JPH088667B2 - 高速度撮像カメラ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は固体撮像素子を使用した高速度撮像カメラに
関する。

〔従来の技術〕

ホームビデオや工業用に広く使われているMOSやCCD形
固体撮像素子を用いたビデオカメラの高速度撮像の手段
としては水平・垂直駆動周波数を増加し、高速度で走査
し順次読み出す方式がある。また画面を複数のブロック
に分け、各ブロック内の光電変換素子列を並列に同時に
走査することを各ブロックについて順次に行って高速度
を得る方式もある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した公知の読み出し方式において （１） 上記第１の方式は標準テレビ方式と同様な読み
出し方式であり固体撮像素子を高速度に駆動する。実用
的な画素数として25万個素以上を考えると走査回路を構
成するMOSシフトレジスタは段数が多くなり、クロック
周波数の走査速度に比例して高くなる。その結果、クロ
ック回路の配線容量の増加やクロックパルス自体の立ち
上がり時間が影響し、シフトレジスタが追従しなくな
る。さらにMOS形の場合、水平・垂直信号線容量に起因
する問題、またCCD形の場合は転送効率の低下により高
速走査に限界がある。

（２） 上記第２の方式は例えば公表特許昭56-501704
号公報に示されているように、１つの画面を複数のブロ
ックに分割し、１つのブロックにおける全ての光電変換
素子列を並列に同時に読み出し、以後複数のブロックを
順次読み出す方式である。然るにこの方法では、ブロッ
ク内の全ての光電変換素子列を並列に同時に走査する機
能と走査された全ての信号を並列に同時に取りだすため
の多数の機構と、増幅・処理回路とを備えた特殊な固体
撮像素子を必要とする。さらに信号を読み出した後の記
録のための電子的手段が複雑になり、且つ製造上の困難
を伴う。

従って上述した従来技術における上記第１の方式では
標準テレビ（標準テレビの走査速度は60または50フィー
ルド・毎秒）の走査速度の２〜３倍の走査が限界であ
り、これ以上の高速度走査は標準テレビ用固体撮像素子
を使用することによって得ることは不可能であった。ま
た、上記第２方式では、特殊な固体撮像素子を必要とす
る欠点があった。

本発明は、標準テレビの３倍以上の高速度走査を標準
テレビ用固体撮像素子を使用して達成し、前述の欠点を
解決した低価格の高速度ビデオカメラを提供することを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の高速度撮像カメラは、複数の光電変換素子列
を夫々有する第1,第２の固体撮像素子と、この第1,第２
の固体撮像素子に互に等しく被写体を投影する機構と、
上記第１の固体撮像素子における上記複数の光電変換素
子列における任意の複数列を垂直クロックパルスに同期
して走査する第１の走査機構と、上記走査される第１の
固体撮像素子における列とは異なる任意の複数列に対応
する上記第２の固体撮像素子における光電変換素子の複
数列を上記第１の走査機構の作動に同期して走査する第
２の走査機構と、上記第1,第２の走査機構から得た信号
を１つの画面に合成する機構とより成り、上記各走査機
構は上記任意の複数列を走査した後直ちにこの列に接し
ない他の複数列を走査するため水平クロックパルスに相
当する速さの高周波クロックで移動されることを特徴と
する。

また、本発明の高速度撮像カメラは、複数の光電変換
素子列を夫々有する第1,第2,第３の固体撮像素子と、こ
の第1,第2,第３の固体撮像素子に互に等しい被写体を投
影する機構と、上記第１の固体撮像素子における上記複
数の光電変換素子列における任意の複数列を垂直クロッ
クパルスに同期して走査する第１の走査機構と、上記第
１の固体撮像素子における列とは異なる任意の複数列に
対応する上記第２の固体撮像素子における光電変換素子
の複数列を上記第１の走査機構の作動に同期して走査す
る第２の走査機構と、上記第1,第２の固体撮像素子にお
ける上記第1,第２の走査機構が走査する上記光電変換素
子の列とは異なる任意の複数列と対応する上記第３の固
体撮像素子における光電変換素子の複数列を上記第1,第
２走査機構の作動に同期して走査する第３の走査機構
と、上記第1,第2,第３の走査機構から得た信号を１つの
画面に合成する機構とより成り、上記各走査機構は上記
任意の複数列を走査した後直ちにこの列に接しない他の
複数列を走査するため水平クロックパルスに相当する速
さの高周波クロックで移動されることを特徴とする。

〔作用〕

本発明の高速度撮像カメラにおいては、夫々の固体撮
像素子に互に等しく被写体が投影され、この夫々の固体
撮像素子における光電変換素子列が夫々に対応する走査
機構によって同時に走査され、この走査される各固体撮
像素子における光電変換素子列は互に対応しない任意の
複数のものとされ、得られた各信号から１つの画面が合
成されるようになる。

〔実施例〕

以下図面によって本発明の実施例を説明する。

第１図は２個の固体撮像素子を使用した本発明の高速
度撮像カメラの基本ブロック図である。

第１図において、１は被写体、2aは入射光を２個の固
体撮像素子3a・3bに分ける光学装置、例えばハーフミラ
ー、2bは全反射ミラー、4a・4bは各固体撮像素子3a・3b
からの信号を読み出し、増幅処理する取り出し・増幅・
処理回路、５はこの回路4a・4bからの信号を合成し、１
つの画面とするための機能を含む合成回路である。

第２図（ａ），（ｂ）は夫々第１図における固体撮像
素子3a・3bを分割走査している状況を示す。分割走査し
得る標準的な固体撮像素子としては、例えばTSL（Trans
versal Signal Line）MOS形撮像素子がある。このよう
な固体撮像素子に関しては、例えばテレビジョン学会技
術報告、ED87-11,1987年発行“可変電子シャッタ付きTS
L撮像素子”に詳細に述べられている。この撮像素子は
マトリックス状に配置された光電変換素子からの信号を
夫々読み出すために、垂直シフトレジスタに高い周波数
のクロック信号を供給して読み出し不要なラインの走査
時間を実質的に零にすることが出来る。

第２図（ａ）において、固体撮像素子3aは撮像面の上
部領域、即ち走査線１〜120までは垂直シフトレジスタ
に垂直クロックパルスを入力し、例えば通常のNTSC方式
の場合のフィールド走査時間に相当する速度で走査す
る。走査線121に対応するタイミングでは垂直シフトレ
ジスタにリセットパルスを入力することにより、上記シ
フトレジスタをクリアし強制的に且つ瞬間的に走査を走
査線１にもどす。この結果撮像面の下部領域、即ち斜線
部分の走査線121〜240は走査されないことになり、固体
撮像素子3aの走査時間は全撮像面を標準テレビの走査速
度で走査する場合に比べて、当然1/2となる。

これに対して、第２図（ｂ）において固体撮像素子3b
は斜線部分、即ち走査線１〜120までは、走査線１に対
応するタイミングで垂直シフトレジスタに水平クロック
パルスを入力し、走査線120に対応するタイミングまで
は高速で走査する。通常垂直クロックパルスは15.75KHz
であるのに対して、水平クロックパルスはこれより数MH
z以上高い周波数である。したがって高速走査に要する
時間は瞬間であり、実質的に無視できる。つぎに、上記
垂直シフトレジスタの走査線121に対応するタイミング
に至った時点で上記垂直シフトレジスタに垂直クロック
パルスを入力することにより、撮像面の下部領域、即ち
走査線121〜240を標準テレビの走査速度で走査する。こ
の結果、固体撮像素子3bの走査時間も固体撮像素子3aの
場合と同様全撮像面を標準テレビの走査速度で走査する
場合に比べて1/2となる。この両信号は取り出し・増幅
・処理回路4a・4bにて適正な信号レベルに整えられ、一
つの画面とするための記録機能を含む合成回路５にて合
成される。

以上、固体撮像素子3a,3bを上部領域、下部領域の２
つの領域に分割して、その各々の走査領域を相互に重複
しないように走査する実施例について詳細に説明した
が、第３図（ａ），（ｂ）に示す如く複数の走査領域と
走査不要領域（斜線部分）とを交互に設け、且つ固体撮
像素子3a,3bの対応する領域を相互に重複しないように
分割して走査することも可能である。この例では走査不
要領域の読み出し動作は前述した如く垂直シフトレジス
タに水平クロックパルスを供給し実質的に走査時間を零
にし、走査領域では再び標準テレビ走査速度で走査する
ことにより、全撮像面を例えば1/120秒、即ち標準テレ
ビ走査速度の２倍の高速度で読み出すことが出来る。

第４図は３個の固体撮像素子3a〜3cを使用する別の実
施例を示す。この例では各固体撮像素子3a,3bおよび3c
は走査線１〜80,81〜160,および161〜240の如く分割走
査する。ここで標準テレビ走査速度で各領域を走査すれ
ば、合成後は３倍の高速度が、また標準テレビの２倍の
走査速度で各領域を走査すれば、合成後は６倍の高速度
が得られることは容易に理解される。

本発明は同様にして４個以上の固体撮像素子と用い、
その光電変換素子列を４つ以上のブロックに分割する場
合にも適用できるが、あまりその数が増えるとコストが
上昇し、且つハードウエヤが複雑になる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、固体撮像素子として標準テレビ用の
素子が使用出来、従来装置のような特殊な固体撮像素子
を使用せずに高速度ビデオカメラを得ることが出来る大
きな利益がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高速度撮像カメラの基本ブロック図、
第２図〜第４図は夫々分割走査の状況を示す説明図であ
る。 １……被写体、2a……ハーフミラー、2b……全反射ミラ
ー、3a,3b……固体撮像素子、4a,4b……取り出し・増幅
・処理回路、５……合成回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の光電変換素子列を夫々有する第1,第
   ２の固体撮像素子と、この第1,第２の固体撮像素子に互
   に等しく被写体を投影する機構と、上記第１の固体撮像
   素子における上記複数の光電変換素子列における任意の
   複数列を垂直クロックパルスに同期して走査する第１の
   走査機構と、上記走査される第１の固体撮像素子におけ
   る列とは異なる任意の複数列に対応する上記第２の固体
   撮像素子における光電変換素子の複数列を上記第１の走
   査機構の作動に同期して走査する第２の走査機構と、上
   記第1,第２の走査機構から得た信号を１つの画面に合成
   する機構とより成り、上記各走査機構は上記任意の複数
   列を走査した後直ちにこの列に接しない他の複数列を走
   査するため水平クロックパルスに相当する速さの高周波
   クロックで移動されることを特徴とする高速度撮像カメ
   ラ。
2. 【請求項２】複数の光電変換素子列を夫々有する第1,第
   2,第３の固体撮像素子と、この第1,第2,第３の固体撮像
   素子に互に等しい被写体を投影する機構と、上記第１の
   固体撮像素子における上記複数の光電変換素子列におけ
   る任意の複数列を垂直クロックパルスに同期して走査す
   る第１の走査機構と、上記第１の固体撮像素子における
   列とは異なる任意の複数列に対応する上記第２の固体撮
   像素子における光電変換素子の複数列を上記第１の走査
   機構の作動に同期して走査する第２の走査機構と、上記
   第1,第２の固体撮像素子における上記第1,第２の走査機
   構が走査する上記光電変換素子の列とは異なる任意の複
   数列と対応する上記第３の固体撮像素子における光電変
   換素子の複数列を上記第1,第２走査機構の作動に同期し
   て走査する第３の走査機構と、上記第1,第2,第３の走査
   機構から得た信号を１つの画面に合成する機構とより成
   り、上記各走査機構は上記任意の複数列を走査した後直
   ちにこの列に接しない他の複数列を走査するため水平ク
   ロックパルスに相当する速さの高周波クロックで移動さ
   れることを特徴とする高速度撮像カメラ。