JP3684580B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
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Description
【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を撮像する、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、１／１万（ｓｅｃ）等の高速シャッタを可能と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２−２３８９３０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】
この固体撮像装置では、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ＣＣＤ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、特に高速移動体における画像の取り込みに有利である。
【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、ロー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。
【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、それと同時に上記ローレベルのトリガパルスが供給されると、最後のトリガパルスを供給した後、上記ＣＣＤイメージセンサ１０６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ｔ１２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ｔ１１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１０９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１１０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】
このような移動する物体の撮像を行う固体撮像装置は、主として工業用として用いられているため、上記図５に示した物体１０１を高速で移動させ、例えば１／１万（ｓｅｃ）等の高速シャッタにより撮像を行いたい場合がある。
【００１２】
しかし、上記固体撮像装置では、例えば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読み出しパルスをＣＣＤイメージセンサに供給する等のように、上記読み出しパルスの出力タイミングが、該固体撮像装置に用いられるＣＣＤイメージセンサの画素配列に基づいて予め固定され設定されている。
【００１３】
これは、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、基準の黒レベルを得るためにＣＣＤイメージセンサに設けられている光学的黒の画素部分（ＯＰＢ）が上記分析器の表示画面の下端部にはみ出て表示されることを防止するためである。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、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ためである。
【００１４】
従って、上記固体撮像装置のシャッタ速度（電荷蓄積時間）は、上記垂直同期信号の立ち下がりの時刻から上記読み出しパルスが出力される時刻までの時間以下には短縮することはできなかった。このため、従来の固体撮像装置は、１／１万（ｓｅｃ）等の高速シャッタによる撮像を行うことはできなかった。
【００１５】
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、１／１万（ｓｅｃ）等の高速シャッタを可能とした固体撮像装置の提供を目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、シャッタパルスに応じて蓄積した電荷が掃出される電荷掃捨部を備えると共に読み出しパルスに応じて蓄積した電荷が読み出される固体撮像装置であって、外部から供給されたシャッタコントロールパルスに基いて、上記シャッタパルスを生成するシャッタパルス生成手段と、上記シャッタコントロールパルスに基いて、切換制御信号を生成する切換制御信号生成手段と、水平同期信号よりも高い周波数の信号を出力する発振手段と、上記切換制御信号に基いて、上記垂直同期信号と上記発振手段より発振された信号とを切換えする切換手段と、少なくとも上記切換手段によって選択された信号をカウントするカウント手段とを備え、上記シャッタコントロールパルスに基いて上記カウント手段のカウントを開始し、カウント値が所定のカウント値になったタイミングに基いて上記読み出しパルスを生成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。
【００１７】
また、本発明は、上記固体撮像装置において、上記水平同期信号は、外部から供給された外部垂直同期信号と外部水平同期信号に基いて生成される内部水平同期信号であることを特徴とする。
【００１８】
【作用】
本発明では、シャッタパルスに応じて蓄積した電荷が掃出される電荷掃捨部を備えると共に読み出しパルスに応じて蓄積した電荷が読み出される固体撮像装置において、外部から供給されたシャッタコントロールパルスに基いて、シャッタパルス生成手段によりシャッタパルスを生成するとともに、切換制御信号生成手段により切換制御信号を生成する。
【００１９】
また、上記シャッタコントロールパルスに基いて、切換制御信号生成手段により切換制御信号を生成する。
【００２０】
さらに、水平同期信号よりも高い周波数の信号を発振手段により発振する。
【００２１】
そして、上記水平同期信号と上記発振手段より発振された信号とを上記切換制御信号に基いて切換手段により切り換え、上記切換手段により切換選択された信号をカウント手段によりカウントする。
【００２２】
上記シャッタコントロールパルスに基いて上記カウント手段のカウントを開始し、カウント値が所定のカウント値になったタイミングに基いて上記読み出しパルスを生成する。
【００２３】
【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。
【００２４】
本発明に係る固体撮像装置は、例えば図１に示すような構成となっている。この図１に示す固体撮像装置は、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による位置検出信号として得られる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に本発明を適用したものであって、上記移動路１上の物体２を撮像レンズ４を介して撮像するＣＣＤイメージセンサ５を備える。
【００２５】
そして、この固体撮像装置は、上記ＣＣＤイメージセンサ５すなわち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ＣＣＤイメージセンサ５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ＣＣＤイメージセンサ５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ＣＣＤイメージセンサ５に供給するようになっている。
【００２６】
具体的な構成としては、上記図１に示すように、上記位置検出部３による位置検出信号として得られるトリガパルスを外部の同期信号発生器２０に供給する出力端子６と、該外部同期信号発生器２０により上記トリガパルスに同期して発生される外部垂直同期信号ＥＸＴ．ＶＤ、外部水平同期信号ＥＸＴ．ＨＤ及びシャッタコントロールパルスＳＣＰが供給される入力端子７〜９を備える。
【００２７】
上記外部同期信号発生器２０により上記トリガパルスに同期して発生された外部垂直同期信号ＥＸＴ．ＶＤ及び外部水平同期信号ＥＸＴ．ＨＤは、上記入力端子７，８を介してシグナルジェネレータ１０に供給されるようになっている。また、上記外部同期信号発生器２０により上記トリガパルスに同期して発生されたシャッタコントロールパルスＳＣＰは、上記入力端子９を介してシャッタパルス作成回路１１及び変調ＨＤ作成回路１２に供給されるようになっている。
【００２８】
上記シグナルジェネレータ１０は、本発明に係る固体撮像装置における同期信号発生手段として機能するものであって、タイミングジェネレータ１３から供給されるクロックＣＫ1 （ｆCK）に基づいて動作して、上記外部同期信号発生器２０からの外部垂直同期信号ＥＸＴ．ＶＤ及び外部水平同期信号ＥＸＴ．ＨＤの位相を調整して内部垂直同期信号ＩＮＴ．ＶＤ’及び内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤを生成する。そして、このシグナルジェネレータ１０は、上記内部垂直同期信号ＩＮＴ．ＶＤ’を上記タイミングジェネレータ１３に供給し、また、上記内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤを上記変調ＨＤ作成回路１２に供給し、さらに、上記外部水平同期信号ＥＸＴ．ＨＤと内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤを位相比較器１４に供給するようになっている。
【００２９】
また、上記シャッタパルス作成回路１１は、本発明に係る固体撮像装置におけるシャッタパルス形成手段として機能するものであって、上記外部同期信号発生器２０から上記トリガパルスに同期したシャッタコントロールパルスＳＣＰが供給されると、上記ＣＣＤイメージセンサ５の蓄積電荷を掃き捨てるためのリセットパルスの供給を停止させるシャッタパルスを形成し、これをＣＣＤ駆動回路１７に供給するようになっている。
【００３０】
また、上記変調ＨＤ作成回路１２は、上記外部同期信号発生器２０から上記トリガパルスに同期したシャッタコントロールパルスＳＣＰが供給されると、上記シグナルジェネレータ１０からの内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤから、該内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤよりも高い周波数の変調水平同期信号ＭＯＤ．ＨＤを形成して、これを上記タイミングジェネレータ１３に供給するようになっている。
【００３１】
また、上記位相比較器１４は、上記シグナルジェネレータ１０から供給される外部水平同期信号ＥＸＴ．ＨＤと内部水平同期信号ＥＸＴ．ＨＤとを位相比較して、その位相差に応じた位相比較出力をローパスフィルタ（ＬＰＦ）１５を介して制御用直流電圧として電圧制御型発振器（ＶＣＯ）１６に供給する。そして、上記ＶＣＯ１６は、上記ＬＰＦ１５からの制御用直流電圧に応じて、上記タイミングジェネレータ１３から上記シグナルジェネレータ１０に供給されているクロックパルスＣＫ1 （ｆCK）の、例えば２倍の周波数を有するクロックパルスＣＫ2 （２ｆCK）を形成し、これを上記タイミングジェネレータ１３に供給するようになっている。
【００３２】
また、上記タイミングジェネレータ１３は，上記ＶＣＯ１６から供給されるクロックパルスＣＫ2 （２ｆCK）に基づいて動作して、上記シグナルジェネレータ１０にクロックパルスＣＫ1 （ｆCK）を供給するとともに、上記シグナルジェネレータ１０から供給される内部垂直同期信号ＩＮＴ．ＶＤ’及び変調水平同期信号ＭＯＤ．ＨＤ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ＸＶ１〜ＸＶ４，ＸＳＧ１，ＸＳＧ２，Ｈ１，Ｈ２，ＰＧ等を出力する。ここで、このタイミングジェネレータ１３は、本発明に係る固体撮像装置における読み出しパルス形成手段として機能するものであって、上記内部垂直同期信号ＩＮＴ．ＶＤ’の前縁から上記変調水平同期信号ＭＯＤ．ＨＤを９カウントした後、クロックパルスＣＫ2 （２ｆCK）を数百カウントして読み出しパルス（センサゲートパルスＸＳＧ1 ，ＸＳＧ2 ）を形成する。
【００３３】
そして、上記ＣＣＤ駆動回路１７は、上記シャッタパルス作成回路１１からのシャッタパルスにより上記ＣＣＤイメージセンサ５の蓄積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、このリセットパルスの供給を停止している有効電荷蓄積期間中に発生する撮像光の光量に応じた各画素の撮像電荷を上記センサゲートパルスＸＳＧ1 ，ＸＳＧ2 のタイミングを垂直転送部に読み出して水平転送部を介して線順次に出力するように、上記タイミングジェネレータ１３からの読み出しパルスに応じて上記ＣＣＤイメージセンサ５を駆動する。
【００３４】
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は、撮像信号処理回路１８により同期信号を付加する等の信号処理が施されて、出力端子１９を介して例えば画像分析用の分析器等に供給されるようになっている。
【００３５】
ここで、上記変調ＨＤ作成回路１２は、例えば図２に示すように構成される。この図２に示す変調ＨＤ作成回路１２は、上記外部同期信号発生器２０からのシャッタコントロールパルスＳＣＰが入力端子２１を介して供給されるリセットパルス発生器２２と、このリセットパルス発生器２２が発生するリセットパルスＰRESET によりリセットされる発振器２３、第１及び第２のＮ進カウンタ２４，２５、第１及び第２のＤ型フリップフロップ２６，２７、上記発振器２３による発振出力と上記第１のＤ型フリップフロップ２６によるラッチ出力が供給されるＮＡＮＤゲート回路２８と、上記第２のＤ型フリップフロップ２７のラッチ出力により切換制御される切換スイッチ２９とを備え、上記シグナルジェネレータ１０から入力端子３０を介して供給される内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤと上記ＮＡＮＤゲート回路２８のゲート出力信号とを上記切換スイッチ２９で選択することにより変調水平同期信号ＭＯＤ．ＨＤを生成し、この変調水平同期信号ＭＯＤ．ＨＤを出力端子３１から出力するようになっている。
【００３６】
この変調ＨＤ作成回路１２において、上記リセットパルス発生器２２は、上記入力端子２１を介して供給されるシャッタコントロールパルスＳＣＰに同期したリセットパルスＰRESET を発生し、このリセットパルスＰRESET により上記発振器２３、第１及び第２のＮ進カウンタ２４，２５、第１及び第２のＤ型フリップフロップ２６，２７をリセットする。
【００３７】
また、上記発振器２３は、上記リセットパルスＰRESET によりリセットされて、上記内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤよりも高い周波数ｆｘで発振するパルスジェネレータであって、上記周波数ｆｘのパルスＰ（ｆｘ）を上記第１のＮ進カウンタ２４のクロック端子に供給するとともに、上記ＮＡＮＤゲート回路２８に供給するようになっている。また、この発振器２３は、発振周波数ｆｘが可変制御できるようになっている。
【００３８】
上記第１のＮ進カウンタ２４は、上記リセットパルスＰRESET によりリセットされて、上記発振器２３からのパルスＰ（ｆｘ）をカウントする例えば９進カウンタであって、上記パルスＰ（ｆｘ）を９カウントする毎にキャリー出力を上記第１のＤ型フリップフロップ２６のクロック端子に供給する。また、上記第１のＤ型フリップフロップ２６は、上記リセットパルスＰRESET によりリセットされて、上記第１のＮ進カウンタ２４のキャリー出力をクロックとして、データ端子の論理「Ｌ」をラッチすることにより、上記上記リセットパルスＰRESET によりリセットされてから上記第１のＮ進カウンタ２４が上記パルスＰ（ｆｘ）を９カウントするまでの期間ＴA に論理「Ｈ」となるラッチ出力を上記ＮＡＮＤゲート回路２８に供給する。そして、上記ＮＡＮＤゲート回路２８は、上記第１のＤ型フリップフロップ２６のラッチ出力をゲート制御信号として上記発振器２３からのパルスＰ（ｆｘ）をゲートすることにより、そのゲート出力信号として上記期間ＴA 中のみ上記パルスＰ（ｆｘ）を出力する。
【００３９】
また、上記第２のＮ進カウンタ２５は、上記シグナルジェネレータ１０から内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤが上記入力端子３０を介してクロック端子に供給されるようになっている。この第２のＮ進カウンタ２５は、上記リセットパルスＰRESET によりリセットされて、上記内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤをカウントする９進カウンタであって、上記内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤを９カウントする毎にキャリー出力を上記第２のＤ型フリップフロップ２７のクロック端子に供給する。そして、上記第２のＤ型フリップフロップ２７は、上記リセットパルスＰRESET によりリセットされて、上記第２のＮ進カウンタ２５のキャリー出力をクロックとして、データ端子の論理「Ｌ」をラッチすることにより、上記リセットパルスＰRESET によりリセットされてから上記第２のＮ進カウンタ２５が上記内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤを９カウントするまでの期間ＴB に論理「Ｈ」となるラッチ出力を切換制御信号として上記切換スイッチ２９に供給する。
【００４０】
そして、上記切換スイッチ２９は、上記第２のＤ型フリップフロップ２７のラッチ出力で切換制御されることにより、通常は上記シグナルジェネレータ１０から上記入力端子３０を介して供給される内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤを選択しており、上記期間ＴB に上記ＮＡＮＤゲート回路２８のゲート出力信号を選択する。これにより、上記期間ＴB 中の９発の内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤを上記期間ＴA の９発のパルスＰ（ｆｘ）に置き換えた変調水平同期信号ＭＯＤ．ＨＤを生成して、この変調水平同期信号ＭＯＤ．ＨＤを出力端子３１から出力する。
【００４１】
このような構成の変調ＨＤ作成回路１２を備える固体撮像装置では、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上記位置検出部３で検出することにより得られるトリガパルスに同期した外部垂直同期信号ＥＸＴ．ＶＤ、外部水平同期信号ＥＸＴ．ＨＤ及びシャッタコントロールパルスＳＣＰが上記同期信号発生器２０から供給されることにより、図３のタイミングチャートに示すような撮像動作を行い、上記ＣＣＤイメージセンサ５で上記移動路１上の高速移動する物体２を撮像する。
【００４２】
すなわち、上記ＣＣＤイメージセンサ５は、上記シグナルジェネレータ１０により生成される内部垂直同期信号ＩＮＴ．ＶＤ’及び内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤに同期して上記タイミングジェネレータ１３で生成される読み出しパルスに応じて動作する上記ＣＣＤ駆動回路１７により駆動され、上記シャッタコントロールパルスＳＣＰに同期したシャッタパルスの後縁タイミングｔａから読み出しパルス（センサゲートパルスＸＳＧ1 ，ＸＳＧ2 ）の前縁タイミングｔｂまでを有効電荷蓄積期間ＴＣとした高速シャッタによる撮像動作を行うことになる。
【００４３】
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。
【００４４】
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ＩＮＴ．ＶＤ’をどの位相で発生させても上記内部垂直同期信号ＩＮＴ．ＶＤ’の立ち下がりから、上記変調水平同期信号ＭＯＤ．ＨＤ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、露光時間すなわち有効電荷蓄積期間ＴA 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。
【００４５】
図示しないが、上記変調水平同期信号ＭＯＤ．ＨＤが出力されるタイミングの前１Ｈ以上の間隔を設ければ、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。
【００４６】
また、上記変調水平同期信号ＭＯＤ．ＨＤは、上述のように通常の周波数の内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤよりも高い周波数ｆｘのため、該内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤを上記タイミングジェネレータ１３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。
【００４７】
すなわち、上記タイミングジェネレータ１３において、上記内部垂直同期信号ＩＮＴ．ＶＤ’の前縁から上記内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤを９カウント後、クロックパルスＣＫ2 （２ｆCK）を数百カウントして読み出しパルス（センサゲートパルスＸＳＧ1 ，ＸＳＧ2 ）を形成した場合には、上記ＣＣＤイメージセンサ５の有効電荷蓄積期間が図３に示すＴｃ’（約９Ｈ）となってしまう。
【００４８】
また、上記変調ＨＤ作成回路１２において、発振器２３の発振周波数ｆｘを可変して、上記変調水平同期信号ＭＯＤ．ＨＤの上記期間ＴA 中の周波数を可変することにより、所望のシャッタ速度を達成することができる。
【００４９】
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。
【００５０】
そして、当該固体撮像装置は、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１２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。
【００５１】
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、水平同期信号を所定数カウントして読み出しパルスを出力するタイミングジェネレータに、通常の周波数の水平同期信号の代わりに、該通常の周波数の水平同期信号よりも高い周波数の変調水平同期信号を供給することにより、上記タイミングジェネレータのカウント動作を早く終了させ、高速シャッタを達成するところにある。
【００５２】
また、当該技術的思想は、上記変調水平同期信号の周波数を制御することによりシャッタ速度を制御するところにある。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。
【００５３】
【発明の効果】
本発明に係る固体撮像装置は、指定されたシャッタ速度に応じて、通常の水平同期信号よりも高い周波数となるように変調した変調水平同期信号を読み出しパルス形成手段に供給することにより、該読み出しパルス形成手段で行われるパルス数のカウント時間を、該通常の周波数の水平同期信号のパルス数のカウント時間よりも短縮し、上記固体撮像素子に読み出しパルスを供給するタイミングを早めることができる。
【００５４】
このため、上記固体撮像素子の電荷蓄積時間、すなわちシャッタ速度を短縮することができ、例えば１／１万（ｓｅｃ）等の高速シャッタを可能とすることができる。
【００５５】
また、上記高速シャッタを可能とすることができるため、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。
【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。
【符号の説明】
１・・・・・・・・・・・・・・・・移動路
２・・・・・・・・・・・・・・・・物体
３・・・・・・・・・・・・・・・・位置検出部
５・・・・・・・・・・・・・・・・ＣＣＤイメージセンサ
１０・・・・・・・・・・・・・・・・シグナルジェネレータ
１１・・・・・・・・・・・・・・・・シャッタパルス作成回路
１２・・・・・・・・・・・・・・・・変調ＨＤ作成回路
１３・・・・・・・・・・・・・・・・タイミングジェネレータ
１７・・・・・・・・・・・・・・・・ＣＣＤ駆動回路
１８・・・・・・・・・・・・・・・・撮像信号処理回路
２０・・・・・・・・・・・・・・・・外部同期信号発生器
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば高速で移動する物体を撮像する、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、１／１万（ｓｅｃ）等の高速シャッタを可能と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２−２３８９３０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】
この固体撮像装置では、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ＣＣＤ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、特に高速移動体における画像の取り込みに有利である。
【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、ロー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。
【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、それと同時に上記ローレベルのトリガパルスが供給されると、最後のトリガパルスを供給した後、上記ＣＣＤイメージセンサ１０６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ｔ１２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ｔ１１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１０９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１１０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】
このような移動する物体の撮像を行う固体撮像装置は、主として工業用として用いられているため、上記図５に示した物体１０１を高速で移動させ、例えば１／１万（ｓｅｃ）等の高速シャッタにより撮像を行いたい場合がある。
【００１２】
しかし、上記固体撮像装置では、例えば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読み出しパルスをＣＣＤイメージセンサに供給する等のように、上記読み出しパルスの出力タイミングが、該固体撮像装置に用いられるＣＣＤイメージセンサの画素配列に基づいて予め固定され設定されている。
【００１３】
これは、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、基準の黒レベルを得るためにＣＣＤイメージセンサに設けられている光学的黒の画素部分（ＯＰＢ）が上記分析器の表示画面の下端部にはみ出て表示されることを防止するためである。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、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ためである。
【００１４】
従って、上記固体撮像装置のシャッタ速度（電荷蓄積時間）は、上記垂直同期信号の立ち下がりの時刻から上記読み出しパルスが出力される時刻までの時間以下には短縮することはできなかった。このため、従来の固体撮像装置は、１／１万（ｓｅｃ）等の高速シャッタによる撮像を行うことはできなかった。
【００１５】
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、１／１万（ｓｅｃ）等の高速シャッタを可能とした固体撮像装置の提供を目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、シャッタパルスに応じて蓄積した電荷が掃出される電荷掃捨部を備えると共に読み出しパルスに応じて蓄積した電荷が読み出される固体撮像装置であって、外部から供給されたシャッタコントロールパルスに基いて、上記シャッタパルスを生成するシャッタパルス生成手段と、上記シャッタコントロールパルスに基いて、切換制御信号を生成する切換制御信号生成手段と、水平同期信号よりも高い周波数の信号を出力する発振手段と、上記切換制御信号に基いて、上記垂直同期信号と上記発振手段より発振された信号とを切換えする切換手段と、少なくとも上記切換手段によって選択された信号をカウントするカウント手段とを備え、上記シャッタコントロールパルスに基いて上記カウント手段のカウントを開始し、カウント値が所定のカウント値になったタイミングに基いて上記読み出しパルスを生成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。
【００１７】
また、本発明は、上記固体撮像装置において、上記水平同期信号は、外部から供給された外部垂直同期信号と外部水平同期信号に基いて生成される内部水平同期信号であることを特徴とする。
【００１８】
【作用】
本発明では、シャッタパルスに応じて蓄積した電荷が掃出される電荷掃捨部を備えると共に読み出しパルスに応じて蓄積した電荷が読み出される固体撮像装置において、外部から供給されたシャッタコントロールパルスに基いて、シャッタパルス生成手段によりシャッタパルスを生成するとともに、切換制御信号生成手段により切換制御信号を生成する。
【００１９】
また、上記シャッタコントロールパルスに基いて、切換制御信号生成手段により切換制御信号を生成する。
【００２０】
さらに、水平同期信号よりも高い周波数の信号を発振手段により発振する。
【００２１】
そして、上記水平同期信号と上記発振手段より発振された信号とを上記切換制御信号に基いて切換手段により切り換え、上記切換手段により切換選択された信号をカウント手段によりカウントする。
【００２２】
上記シャッタコントロールパルスに基いて上記カウント手段のカウントを開始し、カウント値が所定のカウント値になったタイミングに基いて上記読み出しパルスを生成する。
【００２３】
【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。
【００２４】
本発明に係る固体撮像装置は、例えば図１に示すような構成となっている。この図１に示す固体撮像装置は、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による位置検出信号として得られる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に本発明を適用したものであって、上記移動路１上の物体２を撮像レンズ４を介して撮像するＣＣＤイメージセンサ５を備える。
【００２５】
そして、この固体撮像装置は、上記ＣＣＤイメージセンサ５すなわち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ＣＣＤイメージセンサ５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ＣＣＤイメージセンサ５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ＣＣＤイメージセンサ５に供給するようになっている。
【００２６】
具体的な構成としては、上記図１に示すように、上記位置検出部３による位置検出信号として得られるトリガパルスを外部の同期信号発生器２０に供給する出力端子６と、該外部同期信号発生器２０により上記トリガパルスに同期して発生される外部垂直同期信号ＥＸＴ．ＶＤ、外部水平同期信号ＥＸＴ．ＨＤ及びシャッタコントロールパルスＳＣＰが供給される入力端子７〜９を備える。
【００２７】
上記外部同期信号発生器２０により上記トリガパルスに同期して発生された外部垂直同期信号ＥＸＴ．ＶＤ及び外部水平同期信号ＥＸＴ．ＨＤは、上記入力端子７，８を介してシグナルジェネレータ１０に供給されるようになっている。また、上記外部同期信号発生器２０により上記トリガパルスに同期して発生されたシャッタコントロールパルスＳＣＰは、上記入力端子９を介してシャッタパルス作成回路１１及び変調ＨＤ作成回路１２に供給されるようになっている。
【００２８】
上記シグナルジェネレータ１０は、本発明に係る固体撮像装置における同期信号発生手段として機能するものであって、タイミングジェネレータ１３から供給されるクロックＣＫ1 （ｆCK）に基づいて動作して、上記外部同期信号発生器２０からの外部垂直同期信号ＥＸＴ．ＶＤ及び外部水平同期信号ＥＸＴ．ＨＤの位相を調整して内部垂直同期信号ＩＮＴ．ＶＤ’及び内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤを生成する。そして、このシグナルジェネレータ１０は、上記内部垂直同期信号ＩＮＴ．ＶＤ’を上記タイミングジェネレータ１３に供給し、また、上記内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤを上記変調ＨＤ作成回路１２に供給し、さらに、上記外部水平同期信号ＥＸＴ．ＨＤと内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤを位相比較器１４に供給するようになっている。
【００２９】
また、上記シャッタパルス作成回路１１は、本発明に係る固体撮像装置におけるシャッタパルス形成手段として機能するものであって、上記外部同期信号発生器２０から上記トリガパルスに同期したシャッタコントロールパルスＳＣＰが供給されると、上記ＣＣＤイメージセンサ５の蓄積電荷を掃き捨てるためのリセットパルスの供給を停止させるシャッタパルスを形成し、これをＣＣＤ駆動回路１７に供給するようになっている。
【００３０】
また、上記変調ＨＤ作成回路１２は、上記外部同期信号発生器２０から上記トリガパルスに同期したシャッタコントロールパルスＳＣＰが供給されると、上記シグナルジェネレータ１０からの内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤから、該内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤよりも高い周波数の変調水平同期信号ＭＯＤ．ＨＤを形成して、これを上記タイミングジェネレータ１３に供給するようになっている。
【００３１】
また、上記位相比較器１４は、上記シグナルジェネレータ１０から供給される外部水平同期信号ＥＸＴ．ＨＤと内部水平同期信号ＥＸＴ．ＨＤとを位相比較して、その位相差に応じた位相比較出力をローパスフィルタ（ＬＰＦ）１５を介して制御用直流電圧として電圧制御型発振器（ＶＣＯ）１６に供給する。そして、上記ＶＣＯ１６は、上記ＬＰＦ１５からの制御用直流電圧に応じて、上記タイミングジェネレータ１３から上記シグナルジェネレータ１０に供給されているクロックパルスＣＫ1 （ｆCK）の、例えば２倍の周波数を有するクロックパルスＣＫ2 （２ｆCK）を形成し、これを上記タイミングジェネレータ１３に供給するようになっている。
【００３２】
また、上記タイミングジェネレータ１３は，上記ＶＣＯ１６から供給されるクロックパルスＣＫ2 （２ｆCK）に基づいて動作して、上記シグナルジェネレータ１０にクロックパルスＣＫ1 （ｆCK）を供給するとともに、上記シグナルジェネレータ１０から供給される内部垂直同期信号ＩＮＴ．ＶＤ’及び変調水平同期信号ＭＯＤ．ＨＤ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ＸＶ１〜ＸＶ４，ＸＳＧ１，ＸＳＧ２，Ｈ１，Ｈ２，ＰＧ等を出力する。ここで、このタイミングジェネレータ１３は、本発明に係る固体撮像装置における読み出しパルス形成手段として機能するものであって、上記内部垂直同期信号ＩＮＴ．ＶＤ’の前縁から上記変調水平同期信号ＭＯＤ．ＨＤを９カウントした後、クロックパルスＣＫ2 （２ｆCK）を数百カウントして読み出しパルス（センサゲートパルスＸＳＧ1 ，ＸＳＧ2 ）を形成する。
【００３３】
そして、上記ＣＣＤ駆動回路１７は、上記シャッタパルス作成回路１１からのシャッタパルスにより上記ＣＣＤイメージセンサ５の蓄積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、このリセットパルスの供給を停止している有効電荷蓄積期間中に発生する撮像光の光量に応じた各画素の撮像電荷を上記センサゲートパルスＸＳＧ1 ，ＸＳＧ2 のタイミングを垂直転送部に読み出して水平転送部を介して線順次に出力するように、上記タイミングジェネレータ１３からの読み出しパルスに応じて上記ＣＣＤイメージセンサ５を駆動する。
【００３４】
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は、撮像信号処理回路１８により同期信号を付加する等の信号処理が施されて、出力端子１９を介して例えば画像分析用の分析器等に供給されるようになっている。
【００３５】
ここで、上記変調ＨＤ作成回路１２は、例えば図２に示すように構成される。この図２に示す変調ＨＤ作成回路１２は、上記外部同期信号発生器２０からのシャッタコントロールパルスＳＣＰが入力端子２１を介して供給されるリセットパルス発生器２２と、このリセットパルス発生器２２が発生するリセットパルスＰRESET によりリセットされる発振器２３、第１及び第２のＮ進カウンタ２４，２５、第１及び第２のＤ型フリップフロップ２６，２７、上記発振器２３による発振出力と上記第１のＤ型フリップフロップ２６によるラッチ出力が供給されるＮＡＮＤゲート回路２８と、上記第２のＤ型フリップフロップ２７のラッチ出力により切換制御される切換スイッチ２９とを備え、上記シグナルジェネレータ１０から入力端子３０を介して供給される内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤと上記ＮＡＮＤゲート回路２８のゲート出力信号とを上記切換スイッチ２９で選択することにより変調水平同期信号ＭＯＤ．ＨＤを生成し、この変調水平同期信号ＭＯＤ．ＨＤを出力端子３１から出力するようになっている。
【００３６】
この変調ＨＤ作成回路１２において、上記リセットパルス発生器２２は、上記入力端子２１を介して供給されるシャッタコントロールパルスＳＣＰに同期したリセットパルスＰRESET を発生し、このリセットパルスＰRESET により上記発振器２３、第１及び第２のＮ進カウンタ２４，２５、第１及び第２のＤ型フリップフロップ２６，２７をリセットする。
【００３７】
また、上記発振器２３は、上記リセットパルスＰRESET によりリセットされて、上記内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤよりも高い周波数ｆｘで発振するパルスジェネレータであって、上記周波数ｆｘのパルスＰ（ｆｘ）を上記第１のＮ進カウンタ２４のクロック端子に供給するとともに、上記ＮＡＮＤゲート回路２８に供給するようになっている。また、この発振器２３は、発振周波数ｆｘが可変制御できるようになっている。
【００３８】
上記第１のＮ進カウンタ２４は、上記リセットパルスＰRESET によりリセットされて、上記発振器２３からのパルスＰ（ｆｘ）をカウントする例えば９進カウンタであって、上記パルスＰ（ｆｘ）を９カウントする毎にキャリー出力を上記第１のＤ型フリップフロップ２６のクロック端子に供給する。また、上記第１のＤ型フリップフロップ２６は、上記リセットパルスＰRESET によりリセットされて、上記第１のＮ進カウンタ２４のキャリー出力をクロックとして、データ端子の論理「Ｌ」をラッチすることにより、上記上記リセットパルスＰRESET によりリセットされてから上記第１のＮ進カウンタ２４が上記パルスＰ（ｆｘ）を９カウントするまでの期間ＴA に論理「Ｈ」となるラッチ出力を上記ＮＡＮＤゲート回路２８に供給する。そして、上記ＮＡＮＤゲート回路２８は、上記第１のＤ型フリップフロップ２６のラッチ出力をゲート制御信号として上記発振器２３からのパルスＰ（ｆｘ）をゲートすることにより、そのゲート出力信号として上記期間ＴA 中のみ上記パルスＰ（ｆｘ）を出力する。
【００３９】
また、上記第２のＮ進カウンタ２５は、上記シグナルジェネレータ１０から内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤが上記入力端子３０を介してクロック端子に供給されるようになっている。この第２のＮ進カウンタ２５は、上記リセットパルスＰRESET によりリセットされて、上記内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤをカウントする９進カウンタであって、上記内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤを９カウントする毎にキャリー出力を上記第２のＤ型フリップフロップ２７のクロック端子に供給する。そして、上記第２のＤ型フリップフロップ２７は、上記リセットパルスＰRESET によりリセットされて、上記第２のＮ進カウンタ２５のキャリー出力をクロックとして、データ端子の論理「Ｌ」をラッチすることにより、上記リセットパルスＰRESET によりリセットされてから上記第２のＮ進カウンタ２５が上記内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤを９カウントするまでの期間ＴB に論理「Ｈ」となるラッチ出力を切換制御信号として上記切換スイッチ２９に供給する。
【００４０】
そして、上記切換スイッチ２９は、上記第２のＤ型フリップフロップ２７のラッチ出力で切換制御されることにより、通常は上記シグナルジェネレータ１０から上記入力端子３０を介して供給される内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤを選択しており、上記期間ＴB に上記ＮＡＮＤゲート回路２８のゲート出力信号を選択する。これにより、上記期間ＴB 中の９発の内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤを上記期間ＴA の９発のパルスＰ（ｆｘ）に置き換えた変調水平同期信号ＭＯＤ．ＨＤを生成して、この変調水平同期信号ＭＯＤ．ＨＤを出力端子３１から出力する。
【００４１】
このような構成の変調ＨＤ作成回路１２を備える固体撮像装置では、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上記位置検出部３で検出することにより得られるトリガパルスに同期した外部垂直同期信号ＥＸＴ．ＶＤ、外部水平同期信号ＥＸＴ．ＨＤ及びシャッタコントロールパルスＳＣＰが上記同期信号発生器２０から供給されることにより、図３のタイミングチャートに示すような撮像動作を行い、上記ＣＣＤイメージセンサ５で上記移動路１上の高速移動する物体２を撮像する。
【００４２】
すなわち、上記ＣＣＤイメージセンサ５は、上記シグナルジェネレータ１０により生成される内部垂直同期信号ＩＮＴ．ＶＤ’及び内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤに同期して上記タイミングジェネレータ１３で生成される読み出しパルスに応じて動作する上記ＣＣＤ駆動回路１７により駆動され、上記シャッタコントロールパルスＳＣＰに同期したシャッタパルスの後縁タイミングｔａから読み出しパルス（センサゲートパルスＸＳＧ1 ，ＸＳＧ2 ）の前縁タイミングｔｂまでを有効電荷蓄積期間ＴＣとした高速シャッタによる撮像動作を行うことになる。
【００４３】
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。
【００４４】
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ＩＮＴ．ＶＤ’をどの位相で発生させても上記内部垂直同期信号ＩＮＴ．ＶＤ’の立ち下がりから、上記変調水平同期信号ＭＯＤ．ＨＤ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、露光時間すなわち有効電荷蓄積期間ＴA 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。
【００４５】
図示しないが、上記変調水平同期信号ＭＯＤ．ＨＤが出力されるタイミングの前１Ｈ以上の間隔を設ければ、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。
【００４６】
また、上記変調水平同期信号ＭＯＤ．ＨＤは、上述のように通常の周波数の内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤよりも高い周波数ｆｘのため、該内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤを上記タイミングジェネレータ１３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。
【００４７】
すなわち、上記タイミングジェネレータ１３において、上記内部垂直同期信号ＩＮＴ．ＶＤ’の前縁から上記内部水平同期信号ＩＮＴ．ＨＤを９カウント後、クロックパルスＣＫ2 （２ｆCK）を数百カウントして読み出しパルス（センサゲートパルスＸＳＧ1 ，ＸＳＧ2 ）を形成した場合には、上記ＣＣＤイメージセンサ５の有効電荷蓄積期間が図３に示すＴｃ’（約９Ｈ）となってしまう。
【００４８】
また、上記変調ＨＤ作成回路１２において、発振器２３の発振周波数ｆｘを可変して、上記変調水平同期信号ＭＯＤ．ＨＤの上記期間ＴA 中の周波数を可変することにより、所望のシャッタ速度を達成することができる。
【００４９】
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。
【００５０】
そして、当該固体撮像装置は、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１２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。
【００５１】
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、水平同期信号を所定数カウントして読み出しパルスを出力するタイミングジェネレータに、通常の周波数の水平同期信号の代わりに、該通常の周波数の水平同期信号よりも高い周波数の変調水平同期信号を供給することにより、上記タイミングジェネレータのカウント動作を早く終了させ、高速シャッタを達成するところにある。
【００５２】
また、当該技術的思想は、上記変調水平同期信号の周波数を制御することによりシャッタ速度を制御するところにある。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。
【００５３】
【発明の効果】
本発明に係る固体撮像装置は、指定されたシャッタ速度に応じて、通常の水平同期信号よりも高い周波数となるように変調した変調水平同期信号を読み出しパルス形成手段に供給することにより、該読み出しパルス形成手段で行われるパルス数のカウント時間を、該通常の周波数の水平同期信号のパルス数のカウント時間よりも短縮し、上記固体撮像素子に読み出しパルスを供給するタイミングを早めることができる。
【００５４】
このため、上記固体撮像素子の電荷蓄積時間、すなわちシャッタ速度を短縮することができ、例えば１／１万（ｓｅｃ）等の高速シャッタを可能とすることができる。
【００５５】
また、上記高速シャッタを可能とすることができるため、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。
【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。
【符号の説明】
１・・・・・・・・・・・・・・・・移動路
２・・・・・・・・・・・・・・・・物体
３・・・・・・・・・・・・・・・・位置検出部
５・・・・・・・・・・・・・・・・ＣＣＤイメージセンサ
１０・・・・・・・・・・・・・・・・シグナルジェネレータ
１１・・・・・・・・・・・・・・・・シャッタパルス作成回路
１２・・・・・・・・・・・・・・・・変調ＨＤ作成回路
１３・・・・・・・・・・・・・・・・タイミングジェネレータ
１７・・・・・・・・・・・・・・・・ＣＣＤ駆動回路
１８・・・・・・・・・・・・・・・・撮像信号処理回路
２０・・・・・・・・・・・・・・・・外部同期信号発生器
Claims (2)
- シャッタパルスに応じて蓄積した電荷が掃出される電荷掃捨部を備えると共に読み出しパルスに応じて蓄積した電荷が読み出される固体撮像装置であって、
外部から供給されたシャッタコントロールパルスに基いて、上記シャッタパルスを生成するシャッタパルス生成手段と、
上記シャッタコントロールパルスに基いて、切換制御信号を生成する切換制御信号生成手段と、
水平同期信号よりも高い周波数の信号を出力する発振手段と、
上記切換制御信号に基いて、上記水平同期信号と上記発振手段より発振された信号とを切換えする切換手段と、
少なくとも上記切換手段によって選択された信号をカウントするカウント手段とを備え、
上記シャッタコントロールパルスに基いて上記カウント手段のカウントを開始し、カウント値が所定のカウント値になったタイミングに基いて上記読み出しパルスを生成することを特徴とする固体撮像装置。 - 上記水平同期信号は、外部から供給された外部垂直同期信号と外部水平同期信号に基いて生成される内部水平同期信号であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
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-
1993
- 1993-07-15 JP JP17529093A patent/JP3684580B2/ja not_active Expired - Lifetime
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