JPH01105674A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 、〔産業上の利用分野〕 本発明は固体撮像装置に係り、特に高速度撮像に好適な
固体撮像装置に関する。

〔従来の技術〕

撮像部に固体撮像素子を用いた固体撮像装置は。

Ｖ’ｌ’Ｒと一体化したいわゆるＶＴＲ一体形ビデオカ
メラとして、近年急速に開発、製品化が進んでいる。こ
のような固体撮像装置の動作原理は、撮像素子の受光部
に蓄積した信号電荷を走査回路で読み出し、ガンマ処理
などの信号処理を施して七二夕に出力したシ、ＶＴＲに
記録するものである。

撮像素子に関しては宮沢他により「ＴｓＬ固体撮像素子
」と題して１９８６年テレビジョン学会全国大会に報告
されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、従来の固体撮像装置では高速度の被写体を撮像
したときにボケでしまり問題があシ、さらにテレビジラ
ン方式で定められた１フィールド期間に画面内を相当量
移動するような速い動きに対する分解能を持たなかった
。

また高速度の被写体のボケを低減するためシャッタ機能
を付加した固体撮像装置に関しては、伊沢他によシ「可
変電子シャッタ付ＴＳＬ撮像素子」としてテレビジ嘗ン
学会技術報告１９８７年２月号に述べられている。この
ようなシャッタ機能を備えた固体撮像装置では被写体の
ボケを低減させることができるが、信号電荷の蓄積をフ
ィールド周期で行なうことＫついては変シなくｓ　１フ
イールド内の動きに対する分解能を得ることはできない
。

本発明の目的は、上記従来技術の欠点をなくシ。

１フィールド期間以下の短時間の被写体の動きに対する
分解能を有する固体撮像装置を提供することＫある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、信号電荷を蓄積する受光部と、受光部に蓄
積した信号電荷を読み出すための走査回路からなる撮像
素子と、撮像素子から読み出した信号電荷からテレビジ
ｌン信号を得る信号処理回路からなる固体撮像装置にお
いて、上記撮像素子を１フィールド期間ＫＮ回（Ｎは正
の整数）のＮ−１行飛び越し走査するととＫよって信号
を読み出す手段と、撮像素子から読み出した１フィール
ド分の信号を蓄積するメモリと、メモリに蓄積した信号
を１通常の１フイールドで１回の走査に対応する順序で
読み出す手段を設けるととＫよりて達成できる。

〔作用〕

撮像素子を１フィールド期間にＮ回のＮ−１行飛び越し
走査によって読み出すと、１　／　Ｈ７４−ルド期間ず
つ時間のずれたＮ枚の画像を得ることＫなる。このよう
にして読み出し九映像信号をそのままモニタに出力する
と、垂直方向に１７　Ｎ　ｉｃ圧縮された画像が一画面
にＮ個並んだよう罠なってしまう、そこで−担１フィー
ルド分の信号をメモリに蓄積し、各々の信号が撮像素子
で受光したときの受光位置の関係を正しく再現するよう
Ｋ。

メモリからの信号読み出し順序を変えて通常の順次走査
で読み出す。このようにすれば、静止画については１通
常の撮像による場合と全く変わシのない映像が得られ、
高速度で動く被写体については、あたかも１フィールド
間にＮ回ストロボをたいたかのようなマルチストロボ画
像を得ることができる。このため１フィールド期間よシ
短い時間の動きも忠実に再現することができる。′〔実
施例〕 以下、本発明の一実施例について説明する。第１図は一
実施例の構成を示すブロック図であシ。

撮像素子１とその駆動回路６．撮像素子出力をＡ／Ｄ変
換するＡ／Ｄ変換回路２、フィールドメモリ５、Ｄ／ム
変換回路３、そしてフィルドメモリ５を制御する制御回
路８．信号処理回路４、同期信号発生回路７によって構
成されている。

次に本実施例の動作について説明する。撮像素子１は、
同期信号発生回路７と同期して動作する駆動回路６によ
って、１フィールド間ＫＮ回のＮ−１行飛び越し走査を
行なう。ここでＮは正の整数であるが、Ｎ＝２〜４程度
が適当である。この飛び越し走査の様子を第５図（ａ）
に示す。同図は撮像素子の受光面に結偉した映倫と、飛
び越し走査の順序を表わす模式図であシ、画面上方よシ
■に対応するラインを順々に走査し、次に■、最後に■
に対応するラインを走査する。同図は飛び越し走査回数
ＲをＨ＝　５ＩＩＣ設定した場合である。このように飛
び越し走査を行なって読み出した信号はＡ／Ｄ変換回路
２でム／Ｄ変換された後、フィールドメモリ５に蓄積さ
れる。フィールドメモリ５への書き込み、読み出しは同
時進行し、メモリから読み出し後の空き番地に順次デー
タを書き込む。

一方、フィールドメモリ５に蓄積されている信号は、撮
像素子１で受光したときの受光位置が正しく再現される
ような順序で読み出す。つまシ、撮像素子１から信号を
読み出すとＩＫ、正規の順序で読み出さずにＮ回のＮ−
１行飛び越し走査を行なったので、メ七すを用いて正規
の順序に並べ換えるわけである。仮に、この並べ換えを
行なわず、撮像素子１の出力をそのままモニタ上に再生
すると、第５図伽）Ｋ示すような画像を得る。このよう
に、同図（ａ）の走査■■■に対応する、３枚のたて方
向く圧縮したよりな画像となってしまう。第１図におい
て、フィールドメモリ５から出力された信号はＤ　／　
Ａ変換回路３でアナログ信号に変換され、信号処理回路
４によってガンマ処理、クランプ、エンコード等の処理
を行なった後、ビデオ信号として出力される。

このようＫして撮像素子から信号を読み出す際、１フイ
ールドの期間ＫＮ回のＮ−１行飛び越し走査をすること
は、１フイールドの期間に１／Ｎフィールド周期でＮ枚
の画像を得るととに相当する。

こうして得た信号を通常の走査によって得る信号と同じ
順序で出力されるようにフィールドメモリを用いて信号
の並べ換えを行なうと％　１フィールド間に動きのある
ような動画像を撮像した場合に。

モニタで再生画像を見ると、１フィールド間にＮ回スト
ロボをたき、瞬時、瞬時の画像を重ね合わせたようなマ
ルチストロボ効果を得ることができる。第５図（ｏ）Ｋ
、再生画像の模式図を示す。このように撮像した画像を
ＶＴＲに録画して、スチール再生、コマ送シ等で再生す
ることによシ、本実施例の効果は一層明らかＫなる。

次に、第１図に示した本実施例における個々のブロック
に関して、さらに詳しく動作を説明する。

第２因は第１図における撮像素子１の一例を示す構成図
であシ、ホトダイオード１１．垂直スイッチ１２、水平
スイッチ１３からなる絵素の行列と、各絵素の信号を順
次読み出すための垂直シフトレジスタ９、水平シフトレ
ジスタ１０によって構成される。水平転送方式のＭＯ８
形撮像素子である。簡単のため４Ｘ４絵素のみを示して
いる。

次にとの撮像素子の一般的な駆動方法について説明する
。第３図は駆動パルス波形の一例でありΩｖｓ　ｔ　８
ｖｔ　ｅ　ｅｖ２は各々垂直シフトレジスタ９（第２図
）を駆動するためのスタートパルス、および２相のクロ
ックパルスである。、１フィールド期間の始ｔｂにおい
てスタートパルスΩＶ、がハイレベルになると、シフト
レジスタの動作が始ｔｂ、垂直スイッチのゲートパルス
ψ７１．ψｖ２ｔ・・・ψＶ、・・・が順々に走査期間
中ハイレベルとなシ、信号読み出しの行選択が行なわれ
る。このとき水平シフトレジスタ１０（第２図）も同様
にしてスタートパルス８．１および２相のクロックパル
ス”１１１１”１１２によって一水平走査期間（１Ｈ）
の間に順次水平列の選択を行なう。垂直行、水平列が同
時に選択された絵素の信号が読み出されることになる。

さて１本発明では、１フイールドの間ＫＮ回のＮ−１行
飛び越し走査を行なうが、この走査方法について説明す
る。第４図は、撮像素子の受光部を簡略化した図であシ
、飛び越し走査の方法を示している。同図においてはＮ
＝３の場′合を例に上ばている。垂直方向の絵素数は仮
に３Ｌとする。

ある１フイールドの走査において、１回目の走査として
第１行、第４行、・・・第３Ｌ−２行、というように走
査し次に第２行、第５行、・・・第５Ｌ−１行と走査し
、最後に第３行、第６行、・・・第３Ｌ行と３回にわた
って２行飛び越し走査をくシ返す。

第２図に示した撮像素子においてこのような走査を行な
う方法について説明する。

第６図は、第２図に示した垂直シフトレジスタ９の構成
をさらに詳しく示した図で１通常は垂直シフトレジスタ
ブの出力はＭＯＳスイッチ１５のグー）Ｋ加えられてお
シ、垂直ゲート線に印加されるパルス’ｖＳＬ−２ｔ　
ｆ′ｖｓ　＆　−１”・はｚｖ５パルスをＭＯＳスイッ
チ１５を用いて垂直シフトレジスタ出力で抜き取るよう
な構成となっている。

１１７図、第８図に１フィールド間に３回の２行飛び越
し走査を行なう場合の駆動パルス例を示す。

第７図は１フイールドのうちの初めの１／３．第８図は
２番目の１／３フィールド期間におけるパルス波形を示
しておシ、２′１．は垂直シフトレジスタのスタートパ
ルスｓ　　ｓ’４１．　ｆｖ２は２相のクロックパルス
を示している。１フィールド間に３回の走査を行なうに
はスタートパルス２□を垂直シフトレジスタＶに５凹入
れてやれば良く、またり京ツクパルスへ１，８′ｖ２を
水平ブランキング期間中に２つづつ垂直シフトレジスタ
９′に供給することによシ、垂直ゲート線は水平ブラン
キング期間に２つハイレベルになる。したがって１次の
水平走査期間には３つ先の垂直ゲート線がハイレベルに
なる。このようにして飛び越し走査が可能となる。

５Ｖ：ｉの２行飛び越し走査の方法について説明したが
、８回０Ｎ−１行飛び越し走査の場合は、垂直シフトレ
ジスタにブランキング中にｌ’！−１個のクロックパル
スを供給し、スタートパルスをＮ画人れてやれば良い。

以上の説明においては、インターレースに関して触れて
いないが、インターレース走査を行なう場合も以上説明
した方法を適用すれば、良い。通常、固体撮像素子でイ
ンターレース読み出しを行なうＫは、隣接する２行を同
時に選択して読み出し。

フィールド毎に同時に読み出す行のペアを入れ換える。

この場合、第４図に示した一行に対して、撮像素子の二
行を割９合てて考えれば良い。

第９図は二行同時読み出しを行なうように構成した撮像
素子のシフトレジスタの構成図であって。

インターレース回路１６が設けられている。インターレ
ース回路１６にはフィールド毎に互いに極性の異なるフ
ィールド判別パルスｅ、Ａ、ａ□を入力することＫよシ
、フィールド毎に同時に読み出す行の組合せを切シ換え
る。

他の一実施例について説明する。本実施例は。

第１図に示した実施例と同様の構成であるが、撮像素子
として、シャッタ機能付センナを用いる。

シャッタ機能付センナの構成を第１０図に示す。

詳細な動作は前述の文献に述べられている。ｌ８１０図
において、１７．２０は各々垂直走査回路１、垂直走査
回路２である。１８は受光部である。

走査回路１は受光部１８に蓄積した信号を順次読み出す
ための走査回路であシ、一方走査回路２は、受光部１８
に蓄積した信号をリセットするための走査回路である。

走査回路１は第７図、第８図に示した駆動パルスによっ
て駆動し、走査回路２も走査回ｗ１１の駆動パルスと同
様のパルス（シャッタ速度に相当する位相差を持つパル
ス）によりて駆動する。

本実施例のようにシャッタ機能付きセンサを用いると、
動解像度の一層の向上をはかることができる。つま）、
第１図に示した実施例では、Ｎ回の走査に対応する画像
は１／Ｎフイールドずつ蓄積時間のずれはあるものの、
１画素あたシの信号蓄積時間は１フイールドであるため
、多少のぼけが生じる。これに対し１本実施例の場合、
信号蓄積時間を１水平期間単位で自由に短かく設定でき
るため、鮮明な画像を得ることができる。

以上、撮像した映像を直接モニタに写した場合について
の実施例を、説明した。

次に一度ＶＴＲに記録し、その信号を再生した場合につ
いて説明する。第１１図は、ＶＴＲ２２を用いて記録再
生する時の構成を示す図である。

同図において、撮像部２１は、第１図に示した実施例と
同一の構造を有している。

ＶＴＲ２２は撮像部２１で撮影した映像信号を忠実に記
録再生する本のである。よって本システムにおいて、Ｖ
’ｌ’Ｒ２２から再生される映像信号は、撮像部２１で
１フィールド期間にＮ回のＮ−１行飛び越し走査し、１
／Ｎフィールド期間ずつ時間のずれたＮ枚の画像が１重
なシ合い、あたかも１フィールド間ｊＣＮ回ストロボを
たいたかのようなマルチストロボ画像信号である。よっ
て、この信号をそのｉまモニタに出力し、スチール再生
。

コマ送り再生しても、動解像度の良い映像が得ら　　４
れる。

Ｖ’Ｊ’Ｒ２２のスチール再生機能及びコマ送り再生機
能とメモリを用いると、さらＫ、分解写真。

なめらかなスロー再生が行なえる。

ＶＴＲ２２で再生される映像信号は、１／Ｎフイールド
づつずれたＮ枚の画像が重なシありたものである。これ
を、メモリを用い、並び換えることで、分解写真として
再生できる。

また、１／Ｎフイールドづつずれた画像を１フイールド
毎に願書にモニタに出力することで、従来の１７６０秒
毎のスロー再生のＮ倍なめらかなスロー再生が実現でき
る。

また、上記２つの機能を組合せ１分解写真をスローで動
かしていくことも可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、テレビジ鵞ン方式の１フィールド期間
よシも短い時間の被写体の動きが再現できる、高速度撮
像に適した固体撮像装置を提供することができ為。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例のブロック図、第２図は撮像図、第４
図は受光部を簡略化した説明因である。 ′ｓ５図は再生画像の模式図、第６図はシフトレジ図、
第１１図は一実施例の構成図。 符号の説明 １・・・・・・撮像素子、５・・・・・・フィールドメ
モリ、８・・・・・・制御回路、１１・・・・・・ホト
ダイオード、１２・・・・・・垂直スイッチ、１５・・
・・・・水平スイッチ。 ｌ＋□

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、入射光量に応じた信号電荷を蓄積する受光部と上記
   受光部に蓄積した信号電荷を読み出すための走査回路部
   からなる撮像素子と、撮像素子から読み出した信号電荷
   からテレビジョン信号を生成する信号処理回路からなる
   固体撮像装置において、上記撮像素子を１フィールド期
   間にＮ回（Ｎは正の整数）の（IV−１）行おきの垂直飛
   び越し走査することによつて信号電荷を読み出す手段と
   、上記撮像素子から読み出した１フィールド分の信号電
   荷を蓄積する記憶手段と、上記記憶手段に蓄積した信号
   電荷を順次走査によつての読み出す手段を設けたことを
   特徴とする固体撮像装置。