JP4329137B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば高速で移動する物体を、検査等するために撮像する主にファクトリーオートメーション(FA)用として使用して好適な撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ファクトリーオートメーション(FA)用に用いられ、移動する物体を検査等するために撮像する撮像装置として図9に示すような撮像装置が提案されている。この図9においては、移送路200上を移動する物体201を電子シャッタ機能を有する固体撮像素子より成る撮像部202の前に移動してきたときに撮像するようにしたものである。
【0003】
この電子シャッタ機能を有する固体撮像素子より成る撮像部202は、例えば特開平4−119776号に示されている。この特開平4−119776号に記載されている技術は、図10Aに示すように、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に出力される読み出し信号(図10B参照)により、CCD固体撮像素子の光電変換部の各画素に蓄積された電荷を垂直転送部に読み出すようにする。
そして、このCCD固体撮像素子の電荷蓄積時間は、図10Cに示すリセット信号により制御されており、このCCD固体撮像素子はこのリセット信号が供給されると画素に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。
【0004】
このため、このリセット信号が供給されている間(電荷掃き捨て期間)は、このCCD固体撮像素子の各画素には電荷が蓄積されない。従って、このCCD撮像素子に供給するこのリセット信号を停止したときから、このCCD固体撮像素子の光電変換部の各画素に有効電荷が蓄積されることとなり、このリセット信号を停止するタイミングを制御することにより、電荷蓄積時間、即ち、シャッタ速度を制御することができる。
【0005】
この固体撮像素子より成る撮像部202は、上述した電子シャッタ機能を用いることにより、被写体即ち物体201の動きに応じて、このシャッタ速度を可変することができるので、特に高速の移動体の画像を撮像する上で有効である。
【0006】
図9に示す例では、物体201が撮像部202の前に移動してきたことを検出する位置検出部203を設け、この位置検出部203で物体201を検出したときに、図11Aの時刻t11に示すようなローレベルのトリガ信号を発生し、このトリガ信号をシャッタ信号発生回路204に供給するようにしている。
【0007】
シャッタ信号発生回路204は、このトリガ信号が供給されると、図11Bの時刻t11に示されるシャッタコントロール信号を発生し、このシャッタコントロール信号をCCD制御回路205に供給する。
【0008】
このCCD制御回路205は、このシャッタコントロール信号が供給されない間はCCD固体撮像素子206の光電変換部に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ためのリセット信号を供給する。これによりこのリセット信号が供給されている間は、CCD固体撮像素子206の光電変換部の各画素に電荷は蓄積されない。しかし、このシャッタコントロール信号が供給されると、このCCD固体撮像206に供給するリセット信号を停止する。これにより、このCCD固体撮像素子206の光電変換部の各画素に有効電荷の蓄積が開始される。
【0009】
このCCD制御部205には同期信号発生回路207から図11Cに示す如き時刻t11〜時刻t12の垂直同期信号及び図11Dに示す如き水平同期信号を供給する。このCCD制御回路205は、このシャッタコントロール信号が供給されると図11Cに示す垂直同期信号の立ち下がる時刻t11から、例えば図11Dに示す水平同期信号のパルス数を9発カウントした後、クロックを数100カウントしてから図11Eに示す如く時刻t13に読み出し信号を発生し、この読み出し信号をCCD固体撮像素子206に供給する。
【0010】
これにより、図11Bに示す如く、時刻t11にシャッタコントロール信号がCCD固体撮像素子206に供給されてから、図11Eに示す如く、時刻t13にこのCCD固体撮像素子206にこの読み出し信号が供給されるまでの間、撮像レンズ208を介して照射される撮像光に応じた電荷がこのCCD固体撮像素子206の各画素に蓄積されることとなり、この時刻t11〜時刻t13の間が電荷蓄積時間となる。
なお、図11Fは垂直ブランキング期間VBLKを示す。
【0011】
CCD固体撮像素子206から読み出された電荷は、撮像信号として信号処理回路209に供給される。そして、信号処理回路209は、この撮像信号に同期信号を付加する等の信号処理を施し、これをビデオ信号として出力端子210を介して出力する。この出力端子210を介して出力されるビデオ信号は、例えばモニタに供給される。これにより、この移動中の物体201の状態を分析、検査することができる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の撮像装置においては、撮像装置からのビデオ信号を用いて検査等を行なうのに、例えばフレームメモリやモニタ等のビデオ処理機器を使用するが、このビデオ処理機器を供給されるビデオ信号に同期させることが要求される。
【0013】
ところが、これらのビデオ処理機器においては、ランダム同期の同期信号に同期させることは技術的に非常に難しく一般的に行われていない。
【0014】
本発明は以上の点を踏まえ、移動する物体を撮像する画像範囲を選択すると共に、有効な画像情報を良好に得ることができるようにすることを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の撮像装置は、入射された光量に応じた電荷を発生する受光部と、前記受光部で発生された電荷が転送される垂直転送部と、前記垂直転送部を介して転送された電荷を出力する水平転送部と、電荷掃捨部とからなるCCDを含む撮像装置であって、受光部に蓄積された電荷を電荷掃捨部に掃き捨てる電子シャッタ機能を有するCCD駆動部と、撮像する移動物体を検出する位置センサからのトリガ信号が入力され、該トリガ信号に基づいて、外部垂直同期信号と画像範囲選択信号を発生する外部撮像制御装置と、この外部垂直同期信号に基づいて、垂直同期信号を発生するとともに、水平同期信号を発生する同期信号発生部と、外部撮像制御装置から画像範囲選択信号と外部垂直同期信号が入力され、かつ同期信号発生部から水平同期信号が入力されて、CCD駆動部を駆動する転送パルスを発生する駆動パルス形成部と、外部撮像制御装置から画像範囲選択信号と外部垂直同期信号が入力され、かつ同期信号発生部から水平同期信号が入力されて、映像有効期間信号を形成して、外部撮像制御装置に供給する映像有効期間信号形成部と、電荷転送装置からの信号を読み出して処理した映像信号を前記外部撮像制御装置に供給する信号処理部と、外部撮像制御装置で作成した前記映像有効期間の映像信号を表示する表示部と、を備えている。そして、CCD駆動部を駆動する上述の転送パルスは、画像範囲信号の中の映像有効信号期間では水平同期信号周期の転送パルスとされ、画像範囲信号の中の映像有効信号期間以外の期間は水平同期信号周期より周波数の高い高速転送パルスとする、ことを特徴としている。
【0016】
本発明によれば、トリガ信号と画像範囲選択信号と外部垂直同期信号とに応じて形成された高速転送パルス及び水平同期信号より成る転送パルスにより、受光部に蓄積された電荷を転送しているので、映像信号を高速で得ることができる。
また、得られた映像信号の一部を、画像範囲選択信号と外部垂直同期信号と水平同期信号とより形成した映像有効期間信号により抽出しているので、有効画像情報を正確かつ良好に得ることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明撮像装置の実施の形態の例(以下、「本例」という。)につき説明する。図1は本例による撮像装置をファクトリーオートメーションに適用した例を示している。
図1に示すように、ベルトコンベア等からなる移送路1上を移動する物体2を検査等するために、位置センサ3の位置検出に基づいて、物体2を撮像装置10により撮像する。
そして、撮像装置10により撮像した撮像信号を外部撮像制御装置20のメモリ21に静止画を得る静止画像信号として記憶するようにする。
【0018】
本例では、図1に示すように、位置センサ3は移送路1により移送される物体2を検出して、位置センサ3の前面に到達したときにトリガ信号TRGを発生する。そして、このトリガ信号TRGを外部撮像制御装置20に供給する。
【0019】
また、撮像装置10は、CCD駆動部11により駆動されるCCD固体撮像素子12を備えている、
【0020】
このCCD固体撮像素子12は例えば図2に示すような構造のインターライントランスファ(IT:Interline Transfer)型のCCD固体撮像素子である。このCCD固体撮像素子は、半導体基板(サブストレート)上に形成された各画素に相当する受光部12Sと、各受光部12Sに蓄積された電荷が読み出され、この読み出された電荷を垂直方向に転送する垂直転送部12Vと、この垂直転送部12Vに読み出された電荷を1水平ライン単位の撮像信号として出力する水平転送部12Hとから構成されている。
そして、このCCD固体撮像素子は、各受光部12Sに蓄積された電荷をこの半導体基板に掃き捨てるように、受光部12Sの下方の半導体基板の電位を制御することにより、電荷蓄積時間を制御する電子シャッタ機能を備えている。
【0021】
また、撮像装置10には、同期信号発生部13、転送パルス形成部14及び映像有効期間信号形成部15が設けられている。そして、外部撮像制御装置20において、図4B及び図6Bに示すように、トリガ信号TRGが供給されたときに形成される外部垂直同期信号VDが形成される。この外部垂直同期信号VDは後述する画像範囲選択信号を考慮して形成される信号であり、外部撮像制御装置20より同期信号発生部13、駆動パルス形成部14及び映像有効期間信号形成部15に夫々供給される。
【0022】
ここで、同期信号発生部13は、このトリガ信号TRGを基準にして垂直同期信号VDIを形成し、この垂直同期信号VDIをCCD駆動部11に供給すると共に、図4I及び図6Fに示すような水平同期信号HD0を形成する。
この同期信号発生部13が発生する水平同期信号HD0は、駆動パルス形成部14及び映像有効期間信号形成部15に供給される。
【0023】
図3は、駆動パルス形成部14の具体的なブロック構成を示した図である。
図3に示すように、駆動パルス形成部14の画像範囲選択信号入力端子14aには、外部撮像制御装置20で、ユーザがキー装置等を使用して決定した所望の画像範囲選択信号が供給される。
【0024】
本例の場合、1画面を480ラインで構成し、この1画面を図7に示すように、垂直方向を8等分して、画像範囲選択信号を形成する。ずなわち、図7の場合、斜線で示す初めの120ラインを無効とし、その後の360ラインを有効としている。
【0025】
画像範囲選択信号入力端子14aには、図4Aに示すように、位置センサ3よりのトリガ信号TRGが外部撮像制御装置20に供給された後に、所望の画像範囲選択信号が供給され、これが画像範囲パルス生成回路14bに供給される。そして、この画像範囲パルス生成回路14bの出力側に、例えば図4Dに示すような、例えば1画面の初めの120ラインを無効とし、その後の360ラインを有効とする画像範囲パルス14b0が形成される。(この場合、後述する高速転送パルスの周波数を考慮して形成する。)
【0026】
また、水平同期信号入力端子14cよりの水平同期信号HD0が高速転送パルス生成回路14dに供給される。この高速転送パルス生成回路14dでは、水平同期信号HD0に同期した図4Eに示すような高速転送パルス14d0が形成される。この高速転送パルス14d0は、例えば水平同期信号HD0の周波数の6倍の周波数に設定されている。
【0027】
この図4D及びEに示すような画像範囲パルス14b0と高速転送パルス14d0がオア回路14eに供給されて、オア回路14eの出力側に図4Fに示すような画像の無効部分に対応する高速転送パルス14e0が得られる。そして、この高速転送パルス14e0がアンド回路14fの一方の入力端子に供給される。
【0028】
また、垂直同期信号入力端子14g及びトリガ信号入力端子14hから外部垂直同期信号VD及びトリガ信号TRGが夫々通常転送停止回路14iに供給されている。通常転送体回路14iは、その出力側に図4Gに示す停止信号14i0を出力する。この停止信号14i0は、トリガ信号TRGが供給されてから垂直同期信号VDが供給されるまでの期間ハイレベルとなる信号である。そして、この停止信号14i0はオア回路14jの一方の入力端子に供給される。
【0029】
ここで、この停止信号14i0の期間は、オア回路14eの出力側に得られる高速転送パルス14e0の存在する期間に対応し且つこの期間より長い期間とされる。
【0030】
また、水平同期信号入力端子14cよりの水平同期信号HD0が、このオア回路14jの他方の入力端子に供給され、オア回路14jの出力側に図4Hに示すような通常転送信号14j0が得られる。この通常転送信号14j0は、停止信号14i0の期間だけが水平同期信号HD0の存しない信号である。この通常転送信号14j0はアンド回路14fの他方の入力端子に供給される。
【0031】
このようにアンド回路14fの入力側には、図4Hに示すような停止期間の部分を除いた部に水平転送パルスが配置された転送パルス信号14j0と、オア回路14eの出力である図4Fに示す信号14e0が供給されることになる。その結果、アンド回路14fから、図4Jに示すような、転送パルス信号(14e0と14j0が合成された信号)が得られる。
【0032】
この図4Jに示す転送パルス信号は、図から明らかなように、図1のCCD駆動部11に供給されるものであるが、画像範囲選択信号により、例えば図7で示す領域cより下の範囲を選択したときは、a〜cの斜線部分の映像信号は不要となり、このa〜cのライン数分(本例では1画面を480ラインとしたので、120ライン)だけ、この図4Jの転送パルスHDの中の高速転送パルス14e0で高速転送して出力し、その後上記a〜cの領域を除いた部分(有効画像部分)については、水平同期信号14j0で通常転送して所定の画像範囲を出力するようにしている。
【0033】
このように、映像信号の不要部分(a〜cのライン数分:120ライン)を高速転送で出力しているため、通常転送した場合に比較して、早いタイミングで映像信号を出力することができる。また、外部垂直同期信号VDを任意のタイミングで入力することによって、映像信号の出力タイミングを任意に選択することができる。
【0034】
ここで、CCD固体撮像素子12の出力側に得られる出力映像信号12a(図4C参照)は、図1に示す信号処理部16を介して外部撮像制御装置20に供給される。
【0035】
図5は、図1に示す映像有効期間信号形成部15のブロック構成図であり、図6は、その動作を説明するための波形図である。
図5に示すように、画像範囲選択信号入力端子15aには、外部撮像制御装置20で、ユーザがキー装置等を使用して決定した所望の画像範囲選択信号が供給される。この画像範囲選択信号は、駆動パルス形成部14に供給したものと同じものである。
【0036】
上述したように、本例の場合、1画面を480ラインで構成し、この1画面を図7に示すように、垂直方向を8等分している。画像範囲選択信号は、この8等分したうちのどの部分を選択するかを指定する信号である。つまり、図7でいえば、斜線で示す初めの120ラインを無効とし、その後の360ラインを有効とすることを示す信号である。なお、本例では1ライン分の映像の有効期間を650ピクセルとしている。
【0037】
ここで、画像範囲選択信号入力端子15aは、図1に示す外部撮像制御装置20と接続されており、この外部撮像制御装置20で生成された画像範囲選択信号が供給される。つまり、外部撮像制御装置20において、位置センサ3よりのトリガ信号TRG(図6A)に基づいて、所望の画像範囲選択信号が形成され、この画像範囲選択信号が入力端子15aを介して画像範囲パルス生成回路15bに供給される。そして、画像範囲パルス生成回路15bの出力側に、図6Dに示すような、例えば1画面の480ラインで立ち上がる画像範囲パルス15b0が得られる。
【0038】
また、外部垂直同期信号入力端子15cには、外部撮像制御装置20から図6Bに示すような外部垂直同期信号VDが入力される。この外部垂直同期信号VDはカウンタ15dのリセット信号となる。また、カウンタ15dには、図1の同期信号発生部13から得られる水平同期信号HD0(図4J、図6F参照)が水平同期信号入力端子15eを介して供給されており、この水平同期信号HD0をカウントして、例えば、水平同期信号HD0を120カウントして、図6Cに示すパルス15d0を出力する。この例では、垂直同期信号VDが供給されてから水平同期信号HD0を120カウントした後の時間より有効な映像信号が開始されることを意味している。
【0039】
このカウンタ15dの出力信号15d0と、画像範囲パルス生成回路15bの出力信号15b0がフリップフロップ回路15fに供給され、映像信号の開始部分である図6Cで示すパルス15d0で立ち下がり、図6Dで示す画像の終了を示す部分(480ライン)で立ち上がるパルス(図6E)がフリップフロップ回路15fから出力される。
このフリップフロップ回路15fの出力としては、図7のcから最終ラインまで、つまり121ライン〜480ラインまでの360ラインの垂直方向の映像有効期間信号15f0(図6E)が得られる。
【0040】
また、図1の同期信号発生部13で生成される水平同期信号HD0は、入力端子15eを介して波形整形回路15gに供給され、この波形整形回路15gにおいて1ライン分の映像の有効期間を表わす水平方向の映像有効期間信号15g0(図8B参照)が得られる。この水平方向の映像有効期間信号15g0は、図8Aに示す如き水平同期信号HD0を基準にして生成される。
【0041】
フリップフロップ回路15fの出力側に得られる垂直方向の映像有効期間信号15f0と、波形整形回路15gの出力側に得られる水平方向の映像有効期間信号15g0は、オア回路15hに供給され、このオア回路15hで加算されてその出力側に図6Gに示す1画面分の映像有効期間信号Vaが得られる。この映像有効期間信号Vaは、映像有効期間信号出力端子15iを介して外部撮像制御装置20に供給される。
【0042】
外部撮像制御装置20においては、信号処理部16から送られる例えば図4Cに示す出力映像信号から、上記映像有効期間信号Vaを使用して有効映像信号を抽出し、この抽出した有効映像信号をメモリ21に記憶する。
【0043】
そして、メモリ21に記憶した有効映像信号を静止画像として視聴するときには、この有効映像信号をメモリ21より読み出すと共に、垂直同期信号及び水平同期信号を付加し、これをモニタ30に供給して、この有効映像信号の静止画像をモニタ30で再生する。
【0044】
本例によれば、このモニタ30に表示される静止画像により、移動中の物体2の状態を分析、検査することができる。
【0045】
上述したように、本例によれば、物体2を検出する位置センサ3の出力側に得られるトリガ信号TRGと、所望の画像範囲選択信号と、外部垂直同期信号VDとに基づいて、高速転送パルス14e0及び水平同期信号14j0からなる転送パルスHDを形成する。そして、この転送パルスによりCCD固体撮像素子12の受光部12Sに蓄積された電荷を転送するようにしている。このため、不要部分は高速で転送され、その分、有効映像信号を高速で得ることができる。
【0046】
また、本例によれば、画像範囲選択信号と、外部垂直同期信号VDと、水平同期信号HD0とから映像有効期間信号Vaを形成しているので、有効画像情報を正確にかつ良好に得ることができる。
【0047】
また、本例によれば、有効な画像範囲を選択することにより、不要な映像信号をメモリ21に記憶しないようにしているので、メモリ21に記憶する情報量を小さくできる。
【0048】
なお、上述した例では、外部垂直同期信号VDが供給する前のみに高速転送パルスを挿入したが、画像範囲選択信号によっては、この外部垂直同期信号VDが供給後にこの高速転送パルスを挿入する場合もあることは勿論である。
【0049】
また、本発明は上述した実施形態例に限ることなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨を逸脱しない範囲で、その他種々の応用例、変形例を採り得ることは言うまでもない。
【0050】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、有効映像信号を高速で得ることができるという利点がある。また、本発明によれば、有効画像情報を正確かつ良好に得ることができる。
【0051】
また、本発明によれば、画像範囲を選択し、不要な映像信号をメモリに記憶せずに、正確な有効画像情報だけを記憶するようにしているので、メモリに記憶する情報量を小さくできる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明撮像装置の実施の形態の例を示す構成図である。
【図2】インターライントランスファ型CCD固体撮像素子の例を示す構成図である。
【図3】本発明の実施の形態例の転送パルス形成部の例を示す構成図である。
【図4】転送パルス形成部の動作を説明するための波形図である。
【図5】本発明の実施の形態例の映像有効期間信号形成部の例を示す構成図である。
【図6】映像有効期間形成部の動作を説明するための波形図である。
【図7】本発明の実施形態例における映像有効期間と映像非有効期間を示す図である。
【図8】図5の映像有効期間信号形成部に関連して、水平方向の映像有効期間を示す図である。
【図9】従来の撮像装置の例を示す構成図である。
【図10】図9に示す従来の撮像装置の動作を説明するための波形図である。
【図11】同じく従来の撮像装置の動作を説明するための波形図である。
【符号の説明】
1‥‥移送路、2‥‥物体、3‥‥位置センサ、10‥‥撮像装置、11‥‥CCD駆動部、12‥‥CCD固体撮像素子、13‥‥同期信号発生部、14‥‥駆動パルス形成部、15‥‥映像有効期間信号形成部、16‥‥信号処理部、20‥‥外部撮像制御装置、21‥‥メモリ、30‥‥モニタ
Claims (1)
- 入射された光量に応じた電荷を発生する受光部と、前記受光部で発生された電荷が転送される垂直転送部と、前記垂直転送部を介して転送された電荷を出力する水平転送部と、電荷掃捨部とからなるCCDを含む撮像装置であって、
前記受光部に蓄積された電荷を前記電荷掃捨部に掃き捨てる電子シャッタ機能を有するCCD駆動部と、
撮像する移動物体を検出する位置センサからのトリガ信号が入力され、該トリガ信号に基づいて、外部垂直同期信号と画像範囲選択信号を発生する外部撮像制御装置と、
前記外部垂直同期信号に基づいて、垂直同期信号を発生するとともに、水平同期信号を発生する同期信号発生部と、
前記外部撮像制御装置からの画像範囲選択信号と前記外部垂直同期信号が入力され、かつ前記同期信号発生部から前記水平同期信号が入力されて、前記CCD駆動部を駆動する転送パルスを発生する駆動パルス形成部と、
前記外部撮像制御装置から前記画像範囲選択信号と前記外部垂直同期信号が入力され、かつ前記同期信号発生部から前記水平同期信号が入力されて、映像有効期間信号を形成して、前記外部撮像制御装置に供給する映像有効期間信号形成部と、
前記外部撮像制御装置で作成した前記映像有効期間の映像信号を表示する表示部と、
を備え、
前記CCD駆動部を駆動する転送パルスは、前記画像範囲信号の中の前記映像有効信号期間は水平同期信号周期の転送パルスとし、前記画像範囲信号の中の前記映像有効信号期間以外の期間は前記水平同期信号周期より周波数の高い高速転送パルスとする、ことを特徴とする撮像装置。
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