JP3259353B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば高速で移動する
物体の位置を検出し、この位置検出情報に同期して該物
体の撮像を行う、主に工業用として用いられるカメラ装
置等に用いて好適な固体撮像装置に関し、特に、固体撮
像素子の露光時間の一定化を図り、常に設定された同一
の露光時間で撮像を行うことができるようにした固体撮
像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、本件出願人は、特願平２−２３８
９３０号の明細書及び図面において、フィールド蓄積型
の固体撮像素子（ＣＣＤイメージセンサ）の電荷蓄積時
間を制御することにより、アイリス機構を用いることな
く露光調節を行う電子シャッタ機能を有する固体撮像装
置を提案している。

【０００３】この固体撮像装置は、図４（ａ）に示す垂
直ブランキング信号がローレベルとなる垂直ブランキン
グ期間（ＶＢＬＫ）に出力される同図（ｂ）に示すハイ
レベルの画像読み出しパルスにより、ＣＣＤイメージセ
ンサに蓄積された電荷を読み出す。上記ＣＣＤイメージ
センサの電荷蓄積時間は、図４（ｃ）に示すリセットパ
ルスにより制御されており、該ＣＣＤイメージセンサは
このリセットパルスが供給されると蓄積した電荷をオー
バーフロードレインに掃き捨てるようになっている。こ
のため、上記リセットパルスが供給されている間（電荷
掃き捨て期間）は、上記ＣＣＤイメージセンサには電荷
が蓄積されない。従って、上記ＣＣＤイメージセンサに
供給する上記リセットパルスを停止したときから、該Ｃ
ＣＤイメージセンサに電荷が蓄積されることとなり、上
記リセットパルスを停止するタイミングを制御すること
により、上記ＣＣＤイメージセンサの電荷蓄積時間、す
なわち、シャッタ速度を制御することができる。

【０００４】上記固体撮像装置は、このような電子シャ
ッタ機能を用いることにより、被写体の動きに応じた上
記シャッタ速度を可変することができるため、特に動画
における解像度を良好なものとすることができる。

【０００５】ここで、例えば主として工業用に用いら
れ、移動する物体の撮像を行うような固体撮像装置が知
られている。この固体撮像装置は、例えば図５に示すよ
うな構成となっており、移動路１００上を移動する物体
１０１が撮像部１０２の前に移動してくると、これを位
置検出部１０３が検出し、図６（ａ）の時刻ｔ１１に示
すローレベルのトリガパルスをシャッタパルス発生回路
１０４に供給する。

【０００６】上記シャッタパルス発生回路１０４は、ハ
イレベルのトリガパルスが供給されるとローレベルのシ
ャッタパルスをＣＣＤ制御回路１０５に供給するが、上
記ローレベルのトリガパルスが供給されると、図６
（ｂ）の時刻ｔ１１に示すようにハイレベルのシャッタ
パルスをＣＣＤ制御回路１０５に供給する。

【０００７】上記ＣＣＤ制御回路１０５は、上記ローレ
ベルのシャッタパルスが供給されている間はＣＣＤイメ
ージセンサ１０６に蓄積された電荷を掃き捨てるための
リセットパルスを供給する。これにより、上記リセット
パルスが供給されている間は、上記ＣＣＤイメージセン
サ１０６による撮像は行われない。しかし、上記ハイレ
ベルのシャッタパルスが供給されると、上記ＣＣＤイメ
ージセンサ１０５に供給するリセットパルスを停止す
る。これにより、上記ＣＣＤイメージセンサ１０６に電
荷の蓄積が開始される。

【０００８】上記ＣＣＤ制御回路１０５には、同期信号
発生回路１０７から図６（ｃ）の時刻ｔ１１〜時刻ｔ１
２に示すローレベルの垂直同期信号及び同図（ｄ）に示
す水平同期信号が供給されている。上記ＣＣＤ制御回路
１０５は、上記シャッタパルスが供給されると、図６
（ｃ）に示す垂直同期信号の立ち下がりである時刻ｔ１
１から、同図（ｄ）に示す水平同期信号のパルス数を例
えば９発カウントした後、クロックパルスを数百カウン
トしてから同図（ｅ）の時刻ｔ１３に示すハイレベルの
読み出しパルスを上記ＣＣＤイメージセンサ１０６に供
給する。これにより、上記図６（ｂ）の時刻ｔ１１にシ
ャッタパルスが上記ＣＣＤイメージセンサ１０６に供給
されてから、同図（ｅ）の時刻ｔ１３に上記ＣＣＤイメ
ージセンサ１０６に上記読み出しパルスが供給されるま
での間、撮像レンズ１０８を介して照射される撮像光に
応じた電荷が該ＣＣＤイメージセンサ１０６に蓄積され
ることとなり、この時刻ｔ１１〜時刻ｔ１３間がシャッ
タ速度となる。

【０００９】なお、上記ＣＣＤイメージセンサ１０６か
らの電荷の読み出しは、図６（ｆ）に示す時刻ｔ１１〜
時刻ｔ１４間である垂直ブランキング期間に行われる。

【００１０】上記ＣＣＤイメージセンサ１０６から読み
出された電荷は、撮像信号として撮像信号処理回路１０
９に供給される。上記撮像信号処理回路１０９は、上記
撮像信号に同期信号を付加する等の信号処理を施し、こ
れを出力端子１１０を介して出力する。この出力端子１
１０を介して出力される撮像信号は、例えば分析器の表
示画面等に供給される。これにより、上記物体１０１を
移動させた場合における該物体１０１の状態等を分析す
ることができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記工業用の
固体撮像装置における上記垂直同期信号及び水平同期信
号の位相関係は、該水平同期信号が図７（ａ）の時刻ｔ
１５，時刻ｔ１７，時刻ｔ２２に立ち下がるのに対し、
該垂直同期信号が同図（ｂ）の時刻ｔ１６、又は、時刻
ｔ１８に立ち下がるように、上記垂直同期信号は、上記
水平同期信号の立ち下がりの前後数クロックの時刻に立
ち下がるような位相関係となっている。

【００１２】または、上記垂直同期信号は、上記図７
（ｃ）の時刻ｔ２０に示すように、上記水平同期信号の
立ち下がりと、次の立ち下がりとの中間時刻の前後数ク
ロック（時刻ｔ１９又は時刻ｔ２１）に立ち下がるよう
な位相関係となっている。

【００１３】従って、この固体撮像装置で用いられる垂
直同期信号をラッチするには、上記トリガパルス後に供
給される、周波数が上記水平同期信号の周波数と同じパ
ルス、又は、周波数が上記水平同期信号の２倍の周波数
のパルスを用いる必要がある。

【００１４】これに対して、上記ＣＣＤ制御回路１０５
は、上記垂直同期信号の立ち下がりから水平同期信号の
パルス数を９発カウントした後、クロックパルスを数百
カウントしてから上記読み出しパルスを出力するように
なっているため、例えば上記トリガパルスが図８（ａ）
の時刻ｔ２５に供給されたとすると、同図（ｂ）に示す
水平同期信号は、同図（ｃ）に示す垂直同期信号の立ち
下がりである時刻ｔ２６直後の水平同期信号から上述の
カウントが開始されることとなる。

【００１５】同じく、上記トリガパルスが図９（ａ）の
時刻ｔ２７に供給されたとすると、同図（ｂ）に示す水
平同期信号は、同図（ｃ）に示す垂直同期信号の立ち下
がりである時刻ｔ２８直後の水平同期信号から上述のカ
ウントが開始されることとなる。

【００１６】このように上記固体撮像装置は、上記トリ
ガパルスがランダムに供給されるため、該トリガパルス
が、上記最初の水平同期信号と次の水平同期信号が供給
される間において何時供給されるか特定されない。

【００１７】このため、上記ＣＣＤイメージセンサ１０
６の電荷蓄積時間（露光時間）が、上記トリガパルスが
供給されるタイミングに応じて変動してしまい、同じシ
ャッタ速度で撮像を行っても画像にムラを生じていた。

【００１８】本発明は、上述のような問題点に鑑みてな
されたものであり、固体撮像素子の露光時間を一定とし
て画像ムラを防止することができるような固体撮像装置
の提供を目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、固体撮像素子
に蓄積された電荷を掃き捨てるためのリセットパルスの
供給を停止したときから、蓄積された電荷を読み出すた
めの読み出しパルスを該固体撮像素子に供給するまでの
間を電荷蓄積時間とし、上記リセットパルスの供給を停
止するタイミングを制御することにより上記固体撮像素
子の電荷蓄積時間を制御する電子シャッタ機能が設けら
れており、上記読み出しパルスは、垂直同期信号が供給
されたときから水平同期信号のパルス数を所定数カウン
トして上記固体撮像素子に供給する固体撮像装置であっ
て、外部からトリガパルスが供給されると、上記リセッ
トパルスの供給を停止するためのシャッタパルスを形成
して出力するシャッタパルス形成手段と、上記外部から
トリガパルスが供給されると、垂直同期信号，水平同期
信号を形成して出力する同期信号発生手段と、上記外部
からトリガパルスが供給されると、上記同期信号発生手
段から供給された水平同期信号に基づいて、上記水平同
期信号の１水平走査期間よりも長い所定期間経過後に、
該水平同期信号よりも周波数の高い変調水平同期信号を
形成して出力する変調水平同期信号形成手段と、上記変
調水平同期信号形成手段から供給される変調水平同期信
号のパルス数をカウントし、このカウント値が所定数と
なったところで上記読み出しパルスを形成して上記固体
撮像素子に供給する読み出しパルス形成手段とを有する
ことを特徴とする構成として上述の課題を解決する。

【００２０】

【作用】本発明に係る固体撮像装置では、垂直同期信号
が供給されたときから水平同期信号のパルス数を所定数
カウントして、このカウント値が所定値となったときに
読み出しパルスを出力するが、外部からトリガパルスが
供給されると、変調水平同期信号形成手段が、同期信号
発生手段から供給される水平同期信号に基づいて、上記
水平同期信号の１水平走査期間よりも長い期間所定期間
経過後に、該水平同期信号よりも周波数の高い変調水平
同期信号を形成して出力する。

【００２１】これにより、上記垂直同期信号が供給され
るタイミングにかかわらず、トリガパルスが供給されて
から上記水平同期信号のカウントが開始されるまでの間
を一定とすることができる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明に係る固体撮像装置の好ましい
実施例について図面を参照しながら説明する。本実施例
に係る固体撮像装置は、固体撮像素子に蓄積された電荷
を掃き捨てるためのリセットパルスの供給を停止したと
きから、蓄積された電荷を読み出すための読み出しパル
スを該固体撮像素子に供給するまでの間を電荷蓄積時間
とし、上記リセットパルスの供給を停止するタイミング
を制御することにより上記固体撮像素子の電荷蓄積時間
を制御する電子シャッタ機能が設けられており、上記読
み出しパルスは、垂直同期信号が供給されたときから水
平同期信号のパルス数を所定数カウントして上記固体撮
像素子に供給する固体撮像装置であって、例えば図１に
示すように、移動路１を移動する物体２を位置検出部３
で検出し、この位置検出部３からの位置検出信号である
外部からのトリガパルスに同期して上記物体２の撮像を
行う工業用の固体撮像装置として用いることができる。

【００２３】具体的な構成としては、上記図１に示すよ
うに、外部から供給される外部垂直同期信号及び外部水
平同期信号の位相を調整してそれぞれ内部垂直同期信号
及び内部水平同期信号として出力するとともに、クロッ
クパルス（ｆ_CK）の４倍周期のパルス（ｆ_CK／４）を出
力する同期信号発生手段であるシグナルジェネレータ８
と、シャッタ速度を指定できるようになっており、上記
位置検出部３からトリガパルスが供給されると、上記シ
グナルジェネレータ８の内部水平同期信号（ＨＤ）の位
相を指定されたシャッタ速度に応じて変調して変調水平
同期信号を形成するとともに、この変調水平同期信号に
一定時間の遅延を施して出力する遅延手段である変調Ｈ
Ｄ作成回路１０とを有している。

【００２４】また、上記固体撮像装置は、外部から上記
シグナルジェネレータ８を介して供給される外部水平同
期信号と、上記シグナルジェネレータ８から供給される
内部水平同期信号との位相差を検出して出力する比較器
１３と、上記比較器１３からの位相比較出力から制御用
直流電圧を形成して出力するローパスフィルタ（ＬＰ
Ｆ）１４と、上記ＬＰＦ１４からの制御用直流電圧に応
じて発振する電圧制御型発振器（ＶＣＯ）１５とを有し
ている。

【００２５】また、上記固体撮像装置は、上記シグナル
ジェネレータ８に上記クロックパルス（ｆ_CK）を供給す
るとともに、上記シグナルジェネレータ８から供給され
る内部垂直同期信号及び変調水平同期信号（又は内部水
平同期信号）に応じて上記ＣＣＤイメージセンサ５に蓄
積された電荷を読み出すための読み出しパルス等を出力
する読み出しパルス形成手段であるタイミングジェネレ
ータ１１と、上記タイミングジェネレータ１１からのパ
ルスに応じて上記ＣＣＤイメージセンサ５を駆動するＣ
ＣＤ駆動回路１２とを有している。

【００２６】また、上記固体撮像装置は、上記トリガパ
ルスが供給されると、上記ＣＣＤ駆動回路１２から上記
ＣＣＤイメージセンサ５に供給される、各画素に蓄積さ
れた電荷を掃き捨てるためのリセットパルスを停止する
ためのシャッタパルスを該ＣＣＤ駆動回路１２に供給す
るシャッタパルス形成手段であるシャッタ作成回路１６
と、上記ＣＣＤイメージセンサ５から読み出された電荷
である撮像信号に同期信号を付加する等の信号処理を施
し、例えば画像分析用の分析器等に供給する撮像信号処
理回路１７とを有している。

【００２７】次に、このような構成を有する実施例の固
体撮像装置の動作説明をする。まず、図１において、例
えば高速で移動する上記物体２の該移動中の状態を分析
したい場合、高速で上記物体２を移動させるように上記
移動路１を制御する。

【００２８】上記位置検出部３は、上記移動路１を移動
する物体２が上記ＣＣＤイメージセンサ５の前方に位置
したことを検出するとトリガパルスを出力する。このト
リガパルスは、上記シグナルジェネレータ８，変調ＨＤ
作成回路１０，タイミングジェネレータ１１及びシャッ
タ作成回路１６に供給される。

【００２９】一方、上記比較器１３は、外部から上記シ
グナルジェネレータ８を介して供給される外部水平同期
信号と、上記シグナルジェネレータ８から供給される内
部水平同期信号との位相差を検出し、これをＬＰＦ１４
に供給する。上記ＬＰＦ１４は、上記比較器１３からの
位相比較出力から制御用直流電圧を形成し、これをＶＣ
Ｏ１５に供給する。上記ＶＣＯ１５は、上記ＬＰＦ１４
からの制御用直流電圧に応じて、タイミングジェネレー
タ１１からシグナルジェネレータ８に供給されているク
ロックパルス（ｆ_CK）の、例えば２倍の周波数を有する
クロックパルス（２ｆ_CK）を形成し、これをタイミング
ジェネレータ１１に供給する。

【００３０】上記タイミングジェネレータ１１は，上記
２倍の周波数を有するクロックパルスにより、上記シグ
ナルジェネレータ８からの内部垂直同期信号をラッチ
し、例えば図３（ａ）に示すような内部垂直同期信号を
形成し、これをＣＣＤ駆動回路１２を介してＣＣＤイメ
ージセンサ５に供給する。

【００３１】上記シャッタ作成回路１６は、上記トリガ
パルスが供給されるまでは、上記リセットパルスを形成
して出力している。このリセットパルスは、上記ＣＣＤ
駆動回路１２を介して上記ＣＣＤイメージセンサ５に供
給される。上記ＣＣＤイメージセンサ５は、上記リセッ
トパルスが供給されている間は、蓄積された電荷をオー
バーフロードレインに掃き捨てるようになっている。こ
のため、上記リセットパルスが供給されている間は、上
記ＣＣＤイメージセンサ５には電荷は蓄積されず撮像信
号は出力されない。

【００３２】しかし、上記シャッタ作成回路１６は、上
記トリガパルスが供給されると、シャッタパルスを形成
し、これを上記ＣＣＤ駆動回路１２に供給する。上記Ｃ
ＣＤ駆動回路１２は、上記シャッタパルスが供給される
と、上記ＣＣＤイメージセンサ５に供給する上記リセッ
トパルスを停止する。これにより、上記ＣＣＤイメージ
センサ５は、撮像レンズ４を介して照射された撮像光に
応じた電荷の蓄積を開始する。

【００３３】一方、上記シグナルジェネレータ８は、上
記トリガパルスが供給されると、上記タイミングジェネ
レータ１１から供給されるクロックパルス（ｆ_CK）から
４倍周期のパルス（ｆ_CK／４）を形成し、これを変調Ｈ
Ｄ作成回路１０に供給する。

【００３４】上記変調ＨＤ作成回路１０は、例えば図２
に示すような構成を有しており、上記４倍周期のパルス
は、この変調ＨＤ作成回路１０の入力端子２０を介して
カウンタ２５のクロック端子に供給される。

【００３５】モノマルチ回路２８は、入力端子２３を介
して供給される図３（ａ）に示す上記内部垂直同期信号
から、同図（ｂ）に示すリセットパルスを形成し、これ
をカウンタ２５に供給する。上記カウンタ２５は、上記
モノマルチ回路２８からのリセットパルスにより、上記
内部垂直同期信号の立ち下がりからリセット状態とさ
れ、上記４倍周期のパルスを例えば１６カウントしてリ
ップルキャリー信号を出力する。

【００３６】なお、上記リップルキャリー信号は、その
後１６進動作で出力される。

【００３７】次に、Ｄフリップフロップ２９は、予めデ
ータが“Ｈ”に設定されており、図３（ｃ）に示すよう
に上記モノマルチ回路２８からリセットパルスが供給さ
れると、この時点で出力が“Ｈ”（ハイレベルの信号）
から“Ｌ”（ローレベルの信号）に変化し、リセット
後、最初のクロック入力の立ち上がりで再び“Ｌ”から
“Ｈ”へ変化する。このＤフリップフロップ２９からの
出力信号は、カウンタ２６のリセット端子に供給され
る。

【００３８】上記カウンタ２６のクロック端子には、上
記カウンタ２５からのリップルキャリー信号が供給され
ているため、該カウンタ２６は、上記Ｄフリップフロッ
プ２９からの出力信号が供給されると、リセット後、ク
ロックの４×１６×１６倍の周期に相当する期間、
“Ｌ”が続いた後リップルキャリー信号を出力する。

【００３９】次に、Ｄフリップフロップ２９のもう一方
の段は、上記モノマルチ回路２８からのリセットパルス
が供給されてリセットされ、クロック入力に上記カウン
タ２６からの上記リップルキャリー信号が供給される。
これにより、上記Ｄフリップフロップ２９から図３
（ｄ）に示すような出力信号が出力される。このＤフリ
ップフロップ２９からの出力信号は、カウンタ２７のロ
ード端子に供給される。

【００４０】上記カウンタ２７は、上記Ｄフリップフロ
ップ２９から出力信号が供給されると、上記ロード端子
に“Ｌ”のリップルキャリー信号が供給される間に、予
めプリセットデータ（Ｐ０〜Ｐ３）にセットされたデー
タをＱ０〜Ｑ３の出力端子を介して出力する。このプリ
セットデータにより、上記カウンタ２７のロード端子に
“Ｌ”のリップルキャリー信号が供給される間の後に、
上記カウンタ２７から出力されるリップルキャリー信号
が、入力クロック９カウント後に立ち上がる。上記カウ
ンタ２７からのリップルキャリー信号は、Ｄフリップフ
ロップ３０のクロック入力端子に供給される。

【００４１】上記Ｄフリップフロップ３０は、予め上記
モノマルチ回路２８からのリセットパルスによりリセッ
トされているため、上記カウンタ２７からのリップルキ
ャリー信号が供給されると、図３（ｅ）に示すような出
力信号を出力する。

【００４２】ＮＡＮＤゲート３２，３３は、上記図３
（ｄ）に示す上記Ｄフリップフロップ２９から出力信号
と、同図（ｅ）に示す上記Ｄフリップフロップ３０から
の出力信号とを合成することにより、同図（ｆ）に示す
合成信号を出力する。この合成信号は、ＮＡＮＤゲート
３４に供給される。

【００４３】上記ＮＡＮＤゲート３４には、上記合成信
号とは別に、上記入力端子２０を介して上記４倍周期の
パルスが供給されており、該ＮＡＮＤゲート３４は、図
３（ｋ）に示すように上記合成信号が“Ｈ”となる期間
だけ上記４倍周期のパルスを出力する。なお、このと
き、上記カウンタ２７から出力される上記リップルキャ
リー信号の、入力クロック９カウント後の立ち上がるタ
イミングを、上記ＮＡＮＤゲート３４から４倍周期のパ
ルスが出力される期間に含ませるように、上記Ｄフリッ
プフロップ３０からの出力信号にローパスフィルタをか
けて上記ＮＡＮＤゲート３２に供給している。

【００４４】上記ＮＡＮＤゲート３４から出力される上
記４倍周期のパルスはＮＡＮＤゲート３７の一方の入力
端子に供給される。

【００４５】一方、入力端子２４を介して当該変調ＨＤ
作成回路１０に供給された内部水平同期信号は、ＮＡＮ
Ｄゲート３５を介して２段構成となっているＤフリップ
フロップ３１の各クロック入力端子及びＮＡＮＤゲート
３６の他方の入力端子にそれぞれ供給される。

【００４６】上記Ｄフリップフロップ３０から出力され
る出力信号は、４倍周期のパルスを９カウントしたタイ
ミング情報を持っており、この出力信号をインバートし
た出力データが上記１段目のＤフリップフロップ３１の
リセット端子に供給される。これにより、上記Ｄフリッ
プフロップ３１からは、図３（ｇ）に示すような出力信
号が出力される。このＤフリップフロップ３１からの出
力信号は、上記２段目のＤフリップフロップ３１に供給
される。

【００４７】上記２段目のＤフリップフロップ３１は、
上記Ｄフリップフロップ３１からの出力信号が供給され
ると、図３（ｈ）に示すような出力信号を形成し、これ
を上記ＮＡＮＤゲート３６の一方の入力端子に供給す
る。

【００４８】上記ＮＡＮＤゲート３６は、図３（ｈ）に
示した上記２段目のＤフリップフロップ３１からの出力
信号及び図３（ｉ）に示す上記入力端子２４を介して供
給される内部水平同期信号とを合成して図３（ｊ）に示
すような出力信号を形成し、これを上記ＮＡＮＤゲート
３７の他方の入力端子に供給する。

【００４９】上記ＮＡＮＤゲート３７の一方の入力端子
には、上述のように上記ＮＡＮＤゲート３４からの４倍
周期のパルスが供給されており、該ＮＡＮＤゲート３７
は、上記図３（ｋ）に示す上記４倍周期のパルスと、同
図（ｊ）に示すＮＡＮＤゲート３６からの出力信号を合
成することにより、同図（ｌ）に示すような上記内部水
平同期信号よりも周波数の高い変調水平同期信号を形成
して出力する。

【００５０】すなわち、このＮＡＮＤゲート３７から出
力される変調水平同期信号は、上記図３（ｈ）に示す上
記２段目のＤフリップフロップ３１からの出力信号を"
Ｌ"にすることにより、この間の内部水平同期信号を同
図（ｊ）に示すように消し、この消された内部水平同期
信号の変わりに同図（ｍ）に示すように９発の高周波信
号を形成し、上記内部水平同期信号と合成したものであ
る。

【００５１】このＮＡＮＤゲート３７から出力される変
調水平同期信号は、ＮＡＮＤゲート３８により所定のビ
ット長とされ、出力端子３９を介して図１に示す上記タ
イミングジェネレータ１１に供給される。

【００５２】上記タイミングジェネレータ１１は、上記
変調水平同期信号（又は内部水平同期信号）を９カウン
トした後、クロックパルスを数百カウントして読み出し
パルスを形成し、これを上記ＣＣＤ駆動回路１２に供給
する。

【００５３】上記ＣＣＤ駆動回路１２は、上記読み出し
パルスに応じて上記ＣＣＤイメージセンサ５に蓄積され
た電荷を読み出すように該ＣＣＤイメージセンサ５を駆
動する。上記ＣＣＤイメージセンサ５から読み出された
電荷は撮像信号として撮像信号処理回路１７に供給され
る。

【００５４】上記撮像信号処理回路１７は、上記撮像信
号に同期信号を付加する等の信号処理を行い、これを出
力端子１８を介して、例えば分析器のモニタ装置等に供
給する。

【００５５】これにより、上記移動路１を移動する物体
２の画像が上記モニタ装置に表示され、該物体の分析等
を行うことができる。

【００５６】ここで、上記タイミングジェネレータ１１
は、上記変調水平同期信号（又は内部水平同期信号）を
９カウントした後、クロックパルスを数百カウントして
読み出しパルスを出力するが、該タイミングジェネレー
タ１１は、上記内部水平同期信号を９カウントした後、
次に供給される内部水平同期信号のタイミングが早い
と、上記読み出しパルスを出力することができない。

【００５７】このため、上記２段構成のＤフリップフロ
ップ３１から出力される上記図３（ｈ）に示す出力信号
により、この該Ｄフリップフロップ３１の出力が "Ｌ"
の間は、同図（ｊ）に示すように同図（ｉ）に示す内部
水平同期信号が上記タイミングジェネレータ１１に供給
されないようにするとともに、上記２段構成のＤフリッ
プフロップ３１から出力される出力信号により、上記４
倍周期のパルスの９カウント目のパルスから、次の内部
水平同期信号が供給されるまでの間隔が１Ｈ（通常の内
部水平同期信号の位相）以上とすることにより、上記タ
イミングジェネレータ１１から確実に読み出しパルスが
出力されるようにしている。

【００５８】また、上記カウンタ２６は、リセット後、
クロックの４×１６×１６倍の周期に相当する期間、
“Ｌ”が続いた後リップルキャリー信号を出力するよう
になっている。これは、上記トリガパルスが供給されて
から、例えば１Ｈ以上の一定期間経過後に上記４倍周期
のパルスが発生することを意味している。

【００５９】従って、上記トリガパルスに対して上記内
部垂直同期信号をどの位相で発生させても上記内部垂直
同期信号の立ち下がりから、上記変調水平同期信号（及
び内部水平同期信号）のカウントを開始するまでの期間
が一定となり、ランダムなタイミングで上記トリガパル
スが発生しても、露光時間を一定とすることができ、ム
ラの無い画像を上記モニタ装置に表示することができ
る。

【００６０】また、上記変調水平同期信号が出力される
タイミングの前後に１Ｈ以上の間隔を設けているため、
上記読み出しパルスが所定のタイミングよりも早く出力
され、有効画素が早く読み出されることにより生ずる、
上記分析器の表示画面の下端部に基準の黒レベルを得る
ために設けられた光学的黒の画素部分（ＯＰＢ）がはみ
出て表示されることを防止することができ、また、上記
読み出しパルスが所定のタイミングよりも遅く出力さ
れ、有効画素が遅く読み出されることにより生ずる、上
記表示画面の上端部に上記ＯＰＢがはみ出て表示される
ことを防止することができる。

【００６１】また、上記変調水平同期信号は、上述のよ
うに通常の周波数の内部水平同期信号よりも高い周波数
のため、該内部水平同期信号を上記タイミングジェネレ
ータ１１でカウントするときよりも、該カウントを早く
終了することができ、その分読み出しパルスを早く出力
することができ、高速シャッタを可能とすることができ
る。

【００６２】また、上記変調ＨＤ作成回路１０が形成す
る変調水平同期信号の周波数は可変できるようになって
いるため、所望のシャッタ速度を達成することができ
る。

【００６３】具体的には、上記変調水平同期信号の周波
数、又は、上記４倍周期のパルスを発生するまでの一定
時間の長短を制御することにより、シャッタ速度を制御
することができる。

【００６４】すなわち、上記４倍周期のパルスを発生す
るまでの時間を１Ｈ，上記４倍周期のパルスの周期を７
０ｎｓとすると、シャッタ速度は、 ６４μｓ＋０．０７×８μ＋４２μ＝１０６．５６μｓ≒１／９４００ｓ とすることができる。

【００６５】また、上述のように上記タイミングジェネ
レータ１１において内部垂直同期信号を２倍の周波数を
有するクロックパルス（２ｆ_CK）でラッチした場合、上
記４倍周期のパルスを発生するまでの時間を１／２Ｈ以
上に設定できるため、シャッタ速度は、 ３２μｓ＋０．０７×８μ＋４２μ＝７４．５６μｓ≒１／１３０００ｓ とすることができ、高速シャッタを可能とすることがで
きる。

【００６６】このため、高速で移動する物体の撮像も鮮
明且つ容易に行うことができ、工業上における使用等に
貢献することができる。

【００６７】そして、当該固体撮像装置は、上記水平同
期信号を９カウントした後、クロックパルスを数百カウ
ントして読み出しパルスを出力する既存の上記タイミン
グジェネレータ１１を有する従来の固体撮像装置に、上
記変調ＨＤ作成回路１０を設けるだけという構成のた
め、該従来の回路構成の変更を最小限にとどめることが
できる。

【００６８】なお、本発明に係る技術的思想は、電子シ
ャッタ機能が設けられており、ランダムに供給されるト
リガパルスに同期して撮像を行う固体撮像装置におい
て、トリガパルスが供給されてから所定期間経過後に水
平同期信号を出力し、この水平同期信号を所定数カウン
トしてから読み出しパルスを出力することにより、固体
撮像素子の露光時間を一定とするところにある。

【００６９】このため、上述の実施例に示した回路構成
に限定されることはなく、上述の技術的思想を逸脱しな
い範囲であれば、種々の変更が可能であることは勿論で
ある。

【００７０】

【発明の効果】本発明に係る固体撮像装置は、垂直同期
信号が供給されたときから水平同期信号のパルス数を所
定数カウントして、このカウント値が所定値となったと
きに読み出しパルスを出力するが、外部からトリガパル
スが供給されると、変調水平同期信号形成手段が、同期
信号発生手段から供給される水平同期信号に基づいて、
上記水平同期信号の１水平走査期間よりも長い所定期間
経過後に、該水平同期信号よりも周波数の高い変調水平
同期信号を形成して出力する。

【００７１】これにより、上記垂直同期信号が供給され
るタイミングにかかわらず、トリガパルスが供給されて
から上記水平同期信号のカウントが開始されるまでの間
を一定とすることができ、固体撮像素子の露光時間を常
に一定とすることができる。

【００７２】このため、当該固体撮像装置により撮像さ
れた画像の画像ムラを防止することができ、撮像した画
像の分析等に貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る固体撮像装置を、ランダムなタイ
ミングで供給されるトリガパルスに同期して撮像を行う
工業用の固体撮像装置に適用した場合における実施例の
ブロック図である。

【図２】上記実施例の固体撮像装置に設けられている変
調ＨＤ作成回路の具体的に構成を示す回路図である。

【図３】上記実施例の固体撮像装置の動作を説明するた
めのタイムチャートである。

【図４】電子シャッタ機能が設けられている従来の固体
撮像装置の動作を説明するためのタイムチャートであ
る。

【図５】ランダムなタイミングで供給されるトリガパル
スに同期して撮像を行う従来の工業用の固体撮像装置の
ブロック図である。

【図６】上記従来の工業用の固体撮像装置の動作を説明
するためのタイムチャートである。

【図７】上記従来の工業用の固体撮像装置の水平同期信
号及び垂直同期信号の位相関係を説明するためのタイム
チャートである。

【図８】上記従来の工業用の固体撮像装置に設けられて
いるＣＣＤ制御回路が水平同期信号の所定数のカウント
を開始するタイミングを説明するためのタイムチャート
である。

【図９】上記従来の工業用の固体撮像装置に設けられて
いるＣＣＤ制御回路が水平同期信号の所定数のカウント
を開始するタイミングを説明するためのタイムチャート
である。

【符号の説明】

１・・・・・・・・・・・・・・・・移動路 ２・・・・・・・・・・・・・・・・物体 ３・・・・・・・・・・・・・・・・位置検出部 ４・・・・・・・・・・・・・・・・撮像レンズ ５・・・・・・・・・・・・・・・・ＣＣＤイメージセ
ンサ ８・・・・・・・・・・・・・・・・シグナルジェネレ
ータ １０・・・・・・・・・・・・・・・変調ＨＤ作成回路 １１・・・・・・・・・・・・・・・タイミングジェネ
レータ １２・・・・・・・・・・・・・・・ＣＣＤ駆動回路 １３・・・・・・・・・・・・・・・比較器 １４・・・・・・・・・・・・・・・ローパスフィルタ
（ＬＰＦ） １５・・・・・・・・・・・・・・・電圧制御型発振器
（ＶＣＯ） １６・・・・・・・・・・・・・・・シャッタ作成回路 １７・・・・・・・・・・・・・・・撮像信号処理回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体撮像素子に蓄積された電荷を掃き捨
   てるためのリセットパルスの供給を停止したときから、
   蓄積された電荷を読み出すための読み出しパルスを該固
   体撮像素子に供給するまでの間を電荷蓄積時間とし、上
   記リセットパルスの供給を停止するタイミングを制御す
   ることにより上記固体撮像素子の電荷蓄積時間を制御す
   る電子シャッタ機能が設けられており、上記読み出しパ
   ルスは、垂直同期信号が供給されたときから水平同期信
   号のパルス数を所定数カウントして上記固体撮像素子に
   供給する固体撮像装置であって、 外部からトリガパルスが供給されると、上記リセットパ
   ルスの供給を停止するためのシャッタパルスを形成して
   出力するシャッタパルス形成手段と、 上記外部からトリガパルスが供給されると、垂直同期信
   号，水平同期信号を形成して出力する同期信号発生手段
   と、 上記外部からトリガパルスが供給されると、上記同期信
   号発生手段から供給された水平同期信号に基づいて、上
   記水平同期信号の１水平走査期間よりも長い所定期間経
   過後に、該水平同期信号よりも周波数の高い変調水平同
   期信号を形成して出力する変調水平同期信号形成手段
   と、 上記変調水平同期信号形成手段から供給される変調水平
   同期信号のパルス数をカウントし、このカウント値が所
   定数となったところで上記読み出しパルスを形成して上
   記固体撮像素子に供給する読み出しパルス形成手段とを
   有することを特徴とする固体撮像装置。