ｙ₆₆，Ｙ₈₂，Ｙ₉₈，Ｙ
₁₁₄，Ｙ₁₃₀，Ｙ₁₄₆，Ｙ₁₆₂，Ｙ₁₇₈，Ｙ₁₉₄，Ｙ
₂₁₀，Ｙ₂₂₆，Ｙ₂₄₂を選択し、この第２番目のライン
の動作を可能とする。

【００５２】この後、駆動回路５から水平走査回路２５
に第１画素スタート用の水平シフトレジスタ同期パルス
Ｈ₁を送って各ブロックＢ₁〜Ｂ₁₆の第２番目のライン
の読出しを開始する。

【００５３】以後、順次上述した動作を繰り返して各ブ
ロックのｎ番目のラインの読出しを次々と行なう。各ブ
ロックＢ₁〜Ｂ₁₆の最終（第１６番目の）ラインの読出
し終了後に駆動回路５から垂直リセットパルスＶＲ、垂
直シフトレジスタクロックパルスＶＣを垂直走査回路２
１に送り、１フレームの動作が終了し、次の撮像面２０
の画像処理のために、各ブロックＢ₁〜Ｂ₁₆の第１番目
のラインが再び選択され、動作が可能となる。

【００５４】固体撮像素子１６の出力選択回路２２は、
動作可能な各ブロックＢ₁〜Ｂ₁₆にそれぞれ対応した１
６本の走査線分のアナログビデオ信号Ｓ₁，Ｓ₂…Ｓ₁₆
をＡ／Ｄコンバータ６に同時に出力するようになってい
る。動作可能となっていない各ブロックＢ₁〜Ｂ₁₆の非
選択ラインは、画像走査の影響を受けず、入射光に対応
して電荷を蓄積している。

【００５５】次に、固体撮像素子１６の撮像面２０から
撮像エリアである選択対象領域２０ａを選択して走査
（画像処理）する場合を説明する。

【００５６】撮像エリアとしてブロックＢ₅〜Ｂ₁₂の矩
形部分（撮像面２０の１／２の選択対象領域２０ａ）を
読み出す場合を例にとる。

【００５７】この部分読出しの場合には、クロック１７
で駆動される駆動回路５から垂直走査回路２４に垂直走
査選択回路ＶＳを出力し、垂直走査回路２４を選択し、
第１垂直走査回路２６ａ，２６ｂの走査を停止させる一
方、中央領域の第２垂直走査回路２７のみを動作させ
る。

【００５８】その際、第２垂直走査回路２７が動作され
る固体撮像素子１６の各ブロックＢ₅〜Ｂ₁₂は、図５に
示すようにそれぞれ２つの小ブロックＢ_5A，Ｂ_5B〜Ｂ
_12A，Ｂ_12Bに区画され、各ブロックを構成するライン
数を変更させている。

【００５９】図５は、固体撮像素子１６の撮像面２０の
１／２を選択対象領域２０ａとして選択した部分読出し
の場合を示すが、撮像面２０の１／Ｎ（但し、Ｎは２以
上の整数）を選択対象領域として選択した場合には、選
択された各ブロックをＮ個の小ブロックに区画すればよ
い。この場合には、ブロックを構成するライン数は１／
Ｎに減少する。例えば撮像面２０全体の１／４を読み出
す場合は、各ブロックを４つの小ブロックに区分けし、
各小ブロックを構成するライン数を４本とすればよい。

【００６０】図５に示す固体撮像素子１６の部分読出し
においては、選択対象領域２０ａのブロックＢ₅〜Ｂ₁₂
をそれぞれ２つの小ブロックＢ_5A，Ｂ_5B〜Ｂ_12A，Ｂ
_12Bに分けたので、選択対象領域２０ａの小ブロック数
は全画面読出し時の全体のブロック数を等しく、各小ブ
ロックＢ_5A，Ｂ_5B〜Ｂ_12A，Ｂ_12Bのライン走査回数を
全画面読出しの１６回から８回に半減させることができ
る。

【００６１】また、選択対象領域２０ａのブロックＢ₅
〜Ｂ₁₂をそれぞれ２つの小ブロックＢ_5A，Ｂ_5B〜
Ｂ_12A，Ｂ_12Bに分けてブロックの構成を変更させたの
で、部分画面読出し時にも全画面読出し時と同じ並列ラ
イン数が得られ、読出しライン数を変えることなく出力
選択回路２２から１６本のアナログビデオ信号を出力さ
せることができる。

【００６２】この場合、出力選択回路２２は図６に示す
ように、３種類のセレクタ３１，３２，３３を組み合せ
て構成すればよい。各セレクタ３１〜３３は垂直走査回
路２４からの走査ライン選択信号により駆動制御され
る。各セレクタ３１〜３３のうちＡセレクタ３１は「１
６ to １」セレクタで１６本の出力から１本が選択さ
れ、Ｂセレクタ３２は「２ to １」セレクタ、Ｃセレク
タ３３は「８ to １」セレクタである。

【００６３】しかして、固体撮像素子１６の選択対象領
域２０ｂを部分読出しする場合には、駆動回路５から出
力される垂直走査選択信号ＶＳにより第１垂直走査回路
２６ａ，２６ｂの走査を停止し、第２垂直走査回路２７
のみ動作させる。

【００６４】第２垂直走査回路２７は、駆動回路５から
出力される垂直走査リセット信号ＶＲによりリセットさ
れ、垂直クロックパルスＶＣにより小ブロックＢ_5A，Ｂ
_5B〜Ｂ_12A，Ｂ_12Bの各第１番目のラインＹ₆₅，Ｙ₇₃，
Ｙ₈₁，Ｙ₈₉，Ｙ₉₇，Ｙ₁₀₅，Ｙ₁₁₃，Ｙ₁₂₁，Ｙ₁₂₉，
Ｙ₁₃₇，Ｙ₁₄₅，Ｙ₁₅₃，Ｙ₁₆₁，Ｙ₁₆₉，Ｙ₁₇₇，Ｙ
₁₈₅が選択される。

【００６５】一方、水平走査回路２５は、水平走査リセ
ット信号ＨＲによりリセットされ、水平開始位置選択信
号Ｈ₁，Ｈ₂，Ｈ₃，Ｈ₄，Ｈ₅により選択された走査
開始位置により、水平クロックパルスＨＣ₁，ＨＣ₂に
よって走査される。駆動回路５の水平カウンタにより予
め設定された数の水平クロックパルスがカウントされる
と、水平走査リセット信号ＨＲが出力されて水平方向が
リセットされる一方、垂直クロックパルスＶＣが第２垂
直走査回路２７に出力され、第２垂直走査回路２７は、
選択ラインを切り換えて小ブロックＢ_5A，Ｂ_5B〜
Ｂ_12A，Ｂ_12Bの各第２番目のラインＹ₆₆，Ｙ₇₄，
Ｙ₈₂，Ｙ₉₀，Ｙ₉₈，Ｙ₁₀₆，Ｙ₁₁₄，Ｙ₁₂₂，Ｙ₁₃₀，
Ｙ₁₃₈，Ｙ₁₄₆，Ｙ₁₅₄，Ｙ₁₆₂，Ｙ₁₇₀，Ｙ₁₇₈，Ｙ
₁₈₆が選択される。そして、水平走査回路２５が同様に
動作して小ブロックの各第２番目のライン走査が行なわ
れる。

【００６６】各小ブロックＢ_5A，Ｂ_5B〜Ｂ_12A，Ｂ_12B
のライン走査が終了すると、以後同様の動作が順次繰り
返される。最終の第８番目の選択ラインのライン走査が
終了すると、駆動回路５の垂直カウンタにより垂直走査
リセット信号ＶＲが出力され、次のフレーム画像のため
の読出し準備に入る。

【００６７】また、駆動回路５から、垂直クロックパル
スＶＣを連続して与えることで、垂直走査をスキップし
て読み出すことができる。例えば、垂直クロックパルス
ＶＣを２パルス連続して与えれば、読出し速度が２倍で
荒く読み出すことができる。

【００６８】小ブロックＢ_5A，Ｂ_5B〜Ｂ_12A，Ｂ_12Bの
各共通番目のラインをライン走査させた出力信号は出力
選択回路２２を経て多チャンネル１６本のアナログビデ
オ信号として出力端子Ｓ₁〜Ｓ₁₆から出力される。

【００６９】出力選択回路２２は垂直走査回路２４に選
択された各ブロック（あるいは各小ブロック）の共通選
択ラインからの出力を出力端子Ｓ₁〜Ｓ₁₆から出力させ
る回路である。出力選択回路２２でのライン選択は、垂
直走査回路２４から出力される走査ライン選択信号によ
り作動制御されるセレクタ３１，３２，３３の切換によ
り行なわれる。

【００７０】この出力選択回路２２は、図６に示すよう
に、１つの出力端子より１つの所定のブロックあるいは
小ブロックのラインを出力する構成、例えば、出力端子
Ｓ₁から全画面読出し時にブロックＢ₁の１６ライン
を、部分画面読出し時には小ブロックＢ_5Aの８ラインの
アナログビデオ信号を出力するようになっている。

【００７１】また、固体撮像素子１６の全画面読出し時
や部分読出し時に、垂直走査回路２４に出力される垂直
クロックパルスＶＣにより、各ブロックのラインは図７
（Ａ）に示すように１本が選択され、選択されたライン
が水平走査回路２５で１画素（ピクセル）３０ずつ順次
選択されてライン走査されるが、駆動回路５から垂直走
査回路２４に出力されるライン選択信号（垂直クロック
パルスに相当する信号）により、複数のライン、例えば
図７（Ｂ）に示すように２本のラインを同時に選択し、
選択された２本のラインの画素３０を水平走査回路２４
で交互に選択し、水平走査を順次行なうことにより、複
数のラインを１つの出力端子から出力されるようにして
もよい。

【００７２】さらに、固体撮像素子１６の読出しにおい
て、水平走査回路２５により水平開始位置選択信号
Ｈ₁，Ｈ₂，Ｈ₃，Ｈ₄，Ｈ₅を適宜選択することによ
り、ラインの読出し開始位置が適宜選定され、図８に示
すように種々の部分読出しが可能になる。例えば、水平
開始位置選択信号Ｈ₄を選択することにより、各ブロッ
クＢ₁〜Ｂ₁₆のラインの途中１／２の位置から読み出す
ことができ、また、Ｈ₅の選択により他の位置から読み
出しを開始することができる。ラインの読出し画素数は
水平カウンタでカウントされるので、このカウントによ
りラインの読出し終端位置を定めることができる。

【００７３】図８示す固体撮像素子１６の部分読出し
と、図５に示す部分読出しとを組み合せることにより、
固体撮像素子１６の局所読出しをより高速で行なうこと
も可能となる。

【００７４】実験結果駆動回路５を基準クロック、２５ＭＨｚで駆動させた場
合、以下の性能を確認できた。

【００７５】

【表１】

【００７６】さらにブロックの分け方として前述の例を
ダイオードで左右に２分し左右方向に３２ライン読み出
すことも可能である。

【００７７】図９および図１０は、高速撮影装置に備え
られる出力選択回路２２Ａの他の例を示すものである。

【００７８】図６に示す出力選択回路２２は３種類のセ
レクタ３１，３２，３３の存在により、出力選択回路２
２内の信号パスが種々異なり、各ブロックの２５６本の
ラインからの出力負荷が一様でない。各ラインカからの
出力負荷が一様でないことによりアナログビデオ信号の
出力に不都合が生じるおそれがある。

【００７９】図９および図１０は、固体撮像素子１６の
各ラインからの出力負荷を等しくした出力選択回路２２
Ａを提供するものである。

【００８０】図９では、説明を簡単にするため、固体撮
像素子１６を１６ライン、４ブロックＢ₁〜Ｂ₄に分割
し、４出力の構成例を原理的に示している。

【００８１】この出力選択回路２２Ａに備えられるセレ
クタ３５は「４ to １」のセレクタだけである。また、
図１０において、数字１，２，３，４は全画面読出し時
の走査回数を示し、出力端子Ｓ₁〜Ｓ₄のいずれかによ
り出力されることを示している。丸印の数字，は部
分画面読出し時の走査回数をそれぞれ示している。

【００８２】固体撮像素子１６の全画面読出し時には、
第１回目のライン走査で各ブロックＢ₁〜Ｂ₄の第１番
目のライン（ライン番号１，５，９，１３）が出力端子
Ｓ₁〜Ｓ₄より出力される。以下、ライン番号はＮｏ．
を付して表わす。

【００８３】第２回目のライン走査では、出力端子Ｓ₁
からブロックＢ₄のＮｏ．１４ラインが、出力端子Ｓ₂
からブロックＢ₁のＮｏ．２ラインが、出力端子Ｓ₃か
らはブロックＢ₂のＮｏ．６ラインが、出力端子Ｓ₄か
らブロックＢ₃のＮｏ．１０ラインがそれぞれ出力され
る。

【００８４】また、第３回目のライン走査では、Ｓ₁よ
りブロックＢ₃のＮｏ．１１ラインが、Ｓ₂よりブロッ
クＢ₄のＮｏ．１５ラインが、Ｓ₃よりブロックＢ₁の
Ｎｏ．３ラインが、Ｓ₄よりブロックＢ₂のＮｏ．７ラ
インがそれぞれ出力される。

【００８５】さらに、第４回目のライン走査で、Ｓ₁よ
りブロックＢ₂のＮｏ．８ラインが、Ｓ₂よりブロック
Ｂ₃のＮｏ．１２ラインが、Ｓ₃よりブロックＢ₄のＮ
ｏ．６ラインが、Ｓ₄よりブロックＢ₁のＮｏ．４ライ
ンがそれぞれ出力され、１フレーム分のライン走査が終
了し、次のフレームのライン走査に備えられる。

【００８６】また、固体撮像素子１６のブロックＢ₂，
Ｂ₃を選択した選択対象領域の読出しでは、各ブロック
Ｂ₂，Ｂ₃はそれぞれ２つの小ブロックに分けられる。

【００８７】そして、第１回目のライン走査では、Ｓ₁
よりＮｏ．１１ラインが、Ｓ₂よりＮｏ．５ラインが、
Ｓ₃よりＮｏ．９ラインが、Ｓ₄よりＮｏ．７ラインが
それぞれ出力される。

【００８８】第２回目のライン走査では、Ｓ₁よりＮ
ｏ．８ラインが、Ｓ₂よりＮｏ．１２ラインが、Ｓ₃よ
りＮｏ．６ラインが、Ｓ₄よりＮｏ．１０ラインがそれ
ぞれ出力され、２回のライン走査でＮｏ．５〜Ｎｏ．１
２の８ラインが出力される。

【００８９】そして、図９に示す出力選択回路２２Ａを
採用すると、各ラインからの出力負荷は等しくなり、各
出力端子Ｓ₁〜Ｓ₄より出力されるラインは連続しな
い、ディジタル化して画像記録メモリ７に記録されるた
め、再構成には問題がない。

【００９０】なお、本発明の一実施例では、固体撮像素
子が縦２５６個×横２６６個の光電変換素子を二次元配
列した例を代表的に示したが、二次元配列の素子数はこ
れに限定されない。また、固体撮像素子の撮像面を１６
の横方向ブロックに区画した例を示したが、ブロックの
方向や数もこれに限定されない。

【００９１】また、本発明の実施例では撮像センサの各
ブロックに組み込まれる光電変換素子群を水平列方向に
読出し走査させる例を示したが、垂直列方向に読出し走
査させるようにしてもよい。

【００９２】

【発明の効果】以上に述べたように本発明に係る高速撮
影装置においては、面撮像センサの１／Ｎ（Ｎは２以上
の整数）の選択対象領域をライン走査する際、上記選択
対象領域のブロックをそれぞれＮ個ずつの小ブロックに
区分けする一方、各小ブロック共通番目の光電変換素子
列のラインを選択して並列にライン走査させる走査手段
を設け、この走査手段をドライブさせる駆動回路を設け
たので、部分画面読出し時にブロックの構成を変更させ
る一方、このブロックの構成の変更に伴って読み出すラ
イン数を変更させ、かつ部分読出し時にも全画面読出し
時と同じ並列ライン数で出力させることができるから、
１種類の高速撮影装置で異なるフレーム速度の画像がえ
られ、かつ部分（画面）読出し時には全ての出力が有効
映像（ビデオ）信号となり、動画像を効率よく高速撮影
することができ、高速撮影しても高画質の画像が得られ
る。

【００９３】また、部分読出し時にも全画面読出し時と
同じ並列ライン数で出力され、かつ全ての出力が有効映
像信号であるから、後段側の信号処理装置は全画面読出
しと部分画面読出しで区別する必要がなく同じ形式のも
のを共用化できる。

【００９４】面撮像センサのライン走査は、全画面読出
しも部分画面読出しも、各ブロックの共通番目の光電変
換素子列ラインを選択して並列にライン走査されるの
で、全体のアウトライン画像は１本あるいは少ない並列
ライン走査で得られ、一層高速化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高速撮影装置を高速ビデオシステ
ムとして適用した例を示す機能ブロック図。

【図２】本発明に係る高速撮影装置の一実施例を示す
図。

【図３】上記高速撮影装置に備えられるＭＯＳ型撮像セ
ンサにおける光電変換素子の配置例を示す図。

【図４】図３に示す面撮像センサの１ブロック内の横方
向１６ラインの光電変換素子列の読出し例を示す図。

【図５】本発明の高速撮影装置により面撮像センサの選
択対象領域の読出し例を示す図。

【図６】撮像センサに備えられる出力選択回路を例示す
る図。

【図７】（Ａ）は本発明の高速撮影装置に設けられる走
査手段による通常の読出し例を示す図、（Ｂ）は走査手
段により２ラインを交互に選択して読み出す例を示す
図。

【図８】高速撮影装置によって面撮像センサの部分読出
しを行なう他の例を示す図。

【図９】図６に示した出力選択回路の変形例を示す図。

【図１０】図９の出力選択回路を使用して読み出す例を
示す図。

【図１１】従来の高速撮影装置を用いた読出し例を示す
図。

【符号の説明】

１撮影カメラ２対物光学系３撮像センサ４増幅器群５駆動回路６Ａ／Ｄ変換器７画像記録メモリ８フレームメモリ９Ｄ／Ａ変換器１０映像モニタ１１コントロール部（ＣＰＵ）１２動作センサ１３ブロック選択アドレス発生回路１４書き込みアドレス発生回路１６固体撮像素子２０撮像面２０ａ選択対象領域２１走査手段２２出力選択回路２４垂直走査回路２５水平走査回路２６ａ，２６ｂ第１垂直走査回路２７第１垂直走査回路３０光電変換素子３１，３２，３３，３５セレクタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−126377（ＪＰ，Ａ) 特開平４−315378（ＪＰ，Ａ) 特開平５−30437（ＪＰ，Ａ) 特開平５−167937（ＪＰ，Ａ) 特表昭57−501309（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/335 H04N 5/225

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】多数の光電変換素子を二次元配列して面
撮像センサを構成し、この面撮像センサの光電変換素子
群を複数列毎にブロック化して複数のブロックに区画
し、各ブロックの光電変換素子列をライン走査してビデ
オ信号を出力する高速撮影装置において、前記面撮像セ
ンサの１／Ｎ（Ｎは２以上の整数）の選択対象領域をラ
イン走査する際、上記選択対象領域のブロックをそれぞ
れＮ個ずつの小ブロックに区分けする一方、各小ブロッ
ク共通番目の光電変換素子列のラインを選択して並列に
ライン走査させる走査手段を設け、この走査手段をドラ
イブさせる駆動回路を設けたことを特徴とする高速撮影
装置。
【請求項２】走査手段は、垂直走査回路と水平走査回
路とからなり、上記垂直走査回路および水平走査回路は
各ブロックあるいは各小ブロックの共通番目の光電変換
素子列を選択して並列にライン走査させ、かつ選択する
走査ラインを逐次切り換えるように設定した請求項１記
載の高速撮影装置。
【請求項３】走査手段は、各ブロックの光電変換素子
群の共通位置のラインを選択し、ラインの途中の予め決
められた位置からライン走査開始を可能に設定した請求
項１または２記載の高速撮影装置。
【請求項４】走査手段は、各ブロックの光電変換素子
群の複数のラインを選択し、選択された複数のラインを
跨ぐように交互に走査させた請求項１または２記載の高
速撮影装置。
【請求項５】走査手段によりライン走査される各ブロ
ックの光電変換素子群を並列に列方向に読み出す出力選
択回路を設け、この出力選択回路から各走査ラインの映
像信号を出力するようにした請求項１または２記載の高
速撮影装置。