JPS59104871A - 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】 （技術分野） 本発明は固体撮像素子を用いたビデオ・カメラ又はテレ
ビ・カメラ等の撮像装置の改良に関する。

（従来技術） 従来、第１図に示す如く移動物体１などの像全撮影レン
ズ２によって、ＣＣＤやＭＯＳ等のエリア・センサー３
の受光面に結像した後、これらエリア・センサに形成さ
れた画像情報を標準テレビ信号に同期して読み出す事に
より、記録又はモニターに適したビデオ映像信号６ａを
得る事が行なわれている。尚、図中５はエリアセンサの
駆動回路であり、６は信号処理回路、７はモニター装置
である。

そしてこの様々装置に用いられる固体撮像素子は第２図
に示す様な半導体結晶から成るウェハー８上に種々のプ
ロセスを経て複数個同時に形成された後、切断されて個
々のチップ９となるが、集積化技術の進歩に伴って１チ
ツプの大きさは小さくし得るものの、解像度を向上させ
る為には１チツプに含壕れる画素数を多くしなければな
らないので、１チツプの画面サイズが大きくなり、自ず
と１枚のウエノ・−から取れるチップ数には限度が生じ
てしまう。

従って高解像度を要求されるビデオ・カメラ等に採用さ
れるイメージ・センサにはＩＣ化によるメリットが生じ
ず、その為エリア・センサのチップ価格を低下させる為
にはウニノー−自体の価格を下げる他ないと考えられて
いる。

而も回路系の集積化磁気記録媒体等のコンパクト化、低
廉化に伴って上記のチップ価格が撮像装置全体の製造コ
ストの中で大きな割合を占めつつある。

（目　　的） 本発明はこの様な従来技術の問題を簡単な構成で解消し
得る新規々撮像装置を提供する事を目的とするものであ
って、チップの歩留りを大幅にアップし得ると共に高解
像度化を簡単に実現し得る撮像装置を提供する事を目的
としている０ （実施例） 以下本発明を実施例に基づき詳細に説明する。

本発明では前述のような目的を達成する為に従来のよう
な１画面分のエリア・センサの代わりに画面の一部のみ
を撮像し得る分割されたセンサを用い、この分割された
センサの受光領域に順次画面を結像させる事によって結
果的に１画面分の画像信号を得る様にしているので、先
ずセンサのチップ・サイズを第３図示の如く小型化でき
、従って歩留りが上がり、センサひいては撮像装置全体
の価格が低下する。換言すれば同じ歩留りで画素数の大
きなセンサが得られるので高解像度の画像が得られる。

従って低価格でありながら高解像度を達成し得るという
効果が得られる。例えば類インチタイプのＣＣＤの現状
では水平方向の画素数は４００〜５００ビット前後であ
るのに対し、この２倍の解像度を有する１０００ビツト
のライン・センサの価格は前者の価格の数十分の−に過
ぎない。

又、本発明の実施例では分割されたイメージ・センサと
して画面の一辺に略対応する長さの帯状のセンサを用い
ているので、ファクシミリ技術と同様とのセンサの長手
方向と垂直な方向にセンサ又は光学系を１“回走査させ
るだけで１画面分の情報が得られ、複雑な走査機構が簡
略化される。

又、本発明の実施例ではイメージ・センサとしてＳ　Ｉ
　Ｔ　（５ｔａｔｉｃ　Ｉｒ＋ｒｌｕｃｔｉｏｎ　Ｔｒ
ａｎｓｉｓｔｏｒ　）等を用いた高感度撮像素子を採用
しているので標準テレビ信号に同期した高速での走査に
よっても大きな％が得られ、外部増巾器による構成に比
べて良好外画質を得る事ができる。

又、本実施例ではライン・センサの感度を補なう為に回
転記録媒体の１トラツクに１フイ一ルド分の信号を記録
すると共に、媒体の１回転につき１本の走査線を記録す
る事により、各走査線につき充分な信号レベルが得られ
るようにしている。

以下、実施例を詳細に説明する。

第４図（ａ）　、　（ｂ）　、　（Ｃ）はこの様に本発
明の第１実施例の構成例を示す模式図で、同図（ａ）は
光学的な走査機構の一例を示す模式図である。図中１０
は帯状のイメージセンサであってＣＯＤ％ＢＢＤ或いは
ＭＯＳ型のセンサであっても良いが、望ましくは電位障
壁による多数キャリア注入量制御を動作原理とするＳ　
Ｉ　Ｔ　（Ｓｔａｔｉｃ　ＩｎｄｕｃｔｉｏｎＴｒａｎ
ｓｉｓｔｏｒ　）　　をイメージ・センサとして用い、
該ＳＩＴのゲート部に於て光入射による励起キャリアを
蓄積する様構成する。これにより増巾機能を有し、かつ
非破壊読み出しが可能な高感度、広ダイナミツクレンジ
のセンサが得られ、低輝度の被写体に対しても明るい画
像情報が得られる。

尚、この様なフォト・センサについては昭和５６年８月
２８日に発表されたテレビジョン学会報告第５３頁〜第
５８頁に示されている。１１け被写体、１２はスキャン
用の光学系としてのミラーである。このミラーは不図示
のモータ等駆動源により所定の角度範囲を所定の周期、
例えば標準テレビ信号の垂直同期信号に同期した周期で
回動する。

例えばＮＴＳＣ信号の場合は画面を規定する所定角度範
囲を４゜秒で回動する如く設定される０ 尚、１３は予定焦点面、１６はこれと共役な面である。

第４図６）は同図（ａ）の如き光学的走査手段の他の実
施例を示す図である。１７はコリメート光学系であって
、被写体からの光を所定の巾を有する平行光に変換する
。

又、該コリメート光学系は焦点距離を調整する為の焦点
調整光学系１７を有すると共に、被写体布の距離を測定
する測距手段１７０の出力によって該焦点調整光学系１
７を制御し、常にその出力に平行光が得られる様構成さ
れでいる。

１８は公知のバルク型のＡＯ（音響−光学）光偏向器で
あって、入力される制御入力周波数に応じて内部に振動
を発生し、この振動によって入射光に対してブラッグ回
折を起こすものである。

ここでラインセンサ１０の巾と偏向器１８内の回折縞子
のピッチ範囲とを適宜設定すると共に１　ライン・セン
サ１０の配列方向と偏向器内の振動方向とを一致させれ
ば、ライン・センサｌＯには被写体からの光の内、偏向
器１８を介して所定角度回折した光のみが結像光学系２
１を介して入射結像する。

従って、前記偏向器１８に入力される駆動周波数を漸次
変化させる事によって、ライン・センサー１０による被
写体の走査が可能となる。

本発明では、この駆動周波数として発振器２２の出力を
、標準テレビジョン信号の垂直同期信号に同期した同期
信号発生回路２０の出力により周波数変調器１９で周波
数変調する事により、１画面を標準テレビジョン信号の
１垂直走査線期間で走査する事ができるようにしている
。

第４図（ｃ）は撮像素子１０自身を走査させる例であっ
て、例えばラック１５に素子１０を固定し、不図示のモ
ーター又はスプリングにより駆動されるピニオン１４に
よってこのラックを移動させる事により画像信号を得る
。この際、第４図（ａ）と同様に画面を規定する所定範
囲を走査するのに要する時間が標準テレビジョン信号の
１垂直走査期間に相当する如く同期をとる。

尚、この場合撮像素子１０は比較的径の大きな回転体の
表面に設置しても良い。

又、第４図（ａ）、　（ｃ）の如き構成では像のスキャ
ンに伴って光軸から離れた位置の画像が歪みを生じる場
合があるので、これを補正する為の光学系を撮像光学系
に関連して設けても良い。或いは上記の如き歪を補正す
る為に出力信号の処理プロセス中に補正回路を設けても
良い。

この様に本発明の実施例では標準テレビ信号に同期した
ビデオ映像信号を得る為の撮像装置に於て、撮像すべき
像の一部のみを電気的像信号に変換するフォト・センサ
を用いると共に、該センサと像との相対的位置関係を移
動させる走査手段を設ける事により、少ない画素数でも
高解像度の画像信号を得る様にしている。又、この様な
少ない画素数のセンサを用いる事によりセンサの歩留り
を高め、装置の低価格化を促進し得る。

又、センサを帯状に配列すると共に、とのセンサが画面
の一辺に対応する長さを有する様構成する事によって前
記走査手段の走査方向を一方向にする事ができ、構成を
簡略化し得る１等多くの効果を有する。

尚、本実施例ではライン・センサを構成する半導体デバ
イスとしてＳＩＴの如き高感度のものを用いているが、
通常のＣＣＤやＭＯＳタイプのデバイスを用いた場合の
例を第５図以降説明する。

第５図は本発明の撮像装置の第２の実施例の模式図であ
って、２３は例えば６つの面を有するポリゴンミラーで
あって、不図示の撮像レンズからの光をライン・センサ
１００に導びく。

２４はこのミラーを所定の角速度で回転駆動する為のス
テップモータ、２５はこのモータ２４の駆動回路である
。ミラー２３の軸の一部には例えば磁石等から成るマー
ク２６が少なくとも６ケ所に設けられ、各ミラーがセン
サ１００に対してスキャンを開始する位相を示すように
構成されている。

又、２７はこのマークを検出して出力パルスＢを形成す
る検出ヘッドである。センサ１００の出力はプロセス回
路１０１により記録に適した信号処理を受け、記録ヘッ
ド１０２を介して回転記録媒体としてのディスク１０３
に記録される０ 尚、本実施例では記録媒体を記録ヘッドに対して回転さ
せているが、ヘッドを記録媒体に対して回転させても良
い事は言う迄もない。１０４はディスク１０３を回転駆
動させる為のディスク駆動回路、１０５はディスクの１
回転につき所定位相で１パルスＡを形成するＰＣヘッド
であり、このヘッドからのパルスＡは波形整形回路１０
６で整形されてディスク駆動回路１０４及びパルス・ジ
ェネレータ１０７に入力される。

ディスク駆動回路は所定周波数（４）の同期信号を発生
する同期信号発生器１０８の出力と前記整形回路１０６
の位相が合致するようにディスクに対して回転サーボを
かける。即ちディスクは周期Ｔ。で１回転し、パルスＡ
も周期Ｔ０で得られる。

パルス・ジェネレータ１０７は整形回路１０６の出力パ
ルスに同期してドライバー回路１０９にセンサ駆動用の
パルスＥを供給する。又、前記栓用ヘッド２７の出力パ
ルスや設定回路１１０の出力に応じてこれらのパルスの
タイミングや巾等を制御する。又、駆動回路２５に制御
パルスＤを供給する。ドライバー回路１０９はこのパル
スＥに応じてセンサー　Ｏｎの読み出しに適したレベル
のセンサ駆動信号φ８、φ７、φＣＬを供給する。

１１０はセンサー００に於ける電荷蓄積時間値 を制御する為の信号Ｃを供給する設定回路である。本実
施例では上記時間をマニュアルで設定し得るよう構成し
ているが、外部測光素子の出力レベルに応じてセンサー
００に於て形成される電荷量を自動的に制御するよう構
成しても良い。又、勿論第４図（ｃ）の如くセンサを移
動させても良い。

第６図は本発明に適用されるライン・センサの構成の一
例を示す図で、図中２８は光電変換部であって複数の画
素から構成されている。２９はクリアゲートであってパ
ルスφＣＬがハイレベルの時、光電変換部２８の各画素
の電荷をドレイン部３０に排出する。ドレイン部３０は
電源ｖＤに接続されている。３１はシフトゲートであっ
て、このゲートはパルスφ１がハイレベルの時、光電変
換部２８の各画素の電荷を電荷シフトレジスタ３２内の
各セルにシフトする。電荷シフトレジスタ３２はパルス
φ、が１つ供給される度に各セルの電荷を図中右方向に
１　ｈｉｔずつシフトする。３３は電荷−電圧変換アン
プである。

尚、図中光電変換部２８以外は遮光されている０ 第７図は第５図のパルスジェネレータ回路１０７の具体
的構成例を示し、第８図はその要部のタイミングを示す
図である。第７図に於て、パルスＡはディスクの１回転
につき１パルス形成されるのでパルスＡの間隔はほぼ一
定（Ｔｏ）であって、このパルス出力Ａがステップモー
タ２４の歩進を指示する信号りとなる。又、この信号り
と同じタイミングでＲＳフリップフロップ３６がセット
され、そのＱ出力からは電荷クリアゲート２９を開放す
る為の信号φＣＬが出力される。

又、このフリップフロップ３６はタイマー３７の出力で
リセットされる。タイマー３７はパルスＡに同期してり
セットされ、前記設定回路の出力Ｃで設定された電荷蓄
積時間値Ｔ、に対して（Ｔ、−Ｔ、）だけカウントした
時パルスを出力するプリセッタブルカウンタから成る。

従って本実施例ではＰＧパルスが得られる度にステップ
モータが次の垂直走査位置迄ミラーを振り、これに同期
して電荷のクリアが行なわれる。（時刻１１）又、この
パルスＡに同期してシフトパルスφ１も形成される。

従って光電変換部２８ではクリアゲート２９が閉じてか
ら（時刻ｔ、）、このシフトパルスにより電荷が遮光さ
れたシフトレジスタ３２にシフトされる（時刻ｔｓ）迄
の時間Ｔ、だけ光電変換された電荷が蓄積されている。

又、このシフトパルスにより−Ｈレジスタ３２にシフト
された電荷はパルスφ、により順次読み出される訳であ
るが、とのパルスφ、は次のようにして形成される。

即ち、ライン・センサに形成された１ライン分の信号の
読み出し時間Ｔ４に対して、周波数が八−１／　のクロ
ック信号をカウントするプリセ４ ツタプルカウンタ４０を設け、とのカウンタ４０を前記
パルスＡでリセットしてから、予めＰＲＥ端子に入力さ
れた値迄前記クロック信号をカウントした時（時刻ｔ、
）、カウンタ４０からパルスを出力するように構成する
事によって、前記シフトパルスφ、によりレジスタ３２
内に一旦ホールドされた１ラインの信号の読み出しタイ
ミングを制御している。又、このカウンタ４０のＱ出力
の立上りに同期してワンショット回路４１によりパルス
巾Ｔ４のパルスを形成し、このパルスをアナログゲート
４４の制御入力に印加する事によって電荷読み出しパル
スφ、を期間Ｔ４だけレジスタの転送電極（不図示）に
供給し、１ラインの読み出しを行なう。

（Ｍは１ラインのｂｉｔ数）の関係にある。

又、このパルスφ、を供給するタイミングはカウンタ３
９によって決められる。

即ち、アナログゲート４４が開きパルスφ、が１ライン
分供給される度に、その期間Ｔ４の終端（時刻ｔｓ）に
於て立下り同期のワンショット回路４２がパルスを形成
し、これがカウンタ３９でカウントされる。カウンタ３
９はミラーの初期位相で発生するパルスＢによりリセッ
トされるので、ミラーの初期位相で時間Ｔ、だけライン
センサに蓄積された電荷は時刻ｔ４〜１．の間にＰＣへ
ラド１０５の出力の得られる回転位相の直後のディスク
上の番地に記録され、これによってカウンタ３９が１カ
ウントアツプし、これがカウンタ４０のＰＲＥ端子に入
力される。次いで、この間蓄積され九光電変換部２８で
電荷はシフトパルスφ１が時刻ｔ６に於てパルスφ、に
同期してリセットされるカウンタ４０が１水平走査期間
２　Ｔ、だけ経過しだ後（時刻１．＋）読み出し開始さ
れてディスク上の対応する番地に記録される。以下この
ようなシーケンスを繰り返す事により、所定の走査位置
にあるラインセンサの出力はディスクの対応する位置に
順次記録され、しかもセンサに於ける電荷蓄積時間は充
分長くとれるから肩の優れた画像信号を記録する事がで
きる。

尚、本実施例ではディスク状の記録媒体を例に挙げたが
、ドラム状のものでも良いし、更にはＶＴＲのような回
転ヘッドとテープ状媒体を用いても同様の効果が得られ
る。又、本実施例ではディスクの１回転につき１ライン
の記録が為されるよう構成したが、数回転につき１ライ
ンずつ記録しても良い。そのようにすれば電荷撮像が可
能となる。

又、格別にセンサ感度が高くなくてもセンサに於ける充
分な蓄積時間が得られる。

しかも記録媒体に記録された信号はミラーによるスキャ
ンの順に記録されているので、これをそのまま順番に再
生する事により標準テレビジョン信号として扱える。従
ってＴＶモニター等により映像化する事も容易である。

しかも、センサのクロックタイミングは媒体の回転位相
に合わせて制御されるのでシャター等の誤差が発生しに
〈＜、媒体上の正確な位置に記録が為される。

又、本発明のラインセンサはシフトゲートにより周期的
に画像の蓄積を終了してレジスタに保持するように為さ
れているので蓄積時間制御が行ない易い。

又、ステップモータにより画像とセンサとの相対位置関
係を変化させ、センサの駆動タイミングとの同期をとっ
ているので制御が容易となる、等多くの効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の撮像装置の第１の実施例を説明する図、
第２図は従来のウェハーからのダイシングについて説明
する図、第３図は本発明に係るフォトセンサのダイシン
グについて説明する図、第４図（ａ）　、　（ｂ）　、
　（ｃ）は夫々本発明の撮像装置の異なる実施例を説１
明する図、第５図は本発明の第２実施例の構成図、第６
図は本実施例に適したライン・センサの構成図、第７図
は第５図のパルスジェネレータの構成例を示す図、第８
図は第７図の回路の要部タイミング図である。 １・・・被写体、　　　　　　２・・・撮影レンズ、３
・・・エリア・センサ１ １２・・・走査手段としてのミラー、 １４．１５・・・走査手段としてのラック、ピニオン、
１８・・・走査手段としての回折手段、２３・・・走査
手段としてのポリゴン・ミラー。 特許出願人　　キャノン株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ライン状のイメージセンサと、 回転型記録媒体に前記センサの出力を記録する為の記録
   手段と、 前記記録媒体の回転周期のほぼ整数倍の周期毎に前記セ
   ンサの出力を読み出すと共に、各読み出し出力を前記媒
   体の同一周上の夫々異なる位置に記録するよう制御する
   制御手段とを有する撮像装置。