JPH06350919A - Image pickup device - Google Patents

Image pickup device

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Publication number
JPH06350919A
JPH06350919A JP5165897A JP16589793A JPH06350919A JP H06350919 A JPH06350919 A JP H06350919A JP 5165897 A JP5165897 A JP 5165897A JP 16589793 A JP16589793 A JP 16589793A JP H06350919 A JPH06350919 A JP H06350919A
Authority
JP
Japan
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image pickup
photoelectric conversion
charge
light
signal
Prior art date
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Pending
Application number
JP5165897A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Shoda
昌宏 正田
Keiichi Akagawa
圭一 赤川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
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Priority to US08/213,424 priority patent/US5569938A/en
Publication of JPH06350919A publication Critical patent/JPH06350919A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To obtain the image pickup device by which a picture signal of an optimum level stable at all times is outputted and a picture with excellent quality is easily obtained without unevenness for every picture field. CONSTITUTION:This device is provided with an image pickup element 15 having a photoelectric conversion section applying photoelectric conversion to a light from an image pickup object and having a charge read means reading the charge obtained by said photoelectric conversion section, a lighting means 10 generating a pulsive illumination light lighting an image pickup object 13 for a predetermined time and a control mans 16 controlling the drive of a charge read means or the lighting means so as to provide at least one pulse illuminating light within one period of charge read from the photoelectric conversion section. The control means 16 controls the charge read means or the lighting means in response to the quantity of the signal charge stored in the photoelectric conversion section. Furthermore, the device is provided with a flush means flushing a photographing object 13 in place of the lighting means 10, and the control means 15 controls the drive of the charge read means or the flush means.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、撮像装置に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image pickup device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体技術の進歩に伴い、被写体
像を撮像する種々の撮像装置が提供されているが、その
一方で、従来の光源或いは波長では撮像できない波長帯
域における画像を撮影する要請が生じている。例えば、
生物や種々の物質の微細な構造を観察する顕微鏡におい
ては、使用される照明光の波長が短くなるほど空間分解
能が向上し、微細な構造の観察を行うことができるよう
になることから、レーザ光をターゲット金属に照射し、
そのときに発生するX線を照明光として用いることが行
われ、現在1μm以下の解像度が得られるようになって
いる。
2. Description of the Related Art In recent years, various image pickup devices for picking up an image of a subject have been provided with the progress of semiconductor technology. On the other hand, there is a demand for taking an image in a wavelength band that cannot be picked up by a conventional light source or wavelength. Is occurring. For example,
In a microscope for observing the fine structure of living things and various substances, the shorter the wavelength of the illumination light used, the better the spatial resolution, and the finer structure can be observed. Irradiate the target metal with
The X-ray generated at that time is used as illumination light, and a resolution of 1 μm or less is currently obtained.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ようなX線顕微鏡においては、観察像の記録、すなわち
撮像は、感光フィルムを長い時間露光することにより行
っており、撮像した画像を見るためには、該長時間の露
光後、さらにフィルムの現像処理を行わなければならな
らず、非常に煩雑であった。また、画像データを計算機
で処理して画質の改善や計測を行うためには、現像した
写真上の画像をスキャナーなどを用いて読み込まなけれ
ばならず、速報性に欠けるとの問題もあった。
However, in the X-ray microscope as described above, recording of an observation image, that is, image pickup is performed by exposing a photosensitive film for a long time. Had to be further developed after the exposure for a long time, which was very complicated. In addition, in order to process image data with a computer and improve or measure the image quality, it is necessary to read an image on a developed photograph using a scanner or the like, and there is a problem that promptness is lacking.

【0004】一方、このような問題があるフィルムの代
わりに、CCDなどの固体撮像装置を用いることも考え
られるが、従来の撮像装置はいずれも連続光或いは撮像
周期と比較して同程度の速さで変化する光情報の記録を
目的として作られており、例えば、前述のようなX線顕
微鏡に該撮像装置を用いる場合には、次のような不都合
が生じる。
On the other hand, it is conceivable to use a solid-state image pickup device such as a CCD instead of the film having such a problem. However, all the conventional image pickup devices have a speed comparable to continuous light or an image pickup cycle. It is made for the purpose of recording optical information that changes with time. For example, when the imaging device is used in the X-ray microscope as described above, the following inconvenience occurs.

【0005】すなわち、前記のようなX線顕微鏡では、
撮像対象物を照明する発光周期は1/10秒程度である
のに対して、撮像周期は1/30秒程度であり、このた
め、従来の撮像装置を用いて撮像を行う場合には、ある
撮像周期(画像フィールド)では照明光が発光するが、
その後のある撮像周期では照明光が発生せず、撮像周期
(画像フィールド)毎に画像の明るさが変動して画質が
非常に悪くなってしまうのである。
That is, in the above X-ray microscope,
The light emission cycle for illuminating the imaging target is about 1/10 seconds, while the imaging cycle is about 1/30 seconds. Therefore, when performing imaging using a conventional imaging device, there is Illumination light is emitted in the imaging cycle (image field),
Illumination light is not generated in a certain imaging cycle thereafter, and the brightness of the image fluctuates in each imaging cycle (image field), resulting in very poor image quality.

【0006】本発明は、このような従来の撮像装置にお
ける問題を解決するためになされたもので、良質の画像
を容易に得られる撮像装置を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in order to solve the problem in the conventional image pickup apparatus, and an object thereof is to provide an image pickup apparatus which can easily obtain a high quality image.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
本願の請求項1の発明は、撮像対象物からの光を電荷に
変換する光電変換部、及び該光電変換部で得られた電荷
を読み出す電荷読出し手段を有する撮像素子と、撮像対
象物を一定時間照明するパルス状の照明光を発生する照
明手段と、前記光電変換部からの電荷の読み出しの1周
期内に少なくとも1つのパルス照明光が発生されるよう
に前記電荷読出し手段又は前記照明手段の駆動を制御す
る制御手段と、を備えた撮像装置に係るものである。
[Means for Solving the Problems] To achieve the above object,
According to the invention of claim 1 of the present application, a photoelectric conversion unit for converting light from an image pickup object into an electric charge, and an image pickup device having a charge reading unit for reading out the electric charge obtained by the photoelectric conversion unit, and the image pickup object are fixed. Illuminating means for generating pulsed illumination light for time illumination, and the charge reading means or the illuminating means so that at least one pulse illumination light is generated within one cycle of reading out charges from the photoelectric conversion unit. The present invention relates to an image pickup apparatus including: a control unit that controls driving.

【0008】また、請求項2の発明は、前記請求項1の
発明において、前記制御手段は、前記光電変換部に蓄積
される信号電荷の量に応じて前記電荷読出し手段又は前
記照明手段を制御するものである撮像装置に係るもので
ある。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the control means controls the charge reading means or the illuminating means in accordance with the amount of signal charges accumulated in the photoelectric conversion section. The present invention relates to an imaging device.

【0009】さらに、請求項3の発明は、撮像対象物か
らの光を電荷に変換する光電変換部、及び該光電変換部
で得られた電荷を読み出す電荷読出し手段を有する撮像
素子と、撮影対象物を一定時間発光させる発光手段と、
前記光電変換部からの電荷の読み出しの1周期内に少な
くとも1回前記撮像対象物が発光するように前記電荷読
出し手段又は前記発光手段の駆動を制御する制御手段
と、を備えた撮像装置に係るものである。
Further, the invention of claim 3 is an image pickup device having a photoelectric conversion part for converting light from an image pickup object into an electric charge, and a charge reading means for reading out the electric charge obtained by the photoelectric conversion part; A light emitting means for emitting light for a certain period of time,
According to another aspect of the present invention, there is provided an image pickup apparatus, comprising: a control unit that controls driving of the charge reading unit or the light emitting unit so that the image pickup object emits light at least once within one cycle of reading charges from the photoelectric conversion unit. It is a thing.

【0010】また、請求項4の発明は、前記請求項3の
発明において、前記制御手段は、前記光電変換部に蓄積
される信号電荷の量に応じて前記電荷読出し手段又は前
記発光手段を制御するものである撮像装置に係るもので
ある。
According to a fourth aspect of the invention, in the third aspect of the invention, the control means controls the charge reading means or the light emitting means according to the amount of signal charges accumulated in the photoelectric conversion section. The present invention relates to an imaging device.

【0011】[0011]

【作用】前記のように構成された請求項1の発明におい
て、撮影時には撮像対象物に対して前記照明手段からパ
ルス状の照明光が出力され、この照明光により撮像対象
物が照明される。そして撮像対象物からの光(撮像光)
は、前記撮像素子に入射され、該撮像素子の光電変換部
で電荷に変換された後、前記電荷読出し手段により電気
的な画像信号として出力される。
In the invention of claim 1, which is configured as described above, the illuminating means outputs pulsed illumination light to the object to be imaged at the time of photographing, and the object to be imaged is illuminated by this illumination light. And the light from the imaging target (imaging light)
Is incident on the image pickup device, converted into electric charges by the photoelectric conversion unit of the image pickup device, and then outputted as an electric image signal by the electric charge reading means.

【0012】一方、前記撮像素子の電荷読出し手段と前
記照明手段とは、前記電荷読出し手段による光電変換部
からの電荷の読出しの1周期内に少なくとも1つの前記
パルス状の照明光が発生するように、前記制御手段によ
りその駆動が制御されている。
On the other hand, the charge reading means and the illuminating means of the image pickup device are arranged so that at least one of the pulsed illumination light is generated within one cycle of reading the charge from the photoelectric conversion section by the charge reading means. The drive is controlled by the control means.

【0013】このように本撮像装置では、光電変換部か
らの電荷の読出しの1周期内、すなわち、一つの画像フ
ィールドを得る1撮像周期に必ず1つ以上のパルス照明
が行われるので、対象物の撮像において照明が行われな
い画像フィールドが存在することがなくなり、画像フィ
ールド毎の照明むらを防ぐことができる。
As described above, in the present image pickup device, one or more pulse illuminations are always performed within one cycle of reading out charges from the photoelectric conversion unit, that is, in one image pickup cycle for obtaining one image field. There is no image field in which illumination is not performed in the image capturing, and it is possible to prevent uneven illumination in each image field.

【0014】さらに、1撮像周期内に複数のパルス照明
を行うことも可能であり、このため、個々の撮像対象物
の特性(透過率や透過すべき厚さなど)の差異や、照明
手段の出力の差異に応じて最適なレベルの画像信号を得
ることができる。例えば、照明手段に含まれる光源や光
学系が暗い場合や、撮像対象物の透過率が悪い場合な
ど、1つのパルス照明では十分な画像信号が得られない
場合には、1撮像周期内に複数のパルス照明を行うよう
に制御すればよい。すなわち、本撮像装置では、撮像素
子の光電変換部で信号電荷を蓄積することで撮像光量の
不足を補うことができるのである。
Further, it is possible to perform a plurality of pulsed illuminations within one image pickup cycle. Therefore, the characteristics of the individual imaged objects (such as the transmittance and the thickness to be transmitted) and the illumination means are different. An image signal of an optimum level can be obtained according to the output difference. For example, when one pulse illumination cannot obtain a sufficient image signal, such as when the light source or the optical system included in the illumination unit is dark, or when the transmittance of the imaging target is poor, a plurality of image signals can be obtained within one imaging cycle. It may be controlled so as to perform the pulse illumination. That is, in the present imaging device, it is possible to compensate for the shortage of the imaging light amount by accumulating the signal charges in the photoelectric conversion unit of the imaging element.

【0015】一方、このように撮像光量が不足する場合
にその不足を補うために、ある1撮像周期当りの光電変
換で得られる少ない信号電荷を撮像素子から一旦読み出
した後にA/D変換し、数値的に積算することも考えら
れるが、このような方法では、撮像素子の出力部のノイ
ズや、撮像素子に接続されるアンプのノイズなどが前記
微弱な出力信号に加算され、これらのノイズ成分も積算
されることとなってしまい、さらに、数値積分するため
の回路も必要となり装置構成が複雑になるとともに装置
が高価となるため妥当でない。
On the other hand, in order to compensate for the shortage of the image pickup light amount in this way, a small amount of signal charge obtained by photoelectric conversion per certain image pickup cycle is once read out from the image pickup device and then A / D converted, Although it may be considered to integrate numerically, in such a method, noise of the output section of the image sensor, noise of an amplifier connected to the image sensor, etc. are added to the weak output signal, and these noise components are added. Is also added, and a circuit for numerical integration is also required, which complicates the device configuration and makes the device expensive, which is not appropriate.

【0016】これに対して、前記本発明によれば、撮像
素子の出力部やアンプのノイズが積算されることがな
く、装置を複雑化することもなく、S/N比を向上させ
ることができる。
On the other hand, according to the present invention, the noise of the output section of the image pickup device and the noise of the amplifier are not integrated, the apparatus is not complicated, and the S / N ratio is improved. it can.

【0017】さらに、請求項2の発明においては、前記
制御手段により、光電変換部に蓄積される信号電荷の量
に応じて前記電荷読出し手段又は前記照明手段が制御さ
れる。ここで、前記光電変換部に蓄積される信号電荷の
量は、前記照明手段から発生される照明光の量や、撮像
対象物からの光の量、或いは撮像素子からの出力信号の
大きさなどを計測することにより検出することができ
る。
Further, in the invention of claim 2, the control means controls the charge reading means or the illuminating means in accordance with the amount of signal charges accumulated in the photoelectric conversion section. Here, the amount of signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit is the amount of illumination light generated from the illumination unit, the amount of light from the imaging target, or the magnitude of the output signal from the imaging element. Can be detected by measuring.

【0018】そして、蓄積される信号電荷量が少ない場
合には、前記制御手段は1撮像周期内のパルス照明の数
を増加させる。したがって、本撮像装置によれば、例え
ば照明手段から出力される光量が変動してしまう場合な
どにも、自動的に常に安定した最適なレベルの画像信号
を得ることが可能となる。さらに、照明手段内の光源に
対して余分な負荷をかけることない。
When the amount of accumulated signal charges is small, the control means increases the number of pulse illuminations within one image pickup cycle. Therefore, according to the present imaging device, for example, even when the amount of light output from the illumination unit changes, it is possible to automatically obtain a stable and optimum level image signal. Furthermore, no extra load is applied to the light source in the lighting means.

【0019】また、請求項3及び請求項4の発明では、
撮像対象物は、前記請求項1及び請求項2の発明と異な
り、前記発光手段により発光され、この撮像対象物から
発生された光が撮像素子に入射され撮像が行われる。
According to the inventions of claims 3 and 4,
Different from the inventions of claim 1 and claim 2, the image pickup object is emitted by the light emitting means, and the light generated from the image pickup object is incident on the image pickup element to perform image pickup.

【0020】そして、この撮像素子の動作、及び発光手
段による撮像対象物の発光動作は、前記制御手段によ
り、前記請求項1及び請求項2の発明における撮像素子
及び照明手段と同様に制御される。
The operation of the image pickup device and the light emission operation of the image pickup object by the light emitting means are controlled by the control means in the same manner as the image pickup device and the illumination means in the inventions of the first and second aspects. .

【0021】[0021]

【実施例】本発明の実施例を図面に基いて説明する。図
1は本発明の第1の実施例に係る撮像装置の構成を示す
ブロック図であるが、同図に示すように、本実施例に係
る撮像装置は、撮像対象物13を照明する照明光を発生
する発光部11及び該発光部を制御する発光制御部12
とからなる照明装置10と、撮像光を電気信号に変換す
る撮像素子15と、照明装置10及び撮像素子15の駆
動を制御する制御装置16と、撮像素子15上に被写体
像を形成する撮像光学系14と、撮像素子15で得られ
た撮像信号に対して一定の信号処理を施す信号処理系1
7とを備える。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the image pickup apparatus according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the image pickup apparatus according to the present embodiment is an illumination light that illuminates an image pickup target 13. And a light emission control unit 12 for controlling the light emission unit.
An illumination device 10 including: an imaging device 15 that converts imaging light into an electrical signal; a control device 16 that controls driving of the illumination device 10 and the imaging device 15; and imaging optics that forms a subject image on the imaging device 15. A system 14 and a signal processing system 1 for performing constant signal processing on an image pickup signal obtained by the image pickup device 15.
7 and 7.

【0022】このように構成された本実施例に係る撮像
装置では、照明装置10により撮像対象物13の照明が
行われ、撮像光学系14により撮像素子15上に撮像対
象物13の像が形成される。該像は撮像素子15により
電気信号に変換され、信号処理系17によりレベル調整
などの信号処理が行われ、A/D変換された後、該信号
処理系17内に設けられたフレームメモリに格納され
る。
In the image pickup apparatus according to this embodiment having such a configuration, the illumination device 10 illuminates the image pickup object 13, and the image pickup optical system 14 forms an image of the image pickup object 13 on the image pickup device 15. To be done. The image is converted into an electric signal by the image pickup device 15, signal processing such as level adjustment is performed by the signal processing system 17, A / D converted, and then stored in a frame memory provided in the signal processing system 17. To be done.

【0023】そして、該画像信号は、モニタ18に出力
されて画像表示が行われたり、或いはコンピュータ19
に出力されて種々の演算処理による数値解析が行われ
る。また、本装置では、後述のように前記照明装置10
の駆動(照明光の発生)は、前記撮像素子15の駆動
(信号電荷の読出し)に同期されている。
The image signal is output to the monitor 18 for image display, or the computer 19
And numerical analysis is performed by various arithmetic processes. In addition, in the present device, as described later, the lighting device 10
Driving (generation of illumination light) is synchronized with driving of the image pickup device 15 (reading of signal charges).

【0024】また、前記撮像素子15は、図3に示すよ
うなITCCD(インターライン転送型電荷結合素子)
により構成されている。同図に示すように、本撮像素子
は、撮像光を電荷に変換する光電変換部31と、該電荷
を順次転送する垂直転送路32及び水平転送路37と、
光電変換部31以外の部分を遮光する遮光膜36とから
なる。
The image pickup device 15 is an ITC D (interline transfer type charge coupled device) as shown in FIG.
It is composed by. As shown in the figure, the present imaging device includes a photoelectric conversion unit 31 that converts imaging light into electric charges, a vertical transfer path 32 and a horizontal transfer path 37 that sequentially transfer the electric charges,
It is composed of a light shielding film 36 which shields a portion other than the photoelectric conversion portion 31.

【0025】光電変換部31で得られた信号電荷は、垂
直転送路32により垂直方向に並列に転送され、さらに
水平転送路37により直列信号として水平方向に転送さ
れた後、アンプ35を通して出力端子34から読み出さ
れる。
The signal charges obtained in the photoelectric conversion section 31 are transferred in parallel in the vertical direction by the vertical transfer path 32, and further transferred in the horizontal direction as a serial signal by the horizontal transfer path 37, and then output through the amplifier 35. It is read from 34.

【0026】図4は前記図3の受光部の拡大図である
が、同図に示すように、素子分離領域42により光電変
換部31と電荷転送路32が分離され、垂直転送路の転
送電極43,44が設けられている。遮光膜の開口部3
3を通して入射した撮像光は光電変換部31で電荷に変
換され、垂直転送路32に移送される。この移送の制御
は、トランスファーゲートMOSトランジスタ41によ
り行われ、光電変換部31から信号電荷を読み出す周期
が可変とされている。
FIG. 4 is an enlarged view of the light receiving portion shown in FIG. 3. As shown in FIG. 4, the photoelectric conversion portion 31 and the charge transfer path 32 are separated by the element isolation region 42, and the transfer electrode of the vertical transfer path is formed. 43 and 44 are provided. Opening 3 of the light shielding film
The image pickup light that has entered through 3 is converted into electric charges by the photoelectric conversion unit 31, and is transferred to the vertical transfer path 32. This transfer control is performed by the transfer gate MOS transistor 41, and the cycle of reading the signal charges from the photoelectric conversion unit 31 is variable.

【0027】図5は、図4のA−A´断面図であるが、
半導体基板52上に、転送電極43と、トランスファー
ゲートMOSトランジスタ41と、遮光膜の開口部33
と、光電変換部31とが形成されている。
FIG. 5 is a sectional view taken along the line AA 'of FIG.
On the semiconductor substrate 52, the transfer electrode 43, the transfer gate MOS transistor 41, and the opening 33 of the light shielding film.
And a photoelectric conversion part 31 are formed.

【0028】図6は、本撮像装置における照明、並びに
信号電荷の読出しのタイミングを示すタイミングチャー
トであるが、同図において、6Aは照明装置10による
照明光の発生のタイミング、6Bは光電変換部31から
垂直転送路32への電荷の移送のタイミング、6Cは垂
直転送路32の駆動のタイミング、6Dは撮像素子15
からの信号の読出しのタイミングを示し、横軸は時間を
表す。
FIG. 6 is a timing chart showing the timing of illumination and the reading of signal charges in the present image pickup device. In FIG. 6, 6A is the timing of the illumination light generated by the illumination device 10 and 6B is the photoelectric conversion section. The charge transfer timing from 31 to the vertical transfer path 32, 6C the drive timing of the vertical transfer path 32, and 6D the image sensor 15
Shows the timing of reading the signal from, and the horizontal axis represents time.

【0029】照明のタイミング6Aの波形の高い部分で
照明光がパルス発光し、その間隔Tは一定である。信号
移送のタイミング6Bの波形が高い期間に信号の移送
が、すなわち、光電変換部31からの信号電荷の読出し
が行われる。
Illumination light emits pulses at a high waveform portion of the illumination timing 6A, and the interval T is constant. The signal transfer is performed during the period when the waveform of the signal transfer timing 6B is high, that is, the signal charge is read from the photoelectric conversion unit 31.

【0030】本装置では、前述のように撮像素子15の
駆動のタイミングに照明装置10の駆動のタイミングを
同期させており、制御装置16内に設けられた不図示の
基準時間信号発生器(本実施例では、水晶発振子により
構成する)で得られた例えば数MHzの高周波信号を分
周し、光電変換部31から垂直転送路32への信号電荷
の移送のタイミング6Bを作り、該信号をさらに分周し
て30Hzの垂直同期信号を作成している。
In this device, as described above, the driving timing of the illuminating device 10 is synchronized with the driving timing of the image pickup device 15, and a reference time signal generator (not shown) provided in the control device 16 is provided. In the embodiment, the high-frequency signal of, for example, several MHz obtained by the crystal oscillator) is divided, the timing 6B of the transfer of the signal charge from the photoelectric conversion unit 31 to the vertical transfer path 32 is created, and the signal is generated. The frequency is further divided to create a vertical synchronizing signal of 30 Hz.

【0031】また、照明装置10による照明のタイミン
グ6Aは、前記垂直同期信号を3分周して作成しており
(10Hz)、これら照明光の発生及び光電変換部31
から垂直転送路32への信号移送のタイミング信号6
A,6Bは、同一の基準時間信号を分周して作成された
ものであり、時間軸上での両者の位置関係は常に一定と
なり、両パルス信号6A,6Bは同期している。
The timing 6A of illumination by the illumination device 10 is created by dividing the vertical synchronization signal by 3 (10 Hz), and the illumination light is generated and the photoelectric conversion unit 31 is used.
Signal 6 for signal transfer from the digital camera to the vertical transfer path 32
A and 6B are created by dividing the same reference time signal, the positional relationship between the two on the time axis is always constant, and both pulse signals 6A and 6B are synchronized.

【0032】また、パルス6e,6f,6gは通常の状
態では、等間隔で発生するものとし、6Bの間隔と6A
の間隔は同一の周期Tとしているが、6Bの通常の間隔
に複数の6Aの照明パルスを生じさせるものとしてもよ
い。
Further, the pulses 6e, 6f, 6g are assumed to be generated at equal intervals in a normal state, and the intervals of 6B and 6A.
Although the intervals are set to the same period T, a plurality of illumination pulses of 6A may be generated at a regular interval of 6B.

【0033】さて、本実施例の装置では、制御装置16
により光電変換部31から垂直転送路32への信号電荷
の移送パルス(トランスファーゲートMOSトランジス
タ41の駆動パルス)のうちパルス6fを休止する。こ
れにより、光電変換部31には、一の信号の読出し周期
(撮像周期)に2つのパルス照明がなされることとな
り、得られる信号電荷は通常の2倍に増加する。
In the apparatus of this embodiment, the control device 16
Thus, the pulse 6f of the transfer pulse of the signal charge from the photoelectric conversion unit 31 to the vertical transfer path 32 (driving pulse of the transfer gate MOS transistor 41) is stopped. As a result, the photoelectric conversion unit 31 is subjected to two pulse illuminations in one signal read cycle (imaging cycle), and the obtained signal charge is doubled as usual.

【0034】また、このように1撮像周期に2つのパル
ス照明で照明を行うのみならず、6f及び6gを休止す
ることにより、1撮像周期に3つのパルス照明で照明で
行うなど、任意の数のパルス照明で撮像を行うことが可
能である。したがって、本装置では、6e乃至6gの読
出し間隔では暗くて十分な画像が得られない場合にも、
1撮像周期(1読出し周期)当りの照明パルスの数を増
加させることにより適正なレベルの画像信号を得ること
が可能である。
As described above, not only illumination is performed with two pulse illuminations in one imaging cycle, but also illumination is performed with three pulse illuminations in one imaging cycle by suspending 6f and 6g. It is possible to perform imaging with the pulsed illumination. Therefore, in this device, even when a sufficient image cannot be obtained because it is dark at the read intervals of 6e to 6g,
It is possible to obtain an image signal of an appropriate level by increasing the number of illumination pulses per one image pickup cycle (one read cycle).

【0035】また、本装置では、同図6Cに示すよう
に、信号電荷転送路32,37は、前記光電変換部31
からの電荷の読出し6Bの有無にかかわらず常時駆動さ
れている。したがって、前述のように、光電変換部31
からの電荷の読出しパルス6fを休止した場合には、撮
像素子15からの信号の読出し6Dのうち、出力信号6
hは、撮像信号ではなく垂直水平転送路32,37の暗
出力信号である。この暗出力信号は、画像信号としては
不要なものであるから、信号処理系17内のフレームメ
モリに取り込まないようにしている。
Further, in this device, as shown in FIG. 6C, the signal charge transfer paths 32 and 37 are connected to the photoelectric conversion section 31.
It is always driven regardless of the presence or absence of the charge reading 6B. Therefore, as described above, the photoelectric conversion unit 31
When the pulse 6f for reading the charge from the image sensor 15 is stopped, the output signal 6 out of the signal 6D for reading the signal from the image sensor 15 is output.
h is a dark output signal of the vertical and horizontal transfer paths 32 and 37, not an image pickup signal. Since this dark output signal is unnecessary as an image signal, it is not taken into the frame memory in the signal processing system 17.

【0036】なお、撮像素子15の出力信号をすべてフ
レームメモリに取り込むものとし、有効な撮像信号6i
から、前記信号電荷転送路32,37で発生する暗出力
を差し引くように構成することもできる。
It is assumed that all the output signals of the image pickup device 15 are taken into the frame memory, and the effective image pickup signal 6i
Therefore, the dark output generated in the signal charge transfer paths 32 and 37 can be subtracted.

【0037】また、撮像素子として前記図3乃至図5に
示したITCCD(インターライン転送型電荷結合素
子)に代え、FTCCD(フレームインターライン電荷
結合素子)を用いることもできる。図7は、該FTCC
Dの構成を示す模式図であるが、このFTCCDは、信
号電荷を垂直に転送する垂直CCD71と信号電荷を水
平方向に転送する水平CCD72とを備えており、同図
では7本の垂直CCDを示し、電荷の転送方向を矢印で
示している。
Further, as the image pickup device, an FTCCD (frame interline charge coupled device) can be used instead of the ITCCD (interline transfer type charge coupled device) shown in FIGS. 3 to 5. FIG. 7 shows the FTCC.
Although it is a schematic diagram showing the configuration of D, this FTCCD is provided with a vertical CCD 71 that vertically transfers signal charges and a horizontal CCD 72 that horizontally transfers signal charges. The charge transfer direction is indicated by an arrow.

【0038】図8は図7のB−B´断面図であるが、こ
のFTCCDは、前記図3乃至図5に示したITCCD
と異なり、光電変換部が独立して存在しておらず、2層
の電極が設けられ、埋め込みチャネル型CCDにより垂
直転送路及び水平転送路を形成するため、半導体基板8
3と異なる伝導型の拡散層84が形成されている。そし
て、電極81,82に印加する電圧により該電極81,
82下にポテンシャル井戸を形成し、信号電荷の蓄積と
転送とを行う。
FIG. 8 is a sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 7. This FTCCD is the ITCCD shown in FIGS. 3 to 5.
Unlike the above, the photoelectric conversion part does not exist independently, two layers of electrodes are provided, and the vertical transfer path and the horizontal transfer path are formed by the embedded channel type CCD.
A diffusion layer 84 having a conductivity type different from that of No. 3 is formed. Then, the voltage applied to the electrodes 81, 82 causes the electrodes 81, 82 to
A potential well is formed under 82 to store and transfer signal charges.

【0039】このFTCCDを用いる場合、本実施例で
は、CCDの裏面から撮像光を入射させるが、半導体基
板中に入った撮像光は、電子及びホールを発生させる。
基板83の伝導型及び電極81,82の電圧により一方
の電荷が電極下のポテンシャル井戸に蓄積され、この蓄
積された電荷が撮像信号となる。このように、本CCD
は、撮像信号の転送部と、光電変換による電荷の蓄積部
とが同一部位であるから、前記ITCCDと比べ、光電
変換を行わせる最小単位である画素サイズを小さくする
ことができ、空間解像度を上げることができる。
In the case of using this FTCCD, in this embodiment, the image pickup light is made incident from the back surface of the CCD, but the image pickup light entering the semiconductor substrate produces electrons and holes.
Depending on the conductivity type of the substrate 83 and the voltage of the electrodes 81 and 82, one charge is accumulated in the potential well below the electrode, and this accumulated charge serves as an imaging signal. In this way, this CCD
Since the image signal transfer section and the charge storage section by photoelectric conversion are the same part, the pixel size, which is the minimum unit for performing photoelectric conversion, can be made smaller than the ITCCD, and the spatial resolution can be improved. Can be raised.

【0040】ところで、このようなFTCCDでは、前
記ITCCDと異なり、光電変換部で変換された信号電
荷を垂直転送路へ移送するか否かの制御を行うトランス
ファーゲートMOSトランジスタが存在しないので、そ
の駆動方法が前記ITCCDとは異なる。
By the way, unlike the ITCCD, such an FTCCD does not have a transfer gate MOS transistor for controlling whether or not the signal charges converted by the photoelectric conversion section are transferred to the vertical transfer path. The method is different from the IT CCD.

【0041】そこで、この駆動方法を図9に基づいて説
明する。同図において、9Aは照明装置からの照明光の
発生のタイミングを、9Bは電荷転送路の駆動のタイミ
ングを、9Cは素子からの信号の読出しのタイミングを
示し、横軸は時間を表す。照明のタイミング9Aは、前
記図6と同様に波形の高い部分で照明光がパルス発光
し、その間隔Tは一定である。
Therefore, this driving method will be described with reference to FIG. In the figure, 9A shows the timing of generation of illumination light from the lighting device, 9B shows the timing of driving the charge transfer path, 9C shows the timing of reading signals from the elements, and the horizontal axis represents time. At the illumination timing 9A, the illumination light emits pulses in a high waveform portion as in FIG. 6, and the interval T is constant.

【0042】本撮像素子を用いる場合、照明のタイミン
グに比較して高速で且つ照明と同期して信号電荷の転送
を行っており、同図の9d乃至9fが駆動パルスの発生
の様子を模式的に示している。
When the present image pickup device is used, signal charges are transferred at a higher speed compared with the timing of illumination and in synchronization with the illumination, and 9d to 9f in the figure schematically show how drive pulses are generated. Is shown in.

【0043】ここで、例えば、照明のタイミング9Aに
同期した状態で一連の駆動パルス9eを休止することに
より図8の垂直CCDのポテンシャル井戸には、照明光
パルス2回分の信号電荷を蓄積することができ、この画
像信号は図9の出力9gとして得られる。
Here, for example, by suspending a series of drive pulses 9e in a state synchronized with the illumination timing 9A, signal charges for two illumination light pulses are accumulated in the potential well of the vertical CCD in FIG. This image signal is obtained as the output 9g in FIG.

【0044】このように、前記撮像素子としてFTCC
Dを用いても本発明の撮像装置を構成することができ
る。
As described above, the FTCC is used as the image pickup device.
The image pickup apparatus of the present invention can be configured by using D.

【0045】さらに、同様に、前記撮像素子として、F
ITCCD(フレームインターライン転送型電荷結合素
子)やMOS型撮像素子を代表とするX−Yアドレス型
撮像素子などを用いることもできる。
Further, similarly, as the image pickup device, F
It is also possible to use an ITCD (frame interline transfer type charge coupled device) or an XY address type image pickup device represented by a MOS type image pickup device.

【0046】また、本撮像装置に、照明装置から発生さ
れる照明光の量や、撮像対象物からの光の量、或いは撮
像素子からの出力信号の大きさなどを計測する装置を設
け、制御装置は、該装置からの検出信号に基づいて、光
電変換部に蓄積される信号電荷の量を判断し、その量に
応じて撮像素子の駆動(電荷の読出し)を制御するもの
とすることもできる。
Further, the present image pickup apparatus is provided with a device for measuring the amount of illumination light generated from the illumination device, the amount of light from the image pickup object, the magnitude of the output signal from the image pickup device, etc. The device may determine the amount of signal charge accumulated in the photoelectric conversion unit based on a detection signal from the device, and control the driving of the image pickup device (reading of the charge) according to the amount. it can.

【0047】このように構成することにより、撮像素子
の光電変換部に蓄積される信号電荷量が少ない場合に
は、1撮像周期内のパルス照明の数を増加させること
で、自動的に常に安定した最適なレベルの画像信号を得
ることが可能となる。
With this configuration, when the amount of signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit of the image pickup device is small, the number of pulse illuminations within one image pickup cycle is increased to automatically stabilize the signal. It is possible to obtain the optimum level image signal.

【0048】図2は本発明の第2の実施例に係る撮像装
置の構成を示すブロック図である。本実施例の撮像装置
は、前記第1の実施例に係る撮像装置と同様に、撮像対
象物23を照明する照明光を発生する発光部21及び該
発光部21を制御する発光制御部22とからなる照明装
置20と、撮像光を電気信号に変換する撮像素子25
と、照明装置20及び撮像素子25の駆動を制御する制
御装置26と、撮像素子25上に被写体像を形成する撮
像光学系24と、撮像素子25で得られた撮像信号に対
して一定の信号処理を施す信号処理系27とを備えてい
る。
FIG. 2 is a block diagram showing the arrangement of an image pickup apparatus according to the second embodiment of the present invention. The image pickup apparatus according to the present embodiment includes a light emitting unit 21 that emits illumination light that illuminates an image pickup target 23 and a light emission control unit 22 that controls the light emitting unit 21, as in the image pickup apparatus according to the first embodiment. And an image pickup device 25 for converting image pickup light into an electric signal.
A control device 26 for controlling the drive of the illumination device 20 and the image pickup device 25, an image pickup optical system 24 for forming a subject image on the image pickup device 25, and a constant signal with respect to the image pickup signal obtained by the image pickup device 25. And a signal processing system 27 for processing.

【0049】一方、本実施例の撮像装置は、前述のよう
に照明装置の駆動(照明光の発生)が撮像素子の駆動
(信号電荷の読出し)に同期されていた前記第1の実施
例の撮像装置と異なり、逆に照明装置20の駆動に同期
されて撮像素子25が駆動されるものである。
On the other hand, in the image pickup apparatus of the present embodiment, as described above, the driving of the illuminating apparatus (generation of illumination light) is synchronized with the driving of the image pickup element (reading of the signal charge). On the contrary, unlike the imaging device, the imaging device 25 is driven in synchronization with the driving of the illumination device 20.

【0050】このように、照明装置20の駆動に同期し
て撮像素子25を駆動するものとしても前記第1の実施
例の撮像装置と同様に、常に一定のレベルの画像信号得
られる撮像装置を構成することができる。
As described above, even if the image pickup device 25 is driven in synchronization with the drive of the illumination device 20, an image pickup device which can always obtain an image signal of a constant level is provided as in the image pickup device of the first embodiment. Can be configured.

【0051】また、前記第1及び第2の実施例では、照
明装置を設け、該照明装置により撮像対象物を照明して
撮像を行うものとしたが、このように照明装置の代わり
に、撮像対象物自体を発光させる発光装置を設けるもの
とすることもできる。この場合には、前記照明装置の駆
動と同様に、該発光装置の駆動を行うことにより、前記
第1及び第2の実施例と同様に、常に安定した最適なレ
ベルの画像信号を得ることができる。
Further, in the first and second embodiments, the illuminating device is provided, and the illuminating device illuminates the object to be imaged to take an image. However, instead of the illuminating device, the imaging is performed. A light emitting device that emits light from the object itself may be provided. In this case, by driving the light emitting device in the same manner as driving the lighting device, it is possible to always obtain a stable and optimum level image signal, as in the first and second embodiments. it can.

【0052】なお、本撮像装置において、撮像素子は常
温(20°C程度)でも使用が可能であるが、照明光の
照度が低い場合や、撮像光学系が暗い場合、撮像対象物
での照明光の吸収量が多い場合など、撮像素子への入射
光量が少ないために光電変換部で信号電荷の蓄積を長時
間に亙って行う場合、或いは図9のように撮像素子内部
での信号電荷転送路及び信号電荷読出し手段の駆動を停
止させる場合には、撮像素子を冷却し、暗電流(熱的に
励起される電荷による電流)を下げることが望ましい。
In this image pickup apparatus, the image pickup element can be used even at room temperature (about 20 ° C.), but when the illuminance of illumination light is low or the image pickup optical system is dark, the image pickup object is illuminated. When the amount of light incident on the image sensor is small, such as when the amount of light absorbed is large, the photoelectric conversion unit accumulates the signal charge for a long time, or as shown in FIG. 9, the signal charge inside the image sensor is increased. When the driving of the transfer path and the signal charge reading means is stopped, it is desirable to cool the image sensor and reduce the dark current (current due to the thermally excited charges).

【0053】また、前記図3に示す撮像素子では、遮光
膜を設けているが、信号電荷転送の期間及び信号電荷の
読出し期間に撮像光が入射しないような(照明光が発光
しないような)タイミングを設定することにより、遮光
膜を省くことが可能となり、これによれば、撮像素子の
製造が簡略化され、さらに光電変換部の面積を大きくす
ることにより装置の感度を向上させることができる。
Further, in the image pickup device shown in FIG. 3, the light shielding film is provided, but the image pickup light does not enter (the illumination light does not emit) during the signal charge transfer period and the signal charge read period. By setting the timing, it is possible to omit the light-shielding film, which simplifies the manufacturing of the image pickup device and further increases the area of the photoelectric conversion unit to improve the sensitivity of the device. .

【0054】[0054]

【発明の効果】以上詳述したとおり、本発明に係る撮像
装置よれば、常に安定した最適なレベルの画像信号が出
力され画像フィールド毎のむらのない良質の画像を容易
に得ることができる。
As described in detail above, according to the image pickup apparatus of the present invention, a stable and optimum level image signal is always output and a high-quality image having no unevenness in each image field can be easily obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例に係る撮像装置の構成を
示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an image pickup apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例に係る撮像装置の構成を
示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an image pickup apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例の撮像装置に設けられる
撮像素子の構成の一部を模式的に示す平面図である。
FIG. 3 is a plan view schematically showing a part of the configuration of the image pickup device provided in the image pickup apparatus of the first embodiment of the present invention.

【図4】図3の撮像素子の受光部の一部を拡大して示し
た平面図である。
FIG. 4 is a plan view showing an enlarged part of a light receiving portion of the image pickup device of FIG.

【図5】図3のA−A´断面図である。5 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.

【図6】前記第1の実施例の撮像装置の駆動のタイミン
グを示す線図である。
FIG. 6 is a diagram showing a drive timing of the image pickup apparatus of the first embodiment.

【図7】前記第1の実施例の撮像装置の撮像素子として
用いられる別の撮像素子の構成の一部を模式的に示す平
面図である。
FIG. 7 is a plan view schematically showing a part of the configuration of another image sensor used as the image sensor of the image pickup apparatus of the first embodiment.

【図8】図7のB−B´断面図である。8 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG.

【図9】前記第1の実施例の撮像装置の撮像素子として
別の撮像素子を用いた場合の駆動のタイミングを示す線
図である。
FIG. 9 is a diagram showing a drive timing when another image pickup device is used as the image pickup device of the image pickup apparatus of the first embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 照明装置 11 発光部 12 発光制御部 13 撮像対象物 14 撮像光学系 15 撮像素子 16 制御装置 17 信号処理系 18 モニタ 19 コンピュータ 31 光電変換部 32,71 垂直転送路 33 開口部 34,74 出力端子 35,73 アンプ 36 遮光膜 37,72 水平転送路 41 トランスファーゲートMOSトランジスタ 42 素子分離領域 43,44,81,82 電極 51 光電変換部拡散領域 52,83 半導体基板 53,84 埋め込みCCD拡散領域 尚、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Illumination device 11 Light emission part 12 Light emission control part 13 Imaging target object 14 Imaging optical system 15 Imaging device 16 Control device 17 Signal processing system 18 Monitor 19 Computer 31 Photoelectric conversion part 32,71 Vertical transfer path 33 Opening part 34,74 Output terminal 35, 73 Amplifier 36 Light-shielding film 37, 72 Horizontal transfer path 41 Transfer gate MOS transistor 42 Element isolation region 43, 44, 81, 82 Electrode 51 Photoelectric conversion part diffusion region 52, 83 Semiconductor substrate 53, 84 Embedded CCD diffusion region In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 撮像対象物からの光を電荷に変換する光
電変換部、及び該光電変換部で得られた電荷を読み出す
電荷読出し手段を有する撮像素子と、 撮像対象物を一定時間照明するパルス状の照明光を発生
する照明手段と、 前記光電変換部からの電荷の読み出しの1周期内に少な
くとも1つのパルス照明光が発生されるように前記電荷
読出し手段又は前記照明手段の駆動を制御する制御手段
と、 を備えた撮像装置。
1. A photoelectric conversion unit for converting light from an object to be imaged into an electric charge, and an image pickup device having a charge reading unit for reading out the electric charge obtained by the photoelectric conversion unit; and a pulse for illuminating the object to be imaged for a certain period of time. And a driving means for controlling the charge reading means or the illuminating means so that at least one pulsed illuminating light is generated within one cycle of reading charges from the photoelectric conversion unit. An image pickup apparatus comprising: a control unit.
【請求項2】 前記制御手段は、前記光電変換部に蓄積
される信号電荷の量に応じて前記電荷読出し手段又は前
記照明手段を制御するものである請求項1に記載の撮像
装置。
2. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the control unit controls the charge reading unit or the illumination unit according to an amount of signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit.
【請求項3】 撮像対象物からの光を電荷に変換する光
電変換部、及び該光電変換部で得られた電荷を読み出す
電荷読出し手段を有する撮像素子と、 撮影対象物を一定時間発光させる発光手段と、 前記光電変換部からの電荷の読み出しの1周期内に少な
くとも1回前記撮像対象物が発光するように前記電荷読
出し手段又は前記発光手段の駆動を制御する制御手段
と、 を備えた撮像装置。
3. An image sensor having a photoelectric conversion unit for converting light from an object to be imaged into an electric charge, and a charge reading unit for reading out the electric charge obtained by the photoelectric conversion unit, and light emission for causing the object to be imaged to emit light for a certain period of time. And a control unit that controls the drive of the charge reading unit or the light emitting unit so that the imaging target emits light at least once within one cycle of reading the charge from the photoelectric conversion unit. apparatus.
【請求項4】 前記制御手段は、前記光電変換部に蓄積
される信号電荷の量に応じて前記電荷読出し手段又は前
記発光手段を制御するものである請求項3に記載の撮像
装置。
4. The image pickup apparatus according to claim 3, wherein the control unit controls the charge reading unit or the light emitting unit according to an amount of signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit.
JP5165897A 1993-03-15 1993-06-14 Image pickup device Pending JPH06350919A (en)

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