JP5065985B2 - Driving device and imaging device including the same - Google Patents
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本発明は、例えば、超高速度撮像用の画素周辺記録型素子を駆動する駆動装置及びそれを備えた撮像装置に関する。 The present invention relates to, for example, a driving device that drives a pixel peripheral recording element for ultra high-speed imaging and an imaging device including the driving device.
従来からカメラ等の撮像装置における高速撮像を行うための研究、開発が行われている。その中でも、撮像素子におけるフレームレートの向上を目的として画素周辺記録型素子(ISIS:In-situ Storage Image Sensor)の提案がされている(例えば、特許文献1参照)。以下、ISISの一例として画素周辺記録型CCD(Charge Coupled Device)を挙げて説明する。 Conventionally, research and development for performing high-speed imaging in an imaging apparatus such as a camera have been performed. Among them, a pixel peripheral recording element (ISIS: In-situ Storage Image Sensor) has been proposed for the purpose of improving the frame rate of the image sensor (see, for example, Patent Document 1). Hereinafter, a pixel peripheral recording type CCD (Charge Coupled Device) will be described as an example of ISIS.
画素周辺記録型CCDは、1つ1つの画素に対して多数のメモリCCDを有するように構成されており、受光素子(以下「PD(Photo Diode)」という。)等から得られる撮像中の画像情報を直接外に読み出さず、メモリCCDに連続的に蓄積しておき、撮像後に出力を行うものである。これにより、撮像装置等において被写体等を撮像することで生じる信号電荷を高速にメモリCCDに転送して超高速度撮像を実現している。 The pixel peripheral recording type CCD is configured to have a large number of memory CCDs for each pixel, and an image being captured obtained from a light receiving element (hereinafter referred to as “PD (Photo Diode)”) or the like. Information is not directly read out, but continuously stored in the memory CCD, and output after imaging. As a result, signal charges generated by imaging an object or the like in an imaging device or the like are transferred to the memory CCD at high speed, thereby realizing ultra-high speed imaging.
次に、画素周辺記録型CCDの構成例について説明する。画素周辺記録型CCDの1画素当たりの構成例を図9(a)に示す。画素周辺記録型CCDの1画素は、1つのPD1に対応して、メモリCCDとしてのm個(M1〜Mm)の蓄積CCD2とn個(MR1〜MRn)の蓄積・読出CCD3とを有するように構成されている。図9(a)において、信号電荷はPD→M1→M2→・・・→Mm→MR1→MR2→・・・→MRnの順に転送される。
Next, a configuration example of the pixel peripheral recording type CCD will be described. FIG. 9A shows an example of the configuration of a pixel peripheral recording type CCD per pixel. One pixel of the pixel peripheral recording type CCD has m (M1 to Mm) accumulating
また、図9(b)は、上述の1画素を2次元配列させた画素周辺記録型CCDの配列構成を示す図である。図9(b)に示した画素周辺記録型CCDは、K×L個の画素と、垂直1ラインにつきG個の水平転送CCD4とを備える。ここで、MRnはその下段に配置されたPDに対応する蓄積・読出CCDのMR1に接続される。したがって、各MR1は、対応するPDのMmから転送される信号電荷と、上段に配置されたPDに対応するMRnから転送される信号電荷との両方を受けて、MR2に転送することができる。また、図9(b)の最下段に示されているPDに対応するMRnは、水平転送CCD4に接続され、信号電荷がアンプ5に転送される。
FIG. 9B is a diagram showing an arrangement configuration of the pixel peripheral recording type CCD in which the above-described one pixel is two-dimensionally arranged. The pixel peripheral recording type CCD shown in FIG. 9B includes K × L pixels and G
次に、図10及び図11を用いて、縦8画素×横2画素における、蓄積CCDのメモリ数12、蓄積・読出CCDのメモリ数4、水平転送CCDが2個の画素周辺記録型CCDを用いて、画素周辺記録型CCDにおける超高速度撮像の原理について説明する。 Next, referring to FIG. 10 and FIG. 11, a pixel peripheral recording type CCD having 12 pixels of storage CCD, 4 memories of storage / reading CCD, and 2 horizontal transfer CCDs in 8 vertical pixels × 2 horizontal pixels. The principle of super high speed imaging in the pixel peripheral recording type CCD will be described.
まず、撮像前の状態を示す図10(a)の時点では、蓄積CCD及び蓄積・読出CCDには何も蓄積されていない。撮像が始まるとPDで発生した信号電荷をPD→蓄積CCD→蓄積・読出CCDに順次転送する(図10(b))。ここまでの処理で、16フレーム分の超高速度撮像が完了する。この後、撮像により発生した信号電荷を外部に読み出す。 First, nothing is accumulated in the accumulation CCD and the accumulation / read-out CCD at the time of FIG. 10A showing the state before imaging. When imaging starts, signal charges generated in the PD are sequentially transferred from the PD to the accumulation CCD to the accumulation / read-out CCD (FIG. 10B). With the processing so far, the super-high-speed imaging for 16 frames is completed. Thereafter, signal charges generated by imaging are read out.
図10(c)に示すように、蓄積・読出CCDに蓄積された信号電荷は水平転送CCDを介し外部に読み出される。蓄積・読出CCDに蓄積された信号電荷が全て読み出された状態(図11(d))の後、蓄積CCDの最下段から4段分に蓄積された信号電荷を蓄積・読出CCDに転送する(図11(e))。蓄積・読出CCDに蓄積された信号電荷は、水平転送CCDを介し外部に読み出される(図11(f))。このような転送動作を繰り返すことで、撮像により発生した信号電荷を全て外部に読み出す。 As shown in FIG. 10C, the signal charges accumulated in the accumulation / readout CCD are read out to the outside through the horizontal transfer CCD. After all the signal charges accumulated in the accumulation / read CCD are read (FIG. 11D), the signal charges accumulated in the four stages from the lowest stage of the accumulation CCD are transferred to the accumulation / read CCD. (FIG. 11 (e)). The signal charges accumulated in the accumulation / readout CCD are read out through the horizontal transfer CCD (FIG. 11 (f)). By repeating such a transfer operation, all signal charges generated by imaging are read out to the outside.
以上説明した原理により、画素周辺記録型CCDは100万枚/秒程度の超高速度撮像を実現している。
しかしながら、従来の画素周辺記録型CCDにおいて、メモリCCDのメモリ数は有限(100フレーム分程度)であるため、一定フレーム数分の信号電荷しか蓄積することができず、その蓄積されたフレーム数分しか連続的に撮像できない。したがって、1回の撮像における撮像時間は、1フレームの撮像に要する時間と1画素中のメモリCCD数との積となり、極短時間に制限される。 However, in the conventional pixel peripheral recording type CCD, the number of memories in the memory CCD is limited (about 100 frames), so only signal charges for a certain number of frames can be accumulated. However, continuous imaging is possible. Therefore, the imaging time for one imaging is a product of the time required for imaging one frame and the number of memory CCDs in one pixel, and is limited to an extremely short time.
撮像時間を延ばすためにはメモリCCD数を増やす必要があるが、そのためにはメモリCCDの配置スペースの確保を要するため画素数を減らすなど他の性能を落とさなければならない。一方、1回の超高速度撮像の直後に次の撮像を開始すれば撮像時間を延ばすことができるが、従来の画素周辺記録型CCDでは、撮像により発生した信号電荷を全て外部に読み出すまで次の撮像ができないため、超高速度撮像後に時間的に連続した撮像を行うことは不可能である。 In order to extend the imaging time, it is necessary to increase the number of memory CCDs. To that end, it is necessary to secure an arrangement space for the memory CCDs, and other performances such as reducing the number of pixels must be reduced. On the other hand, if the next imaging is started immediately after one ultra high-speed imaging, the imaging time can be extended. However, in the conventional pixel peripheral recording type CCD, the signal charges generated by the imaging are all read out until it is read out to the outside. Therefore, it is impossible to perform continuous temporal imaging after super-high-speed imaging.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、超高速度撮像に続けて途切れることなく長時間の高速連続撮像を行うことができる駆動装置及びそれを備え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 such circumstances, and provides a driving device capable of performing high-speed continuous imaging for a long time without interruption, and an imaging device including the same, following super-high-speed imaging. For the purpose.
本発明の駆動装置は、入射光を光電変換して信号電荷を生成する受光素子と、該受光素子からの前記信号電荷を順次蓄積する信号電荷蓄積手段と、蓄積された前記信号電荷を予め定められた出力先に順次読み出す信号電荷読出手段とを備えた撮像素子を駆動する駆動装置であって、第1の撮像速度で撮像するために前記受光素子を露光させる第1の露光信号を前記受光素子に出力する第1の露光信号出力手段と、前記受光素子からの前記信号電荷を前記信号電荷蓄積手段に順次蓄積させる蓄積信号を前記信号電荷蓄積手段に出力する蓄積信号出力手段と、前記信号電荷蓄積手段に蓄積された前記信号電荷を前記出力先に順次読み出す読出信号を前記信号電荷読出手段に出力する読出信号出力手段と、前記第1の露光信号に基づいて得られた信号電荷が前記信号電荷蓄積手段に蓄積された後において前記第1の撮像速度よりも遅い第2の撮像速度で撮像するために前記受光素子を露光させる第2の露光信号を前記受光素子に出力する第2の露光信号出力手段とを備え、前記読出信号出力手段は、前記第1の露光信号に基づいて得られた信号電荷に続けて前記第2の露光信号に基づいて得られた信号電荷を前記信号電荷読出手段に順次読み出させるものであり、
前記信号電荷蓄積手段は、前記受光素子からの前記信号電荷を順次蓄積する複数のメモリ部を備え、前記第2の撮像速度で前記受光素子を露光させる前に前記信号電荷読出手段の読み出し動作と並行して、前記複数のメモリ部に蓄積された信号電荷のうち予め定められた個数の特定信号電荷を前記受光素子に向けて逆転送して前記特定信号電荷のうち最新の撮像で得られた信号電荷が前記受光素子に隣接するメモリ部に収まる状態にする逆転送信号を前記信号電荷蓄積手段に出力する逆転送信号出力手段を備えた構成を有している。
The driving device according to the present invention includes a light receiving element that photoelectrically converts incident light to generate a signal charge, a signal charge storage unit that sequentially stores the signal charge from the light receiving element, and a predetermined amount of the stored signal charge. A drive device for driving an image pickup device comprising signal charge reading means for sequentially reading out to a given output destination, wherein the light receiving device receives a first exposure signal for exposing the light receiving device to pick up an image at a first image pickup speed. A first exposure signal output means for outputting to the element; an accumulation signal output means for outputting an accumulation signal for sequentially accumulating the signal charge from the light receiving element in the signal charge accumulation means; and the signal A readout signal output means for outputting a readout signal for sequentially reading out the signal charges accumulated in the charge accumulation means to the output destination to the signal charge readout means; and a signal obtained based on the first exposure signal. After the charge is accumulated in the signal charge accumulating means, a second exposure signal for exposing the light receiving element is output to the light receiving element in order to image at a second imaging speed slower than the first imaging speed. Second exposure signal output means, and the readout signal output means outputs the signal charge obtained based on the second exposure signal following the signal charge obtained based on the first exposure signal. all SANYO to sequentially read out the signal charge reading means,
The signal charge accumulating means includes a plurality of memory units for sequentially accumulating the signal charges from the light receiving elements, and performs a read operation of the signal charge reading means before exposing the light receiving elements at the second imaging speed. In parallel, a predetermined number of specific signal charges out of the signal charges stored in the plurality of memory units are reversely transferred toward the light receiving element, and the specific signal charges obtained by the latest imaging. It has a configuration comprising reverse transfer signal output means for outputting a reverse transfer signal to the signal charge accumulating means for bringing the signal charge into a memory part adjacent to the light receiving element .
この構成により、本発明の駆動装置は、第1の露光信号に基づいて得られる超高速度撮像された信号電荷に続けて、第2の露光信号に基づいて得られる低速度撮像された信号電荷を順次読み出すことができるので、超高速度撮像に続けて途切れることなく長時間の高速連続撮像を行うことができる。
また、この構成により、本発明の駆動装置は、超高速度撮像に続けて途切れることなく長時間の高速連続撮像を行うことができる。
With this configuration, the driving device according to the present invention allows the low-speed imaged signal charge obtained on the basis of the second exposure signal following the signal charge obtained on the basis of the first exposure signal. Can be read sequentially, so that high-speed continuous imaging can be performed for a long time without interruption, following super-high-speed imaging.
Also, with this configuration, the drive device of the present invention can perform high-speed continuous imaging for a long time without interruption, following super-high-speed imaging.
また、本発明の駆動装置は、前記信号電荷蓄積手段が前記第1の露光信号に基づいて得られた信号電荷を順次蓄積した後において、前記蓄積信号出力手段及び前記読出信号出力手段は、それぞれ、前記蓄積信号及び前記読出信号を、予め定められた期間毎に交互に出力するものである構成を有している。 In the driving device of the present invention, after the signal charge storage means sequentially stores the signal charges obtained based on the first exposure signal, the storage signal output means and the read signal output means are respectively The storage signal and the readout signal are alternately output every predetermined period.
この構成により、本発明の駆動装置は、超高速度撮像に続けて途切れることなく長時間の高速連続撮像を行うことができる。 With this configuration, the driving apparatus of the present invention can perform high-speed continuous imaging for a long time without interruption, following super-high-speed imaging.
本発明の撮像装置は、駆動装置と、前記撮像素子とを備えた構成を有している。 The imaging device of the present invention has a configuration including a driving device and the imaging device.
この構成により、本発明の撮像装置は、超高速度撮像に続けて途切れることなく長時間の高速連続撮像を行うことができる。 With this configuration, the imaging apparatus of the present invention can perform high-speed continuous imaging for a long time without interruption, following super-high-speed imaging.
本発明は、超高速度撮像に続けて途切れることなく長時間の高速連続撮像を行うことができるという効果を有する駆動装置及びそれを備えた撮像装置を提供することができるものである。 The present invention can provide a driving device having an effect that high-speed continuous imaging can be performed for a long time without interruption after super-high-speed imaging, and an imaging device including the driving device.
以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。なお、本発明に係る駆動装置を、撮像素子としての画素周辺記録型CCDに適用した例を挙げて説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. An example in which the driving device according to the present invention is applied to a pixel peripheral recording type CCD as an image sensor will be described.
まず、本実施の形態における駆動装置の構成について説明する。図1は、本実施の形態における駆動装置の概略構成を示すブロック図である。 First, the configuration of the drive device in the present embodiment will be described. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the drive device according to the present embodiment.
図1に示すように、本実施の形態における駆動装置100は、画素周辺記録型CCD200に対し、露光クロック(ΦPD)を出力する露光クロック出力部101と、蓄積CCD駆動クロック(ΦM)を出力する蓄積CCD駆動クロック出力部102と、蓄積・読出CCD駆動クロック(ΦMR)を出力する蓄積・読出CCD駆動クロック出力部103と、水平転送CCD駆動クロック(ΦH)を出力する水平転送CCD駆動クロック出力部104とを備えている。
As shown in FIG. 1, the driving
ここで、露光クロック出力部101は、本発明に係る第1及び第2の露光信号出力手段を構成する。また、蓄積CCD駆動クロック出力部102は、本発明に係る蓄積信号出力手段及び逆転送信号出力手段を構成する。また、蓄積・読出CCD駆動クロック出力部103は、本発明に係る読出信号出力手段を構成する。
Here, the exposure
画素周辺記録型CCD200は、被写体からの光を受光する受光素子としてのPD201と、撮像によって得られた信号電荷を蓄積するメモリCCD210と、信号電荷を水平転送する水平転送CCD202と、信号電荷を増幅するアンプ203とを備えている。
The pixel peripheral
PD201は、撮像により発生した光の吸収により光信号を電気信号に変換するようになっている。メモリCCD210は、例えば、複数のメモリセルが2次元格子状に配列されたものであり、各メモリセルが対応するPD201をそれぞれ有する。水平転送CCD202は、メモリCCD210から転送された信号電荷を蓄積し、蓄積した信号電荷をアンプ203に出力するようになっている。アンプ203は、信号電荷を増幅して外部信号として出力するようになっている。
The
詳細には、画素周辺記録型CCD200は、例えば図2に示すような構成を有する。図2は、画素周辺記録型CCD200が、縦8画素×横2画素で構成された例を示す図である。
Specifically, the pixel peripheral
図2に示すように、画素周辺記録型CCD200は、1画素当たり、1個のPD201と、メモリCCD210に含まれる12個の蓄積CCD211及び4個の蓄積・読出CCD212とを備えている。蓄積CCD211は、M1、M2、・・・M12を含む。また、蓄積・読出CCD212は、MR1、・・・MR4を含む。画素周辺記録型CCD200は、図1に示した駆動装置100から各駆動クロックを入力し、各クロックに応じて動作するようになっている。なお、蓄積CCD211及び蓄積・読出CCD212は、それぞれ、信号電荷蓄積手段及び信号電荷読出手段に対応する。
As shown in FIG. 2, the pixel peripheral
具体的には、PD201は、露光クロック出力部101から露光クロック(ΦPD)を入力し、光電変換により発生した信号電荷をΦPDに応じて蓄積CCD211のM1に出力するようになっている。また、12個の蓄積CCD211は、それぞれ、蓄積CCD駆動クロック出力部102から蓄積CCD駆動クロック(ΦM)を入力し、PD201からの電荷をΦMに応じて順次蓄積するようになっている。
Specifically, the
また、4個の蓄積・読出CCD212は、それぞれ、蓄積・読出CCD駆動クロック出力部103から蓄積・読出CCD駆動クロック(ΦMR)を入力し、蓄積CCD211からの電荷をΦMRに応じて蓄積して水平転送CCD202に読み出すようになっている。ここで、図2の左図に示すように、画素周辺記録型CCD200の最下段画素を除く各画素のMR4は、その下段に位置する画素のMR1に接続されている。つまり、最上段画素を除く各画素のMR1は、自画素のM12と自画素の1段上の画素のMR4から信号電荷を受け取って自画素のMR2に転送するようになっている。また、図2の左図に示すように、最下段画素のMR4は、水平転送CCD202a及び202bに接続されており、信号電荷を水平転送CCD202に出力するようになっている。
Each of the four accumulation / read CCDs 212 receives the accumulation / read CCD drive clock (ΦMR) from the accumulation / read CCD drive
2個の水平転送CCD202は、それぞれ、水平転送CCD駆動クロック出力部104から水平転送CCD駆動クロック(ΦH)を入力し、最下段画素のMR4からの信号電荷をΦHに応じて水平転送し、アンプ203に出力するようになっている。
Each of the two
なお、駆動装置100は、露光クロック(ΦPD)及び各CCD駆動クロック(ΦM、ΦMR)として、駆動クロック周波数1Hz〜100MHz程度に、水平転送CCDクロック(ΦH)として、駆動クロック周波数1Hz〜100MHz程度に対応できるものが好ましい。
The
次に、駆動装置100の駆動方式について説明する。駆動装置100は、蓄積CCD211、蓄積・読出CCD212、水平転送CCD202の駆動に、2相駆動、3相駆動、4相駆動等の駆動方式を用いることができる。一例として、蓄積・読出CCD212に対する4相駆動方式について図3に示す。
Next, a driving method of the
図3(a)に示すように、蓄積・読出CCD212のうち、MRdには4つの電極212a〜212dが設けられており、それぞれが駆動クロックΦ1〜Φ4により駆動されるように接続されている。ここで、駆動クロックΦ1〜Φ4は、4つの異なるタイミングの駆動波形からなっている。蓄積・読出CCD212は、駆動クロックΦ1〜Φ4によって、図3(b)に示すように駆動されると、電荷が電極212aから212dに向かう方向(PD201からアンプ203に向かう方向)、すなわち順方向に電荷を転送するようになっている。一方、蓄積・読出CCD212は、駆動クロックΦ1〜Φ4によって、図3(c)に示すように駆動されると、電荷が電極212dから212aに向かう方向、すなわち逆方向に電荷を転送するようになっている。したがって、駆動装置100は、駆動クロックΦ1〜Φ4のような駆動クロックを用いることにより、信号電荷の順方向転送又は逆方向転送の4相駆動が可能となっている。
As shown in FIG. 3A, among the storage / readout CCD 212, MRd is provided with four
(駆動例)
次に、本発明における駆動例について図2、図4〜図7を用いて説明する。この駆動例における画素周辺記録型CCDは図2に示した構成を備えたものとする。すなわち、2×8画素の構成であって、メモリ数12の蓄積CCD211と、メモリ数4の蓄積・読出CCD212と、2個の水平転送CCD202とを備える画素周辺記録型CCDを用いて、超高速度撮像に続けて長時間の高速連続撮像を途切れることなく行う場合の駆動例を説明する。また、図4は、この駆動例における駆動波形の一例を示す図である。また、図5〜図7は、図4に示した駆動波形に対応した、画素周辺記録型CCD200における信号電荷の流れについて説明するための一例の図である。なお、図5〜図7において(a)〜(i)に示した信号電荷の蓄積状態は、それぞれ、図4に示す(a)時点〜(i)時点におけるものである。
(Driving example)
Next, driving examples according to the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 4 to 7. The pixel peripheral recording type CCD in this driving example is assumed to have the configuration shown in FIG. That is, a pixel peripheral recording type CCD having a configuration of 2 × 8 pixels and including a
まず、図4(a)時点では、図5(a)に示すように蓄積CCD211及び蓄積・読出CCD212には何も蓄積されていない。次に、駆動装置100は、図4に示すように、ΦPD及びΦMによりPD201で発生した信号電荷を蓄積CCD211に順方向転送させる。例えば、1段分を順方向転送したとき信号電荷の蓄積範囲は図5(b)に示す斜線範囲となる。また、12段分を順方向転送したときの信号電荷の蓄積範囲は図5(c)に示す斜線範囲となる。図4(b)時点から図4(c)時点までの処理は、超高速度撮像の駆動である。つまり、図4(c)時点において超高速度撮像による1〜12枚目の撮像が完了したことになる。1枚の撮像速度はΦPD及びΦMの1転送に対応する。図4(c)時点以降の処理は、それ以前よりも長時間の高速連続撮像の駆動である。駆動装置100は、図4(c)時点以降に示すように、ΦPD、ΦM、ΦMR、ΦHを出力することにより、以下に述べる信号電荷の転送処理を繰り返し行う。図4(c)時点以降における1枚の撮像速度は、ΦPDの1転送に対応する。ΦM、ΦMR、ΦHの駆動クロック周期は、ΦPDの駆動クロック周期に対応させる。長時間の高速連続撮像は超高速度撮像に比べ撮像速度が遅くなる。
4A, nothing is accumulated in the
以下、図4(c)時点以降の駆動について具体的に説明する。駆動装置100は、ΦM、ΦMRにより蓄積CCD211に蓄積された信号電荷を蓄積・読出CCD212に4段分を順方向転送させる。ここで、信号電荷の蓄積範囲は図6(d)に示す斜線範囲となる。
Hereinafter, the driving after the time point of FIG. 4C will be specifically described. The
次に、図6(e)に示すように、駆動装置100は、ΦMR及びΦHにより蓄積・読出CCD212及び水平転送CCD202に蓄積された信号電荷の4段分を順方向転送させると同時に、ΦMにより蓄積CCD211に蓄積された信号電荷の4段分を、その信号電荷のうち最新の撮像で得られた信号電荷がPD201に隣接する蓄積CCD211(図2のM1相当)に収まる状態にするよう逆方向転送させる。その結果、各蓄積・読出CCD212にそれぞれ蓄積された信号電荷のうち、画素周辺記録型CCD200(図2参照)の下から1段目のPD201による超高速度撮像での1〜4枚目の信号電荷が水平転送CCD202からアンプ203を介して外部に出力される。なお、図4(e)時点における信号電荷の蓄積範囲は、図6(e)に示す斜線範囲となる。
Next, as shown in FIG. 6E, the driving
次に、駆動装置100は、ΦMR、ΦHにより蓄積・読出CCD212及び水平転送CCD202に蓄積された信号電荷の4段分をさらに順方向転送させる。これにより、各蓄積・読出CCD212に蓄積された信号電荷のうち、画素周辺記録型CCD200の下から2段目のPD201による超高速度撮像での1〜4枚目の信号電荷が水平転送CCD202からアンプ203を介して外部に出力される。その後、駆動装置100は、ΦPD及びΦMによりPD201で発生した信号電荷を蓄積CCD211に1段分転送させる。これにより、長時間の高速連続撮像における1枚目の撮像が行われる。このときの信号電荷の蓄積範囲は図6(f)に示す斜線範囲となる。
Next, the driving
次に、駆動装置100は、ΦMR、ΦHにより蓄積・読出CCD212及び水平転送CCD202に蓄積された信号電荷をさらに8段分転送させる。これにより、各蓄積・読出CCD212に蓄積された信号電荷のうち、画素周辺記録型CCD200の下から3、4段目のPD201による超高速度撮像での1〜4枚目の信号電荷が水平転送CCD202からアンプ203を介して外部に出力される。その後、駆動装置100は、ΦPD及びΦMによりPD201で発生した信号電荷を蓄積CCD211に1段分転送させる。これにより、長時間の高速連続撮像における2枚目の撮像が行われる。このときの信号電荷の蓄積範囲は図7(g)に示す斜線範囲となる。
Next, the driving
次に、駆動装置100は、ΦMR、ΦHにより蓄積・読出CCD212及び水平転送CCD202に蓄積された信号電荷をさらに8段分転送させる。これにより、各蓄積・読出CCD212に蓄積された信号電荷のうち、画素周辺記録型CCD200の下から5、6段目のPD201による超高速度撮像での1〜4枚目の信号電荷が水平転送CCD202からアンプ203を介して外部に出力される。その後、駆動装置100は、ΦPD及びΦMによりPD201で発生した信号電荷を蓄積CCD211に1段分転送させる。これにより、長時間の高速連続撮像における3枚目の撮像が行われる。このときの信号電荷の蓄積範囲は図7(h)に示す斜線範囲となる。
Next, the driving
次に、駆動装置100は、ΦMR、ΦHにより蓄積・読出CCD212及び水平転送CCD202に蓄積された信号電荷をさらに8段分転送させる。これにより、各蓄積・読出CCD212に蓄積された信号電荷のうち、画素周辺記録型CCD200の下から7、8段目のPD201による超高速度撮像での1〜4枚目の信号電荷が水平転送CCD202からアンプ203を介して外部に出力される。その後、駆動装置100は、ΦPD及びΦMによりPD201で発生した信号電荷を蓄積CCD211に1段分転送させる。これにより、長時間の高速連続撮像における4枚目の撮像が行われる。このときの信号電荷の蓄積範囲は図7(i)に示す斜線範囲となる。この信号電荷の蓄積範囲は、図5(c)に示したものと同じである。よって以後、駆動装置100は、図6(d)〜図7(i)に示す動作を繰り返すことにより、長時間の高速連続撮像を行いながら信号電荷を外部に読み出し続けることができる。
Next, the driving
2回目の(d)〜(i)の動作では、長時間の高速連続撮像の5〜8枚目の撮像を行い、同時に超高速度撮像の5〜8枚目の信号電荷が外部に読み出される。 In the second operation (d) to (i), the fifth to eighth images of long-time high-speed continuous imaging are performed, and the fifth to eighth signal charges of ultra-high-speed imaging are simultaneously read out to the outside. .
3回目の(d)〜(i)の動作では、長時間の高速連続撮像の9〜12枚目の撮像を行い、同時に超高速度撮像の9〜12枚目の信号電荷が外部に読み出される。 In the third operation (d) to (i), the 9th to 12th images for long-time high-speed continuous imaging are performed, and the 9th to 12th signal charges for ultra-high-speed imaging are simultaneously read out. .
4回目の(d)〜(i)の動作では、長時間の高速連続撮像の13〜16枚目の撮像を行い、同時に長時間の高速連続撮像の1〜4枚目の信号電荷が外部に読み出される。 In the fourth operation (d) to (i), the thirteenth to sixteenth images of long-time high-speed continuous imaging are performed, and the first to fourth signal charges of the long-time high-speed continuous imaging are simultaneously transferred to the outside. Read out.
以降、n回目の(d)〜(i)の動作では、長時間の高速連続撮像の(n+9)〜(n+12)枚目の撮像を行い、同時に長時間の高速連続撮像の(n−3)〜n枚目の信号電荷が外部に読み出される。 Thereafter, in the n-th operations (d) to (i), the (n + 9) to (n + 12) -th images of long-time high-speed continuous imaging are performed, and at the same time, the long-time high-speed continuous imaging (n-3). The nth signal charge is read out to the outside.
以上のように、本実施の形態における駆動装置100は、超高速度撮像での蓄積CCD211への信号電荷の転送を行った後、PD201から蓄積CCD211への電荷転送と蓄積・読出CCD212から水平転送CCD202への電荷転送とを一定期間で交互に行わせることにより、超高速度撮像及び長時間の高速連続撮像により得られた信号電荷を全て外部に読み出すことができる。
As described above, the driving
したがって、駆動装置100は、超高速度撮像に続けて途切れることなく長時間の高速連続撮像を行うことができる。具体的には、本実施の形態における駆動装置100は、数万〜100万枚/秒程度の超高速度撮像映像に時間的に続く数百〜数千枚/秒程度の高速度撮像映像を長時間得ることができる。
Therefore, the driving
(撮像装置)
次に、本実施の形態における駆動装置100を有する撮像装置について図面を用いて説明する。図8は、本実施の形態における撮像装置を示すブロック図である。
(Imaging device)
Next, an imaging device having the driving
図8に示すように、本実施の形態における撮像装置300は、駆動装置100と、レンズ301と、画素周辺記録型CCD302と、A/D変換部303と、信号処理部304と、映像信号メモリ305とを備えている。
As shown in FIG. 8, the
撮像装置300は、レンズ301を通過して得られる光信号を画素周辺記録型CCD302で受光する。なお、画素周辺記録型CCD302は、前述したように各画素に対応した複数のCCDメモリを有している。また、画素周辺記録型CCD302は、駆動装置100から得られる駆動クロック(ΦPD、ΦM、ΦMR、ΦH)に基づいて、信号電荷の転送が制御される。
The
画素周辺記録型CCD302は、駆動装置100からの駆動クロックに基づいて出力信号をA/D変換部303に出力する。A/D変換部303は、画素周辺記録型CCD302から得られるアナログ信号をデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号を信号処理部304に出力する。
The pixel peripheral recording type CCD 302 outputs an output signal to the A /
信号処理部304は、A/D変換部303から得られる映像信号をフレームに対応させて並べ替えを行い、並べ替えた映像信号を映像信号メモリ305に出力する。また、映像信号メモリ305は、信号処理部304から得られる並べ替えた映像信号を、例えば数十万フレーム程度保存することができる。また、映像信号メモリ305は、保存した映像信号を所定レートで出力する。例えば、通常のテレビレートの場合、映像信号メモリ305は30フレーム/秒で映像信号を出力する。
The
以上のように、撮像装置300は、本実施の形態における駆動装置100を具備することにより、従来の画素周辺記録型CCDを用いても、超高速度撮像に続けて途切れることなく長時間の高速連続撮像を行うことができる。
As described above, the
100 駆動装置
101 露光クロック出力部(第1及び第2の露光信号出力手段)
102 蓄積CCD駆動クロック出力部(蓄積信号出力手段、逆転送信号出力手段)
103 蓄積・読出CCD駆動クロック出力部(読出信号出力手段)
104 水平転送CCD駆動クロック出力部
200 画素周辺記録型CCD(撮像素子)
201 PD(受光素子)
202(202a、202b) 水平転送CCD
203 アンプ
210 メモリCCD
211 蓄積CCD(信号電荷蓄積手段)
212 蓄積・読出CCD(信号電荷読出手段)
212a〜212d 電極
300 撮像装置
301 レンズ
302 画素周辺記録型CCD
303 A/D変換部
304 信号処理部
305 映像信号メモリ
DESCRIPTION OF
102 Accumulated CCD drive clock output unit (accumulated signal output means, reverse transfer signal output means)
103 Accumulation / readout CCD drive clock output section (readout signal output means)
104 Horizontal transfer CCD drive
201 PD (light receiving element)
202 (202a, 202b) Horizontal transfer CCD
211 Storage CCD (Signal Charge Accumulation Unit)
212 Storage / Readout CCD (Signal Charge Reading Unit)
212a to
303 A /
Claims (3)
第1の撮像速度で撮像するために前記受光素子を露光させる第1の露光信号を前記受光素子に出力する第1の露光信号出力手段と、
前記受光素子からの前記信号電荷を前記信号電荷蓄積手段に順次蓄積させる蓄積信号を前記信号電荷蓄積手段に出力する蓄積信号出力手段と、
前記信号電荷蓄積手段に蓄積された前記信号電荷を前記出力先に順次読み出す読出信号を前記信号電荷読出手段に出力する読出信号出力手段と、
前記第1の露光信号に基づいて得られた信号電荷が前記信号電荷蓄積手段に蓄積された後において前記第1の撮像速度よりも遅い第2の撮像速度で撮像するために前記受光素子を露光させる第2の露光信号を前記受光素子に出力する第2の露光信号出力手段とを備え、
前記読出信号出力手段は、前記第1の露光信号に基づいて得られた信号電荷に続けて前記第2の露光信号に基づいて得られた信号電荷を前記信号電荷読出手段に順次読み出させるものであり、
前記信号電荷蓄積手段は、前記受光素子からの前記信号電荷を順次蓄積する複数のメモリ部を備え、
前記第2の撮像速度で前記受光素子を露光させる前に前記信号電荷読出手段の読み出し動作と並行して、前記複数のメモリ部に蓄積された信号電荷のうち予め定められた個数の特定信号電荷を前記受光素子に向けて逆転送して前記特定信号電荷のうち最新の撮像で得られた信号電荷が前記受光素子に隣接するメモリ部に収まる状態にする逆転送信号を前記信号電荷蓄積手段に出力する逆転送信号出力手段を備えたことを特徴とする駆動装置。 A light receiving element that photoelectrically converts incident light to generate a signal charge, a signal charge storage unit that sequentially stores the signal charge from the light receiving element, and sequentially read out the stored signal charge to a predetermined output destination A driving device for driving an image pickup device including a signal charge reading unit;
First exposure signal output means for outputting, to the light receiving element, a first exposure signal for exposing the light receiving element for imaging at a first imaging speed;
An accumulation signal output means for outputting an accumulation signal for sequentially accumulating the signal charge from the light receiving element in the signal charge accumulation means;
A readout signal output means for outputting a readout signal for sequentially reading out the signal charges accumulated in the signal charge accumulation means to the output destination;
After the signal charge obtained based on the first exposure signal is accumulated in the signal charge accumulating means, the light receiving element is exposed for imaging at a second imaging speed slower than the first imaging speed. Second exposure signal output means for outputting a second exposure signal to be output to the light receiving element,
The read signal output means causes the signal charge read means to sequentially read the signal charge obtained based on the second exposure signal following the signal charge obtained based on the first exposure signal. der is,
The signal charge storage means includes a plurality of memory units that sequentially store the signal charges from the light receiving element,
A predetermined number of specific signal charges out of the signal charges stored in the plurality of memory units in parallel with the reading operation of the signal charge reading means before exposing the light receiving element at the second imaging speed. Is transferred to the light receiving element, and a reverse transfer signal is set in the signal charge storage means so that the signal charge obtained by the latest imaging among the specific signal charges is stored in a memory unit adjacent to the light receiving element. A drive device comprising reverse transfer signal output means for outputting .
前記蓄積信号出力手段及び前記読出信号出力手段は、それぞれ、前記蓄積信号及び前記読出信号を、予め定められた期間毎に交互に出力するものであることを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。 After the signal charge storage means sequentially stores signal charges obtained based on the first exposure signal,
2. The drive according to claim 1, wherein the accumulation signal output unit and the readout signal output unit alternately output the accumulation signal and the readout signal at predetermined intervals, respectively. apparatus.
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