JP3483766B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子から
得られる信号を記憶手段に書き込み、書き込み速度と異
なる速度で記憶手段から読みだしを行うことによりスロ
ーモーション映像を得ることのできる撮像装置に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】固体撮像素子を用いて光電変換により撮
像を行い、得られた映像信号を記憶手段に書き込み、当
該記憶手段から映像信号を読みだして、スローモーショ
ン映像を得る方式は、特開平2-57074 号公報に記載され
ている。これは本来の整数倍のスピードで固体撮像素子
を駆動し、本来の１フィールド期間に数度フォトセンサ
の採光時間を割り当てて映像信号を出力することによ
り、ブレのない整数分の１のスローモーション再生映像
を得るものである。 【０００３】従来のスローモーション映像を得る撮像方
式について図６、図７、図８を用いて説明する。図６は
従来の撮像装置の構成を示すブロック図である。図７は
図６の構成を用いた、スローモーションなしの従来の撮
像方式のタイミング図、図８は図６の構成を用いてスロ
ーモーション映像を得る場合のタイミング図である。図
６において、６０は固体撮像素子を用いて映像信号を出
力する撮像部、６１はスローモーション映像を得るため
に撮像部６０の出力を記録し、スローモーション再生を
行う映像記録再生部である。撮像部６０において、ＲＧ
Ｂに色分解を行う３板プリズム６０１に、Ｇ固体撮像素
子６０２、Ｒ固体撮像素子６０３、Ｂ固体撮像素子６０
４が固着されており、これら３つの固体撮像素子は３板
固体撮像素子駆動回路６０８によって駆動され、光電変
換されたＲＧＢそれぞれの電気信号を出力する。Ｇ固体
撮像素子６０２の出力信号は、Ｇプロセス回路６０５に
よって増幅され、映像信号Ｇa として出力される。Ｒ固
体撮像素子６０３とＢ固体撮像素子６０４出力の電気信
号も同様にして、それぞれＲプロセス回路６０６とＢプ
ロセス回路６０７によって増幅され、映像信号Ｒa 、Ｂ
a として出力される。使用する固体撮像素子は、図２の
構成のものを使用することができる。 【０００４】次にスローモーションなしの従来の映像信
号出力方法について、図２の固体撮像素子の構成図と図
７のタイミング図を用いて説明する。Ｇ固体撮像素子６
０２、Ｒ固体撮像素子６０３、Ｂ固体撮像素子６０４の
フォトダイオード列２０１は、期間Ａ' Ｂ' Ｃ' の蓄積
期間Ｐの間に光電変換を行い電荷を蓄積する。光電変換
された全電荷は、期間Ｃ' と期間Ｄ' の変わり目の垂直
ブラキング期間中の垂直転送期間Ｐに垂直ＣＣＤ２０２
に読みだされ、垂直方向に転送されて蓄積エリア２２に
到達する。期間Ｄ' Ｅ' Ｆ' の水平転送期間Ｐ''中に水
平ＣＣＤ２０３により転送され、アンプ２０４から映像
１の電気信号としてＧプロセス回路６０５、Ｒプロセス
回路６０６、Ｂプロセス回路６０７へ出力される。一
方，映像１が出力されている期間でも、蓄積期間Ｑとし
て次のフィールドのための電荷の蓄積が光電変換により
行われている。蓄積電荷は、期間Ｆ' と期間Ｇ' の変わ
り目の垂直ブラキング期間中の垂直転送期間Ｑに垂直Ｃ
ＣＤ２０２に読みだされ、垂直方向に転送されて蓄積エ
リア２２に到達し、期間Ｇ' 以降の水平転送期間Ｑ中に
水平ＣＣＤ２０３により転送され、アンプ２０４から映
像２としてＧプロセス回路６０５、Ｒプロセス回路６０
６、Ｂプロセス回路６０７へ出力される。このようにし
て、１フィールドにつき１フィールドの採光により映像
を出力することができる。 【０００５】次に３倍のスローモーション映像を得るた
めの従来の映像信号出力方法について、図２の固体撮像
素子の構成図と図８のタイミング図を用いて説明する。
図７に示す各タイミングを１／３に縮めて撮像を行う。
Ｇ固体撮像素子６０２、Ｒ固体撮像素子６０３、Ｂ固体
撮像素子６０４のフォトダイオード列２０１は、蓄積期
間Ａだけ光電変換を行い電荷を蓄積する。光電変換され
た全電荷は、フィールドが変わる期間Ａと期間Ｂの変わ
り目の垂直ブラキング期間中の垂直転送期間Ａに垂直Ｃ
ＣＤ２０２に読みだされ、垂直方向に転送されて蓄積エ
リア２２に到達し、水平転送期間Ａ中に水平ＣＣＤ２０
３で転送され、アンプ２０４から映像１の電気信号とし
てＧプロセス回路６０５、Ｒプロセス回路６０６、Ｂプ
ロセス回路６０７へ出力される。一方、映像１が出力さ
れている期間でも、蓄積期間Ｂとして次のフィールドの
ための電荷の蓄積が光電変換により行われており、蓄積
電荷は期間Ｂと期間Ｃの変わり目の垂直ブラキング期間
中の垂直転送期間Ｂに垂直ＣＣＤ２０２により読みださ
れ、垂直転送されて蓄積エリア２２に到達する。水平転
送期間Ｂ中に水平ＣＣＤ２０３で転送され、アンプ２０
４から映像２としてＧプロセス回路６０５、Ｒプロセス
回路６０６、Ｂプロセス回路６０７へ出力される。同様
の動作によって映像３〜映像７を得ることができる。こ
のようにして撮像部６０は、１フィールドにつき３フィ
ールドの採光により映像を出力することができる。次に
映像部６０で出力された映像信号Ｇa 、Ｒa 、Ｂa を映
像記録再生部６１に記録させ、１フィールドに対して１
フィールドを出力するような再生動作を行わせることに
よって、スローモーション映像Ｒb 、Ｇb 、Ｒb の出力
を実現することができる。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】以上のように１フィー
ルド当りの固体撮像素子への採光時間を整数分の１に短
くするとともに、固体撮像素子の駆動を整数倍にするこ
とによって、整数分の１のスローモーション映像を得る
ことができる。ところで垂直ブランキング期間に全電荷
を蓄積部に転送するための垂直転送パルスと、水平ＣＣ
Ｄにより電荷を転送するための水平転送パルスについて
は、立ち上がり時間と立ち下り時間が短い急峻な波形が
求められている。高精細な撮像装置では、固体撮像素子
の駆動周波数が高くなるため、特にこれらの波形品質が
画質に大きく影響する。スローモーションを実現する場
合、駆動周波数が整数倍になるに伴って駆動回路にノイ
ズが発生し、このために駆動波形品質の向上に限界があ
る場合があり、その結果、蓄積電荷の伝送効率が悪くな
り、シェーディングが発生したり、解像度が低下してし
まうことがある。 【０００７】本発明は、上記従来の問題を解決するもの
であり、固体撮像素子の駆動波形の品質を損なうことな
く、スローモーション画質と機能とを両立させる撮像装
置を提供することを目的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、Ｇ信号は２つの固体撮像素子、Ｒ信号とＢ信号はそ
れぞれ１つの固体撮像素子によって構成される上記請求
項１の撮像装置において、撮像エリアで特定のフィール
ド期間に電荷を蓄積しているとき、直前のフィールド分
の全ての電荷を蓄積することのできる蓄積エリアを有
し、水平ブランキング期間のみに撮像エリアから蓄積エ
リアに電荷を転送することによって、シェーディングを
抑制したり、解像度の低下を防止することができるよう
にし、また、Ｇ信号については、採光時間に相当するフ
ィールドの信号をメモリに書き込み開始するときに読み
出しを開始し、Ｒ信号とＢ信号については、採光時間に
相当するフィールドの信号をメモリに書き込み終了する
ときから読み出しを開始するように構成することによっ
て、ＲＧＢ各信号を同位相として出力できるようにした
ものである。 【０００９】 【００１０】 【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、Ｇ信号を出力する固体撮像素子を２つ有し、Ｒ信号
とＢ信号とを出力する固体撮像素子をそれぞれ１つ有
し、固体撮像素子が交互に光電変換を行って信号を出力
することにより撮像を行い、かつ、全ての固体撮像素子
の構造が、光電変換を行っている直前の１フィールドの
全電荷を蓄積することのできる蓄積エリアを有するよう
に構成された撮像装置であって、水平ブランキング期間
のみに撮像エリアから蓄積エリアに電荷を転送する動作
を行うことを特徴とする撮像装置であり、これにより、
垂直ブランキング期間の全電荷の垂直方向転送がなくな
るので、固体撮像素子の出力波形の改善ができ、シェー
ディングを抑制することができる作用を有する。 【００１１】本発明の請求項２記載の発明は、１フィー
ルド期間に数度フォトダイオードの採光時間を割り当て
て光電変換を行い、得られた信号を記憶手段に書き込
み、遅い速度で読み出すことによってスローモーション
映像を得る撮像装置であって、Ｇ信号については、採光
時間に相当するフィールドの信号を書き込み開始すると
きに読み出し動作を開始し、Ｒ信号とＢ信号について
は、採光時間に相当するフィールドの信号を書き込み終
了したときから読み出して映像を出力することを特徴と
する請求項１記載の撮像装置であり、撮像エリアの水
平、垂直位置に対応した各色信号の画素が得られるとい
う作用を有する。 【００１２】（実施の形態１）以下、本発明の実施の形
態を図面を参照して説明する。図１は本発明の請求項１
に対応する実施の形態１における撮像装置の構成を示
し、図２は本実施の形態における撮像装置に用いる固体
撮像素子の構造を示したものである。図１において、１
０は固体撮像素子を用いて映像信号を出力する撮像部で
ある。撮像部１０において、Ｒ、Ｇ１、Ｇ２、Ｂに色分
解を行う４板プリズム１０１に、Ｇ１固体撮像素子１０
２、Ｇ２固体撮像素子１０３、Ｒ固体撮像素子１０４、
Ｂ固体撮像素子１０５が固着されており、これら４つの
固体撮像素子は４板固体撮像素子駆動回路１１０によっ
て駆動され、光電変換されたＲＧＢそれぞれの電気信号
を出力する。Ｇ１固体撮像素子１０２の出力信号は、Ｇ
１プロセス回路１０６によって増幅され、映像信号Ｇ１
−ｎとして出力される。Ｇ２固体撮像素子１０３の出力
信号は、Ｇ２プロセス回路１０７によって増幅され、映
像信号Ｇ２−ｎとして出力される。Ｒ固体撮像素子１０
４とＢ固体撮像素子１０５出力の電気信号も同様にし
て、それぞれＲプロセス回路１０８とＢプロセス回路１
０９によって増幅され、映像信号Ｒ−ｎ、Ｂ−ｎとして
出力される。 【００１３】図２の固体撮像素子２０においては、光電
変換を行い電荷を蓄積するフォトダイオード列２０１
と、蓄積電荷を垂直方向に転送する垂直ＣＣＤ２０２と
を有する。垂直ＣＣＤ２０２によって転送された電荷
は、水平ＣＣＤ２０３で水平方向に転送され、アンプ２
０４で増幅されて出力される。 【００１４】図３はＧ１、Ｇ２、Ｒ、Ｂ各信号出力の原
理を示したのであり、そのうちＧ１信号の出力動作を説
明する。Ｇ１固体撮像素子１０２のフォトダイオード２
０１は、蓄積期間Ａに光電変換を行い電荷を蓄積する。
光電変換済みの電荷は、垂直転送期間Ａに垂直ＣＣＤ２
０２によって転送される。蓄積電荷は、図３で示される
Ｂ＋Ｃの時間で蓄積エリア２２を通過して水平ＣＣＤ２
０３に到達する。水平転送期間Ａで水平ＣＣＤ２０３に
よって転送の後、アンプ２０４とＧ１プロセス回路１０
６で増幅され、映像Ｇ１−１として出力される。同様に
して蓄積期間Ｃ、蓄積期間Ｅでフォトダイオード２０１
で蓄積された電荷は、それぞれ水平転送期間Ｃ、水平転
送期間Ｅに映像Ｇ１−１、映像Ｇ１−３として出力され
る。 【００１５】このように固体撮像素子自体は、従来の技
術と同様の１フィールド分の全ての電荷を蓄積すること
のできる蓄積エリア２２をもつ構造であるが、本実施の
形態１によれば、Ｂ＋Ｃの時間のうち水平ブランキング
期間のみに撮像エリア２１から蓄積エリア２２の方向に
電荷を隣の垂直ＣＣＤに１段だけ転送する。これにより
垂直ブランキング期間内に垂直ＣＣＤの転送を行わない
ので、ノイズの発生を低減させたり解像度低下の防止を
図ることができる。従って駆動波形の品位が損なわれな
いので、シェーディングを低減することができる。なお
Ｇ２、Ｒ、Ｂ信号も同様に水平ブランキング期間のみ垂
直ＣＣＤ内の電荷転送を行うようにできる。 【００１６】（実施の形態２）図４は本発明の請求項２
に対応する本発明の実施の形態２における撮像装置の例
を示す。本実施の形態２では、Ｇ１、Ｇ２、Ｒ、Ｂ信号
が図３の原理で出力される図１と同様な撮像部１０と、
それぞれの色信号をメモリに書き込み、Ｇ信号と同位相
となるようにＲ信号とＢ信号とをメモリから伸張しなが
ら読み出して出力するために、Ｇフィールドメモリ４０
１、Ｒフィールドメモリ４０２、Ｂフィールドメモリ４
０３およびこれら各メモリを制御するメモリ制御回路４
０４とからなる時間軸伸長部４０と、時間軸伸長部４０
からの出力によりスローモーション映像の再生を行う映
像記録再生部４１とを備えている。 【００１７】図５は本実施の形態における原理を示した
ものであり、図５（ａ）は撮像部１０の出力であり、時
間軸伸長部４０に入力される。Ｇフィールドメモリ４０
１には、図５（ａ）の信号が書き込まれる。Ｇフィール
ドメモリ４０１に書き込まれたＧ信号は、並びかえられ
て３分割され、図８（ｂ）のタイミングでＧa ・Ｇb・
Ｇc 信号として時間軸伸長部４０から出力される。また
Ｒフィールドメモリ４０２とＢフィールドメモリ４０３
からは、時間軸を伸長して３分割されたＲ信号は図８
（ｂ）のＲa 、Ｒb 、Ｒc のタイミングで、Ｂ信号はＢ
a 、Ｂb 、Ｂc のタイミングで、それぞれ時間軸伸長部
４０から出力される。このとき映像Ｇ１−１についは、
Ｇフィールドメモリ４０１へ書き込みが開始したときに
図５（ｂ）のＧa で示すようにＧフィールドメモリ４０
１から伸張して読み出すように、メモリ制御回路４０４
はメモリの書き込みと読み出しの制御を行う。またＲＢ
−１信号については、Ｒフィールドメモリ４０２とＢフ
ィールドメモリ４０３に書込みが終了したときに図５
（ｂ）のＲa 、Ｂa で示すようにＲフィールドメモリ４
０２とＢフィールドメモリ４０３から伸張して読み出す
ように、メモリ制御回路４０４はメモリの書き込みと読
み出しの制御を行う。同様のメモリ制御によって順次Ｒ
ＧＢ信号を出力することができ、相互に位相のそろった
信号を順次出力することができる。この信号を映像記録
再生部４１に記録して撮像を終了させてから再生するこ
とにより、図５（ｃ）で示すようにスローモーション映
像を得ることができる。 【００１８】 【発明の効果】以上のように、本発明の実施の形態１に
よれば、水平ブランキング期間のみに撮像エリアから蓄
積エリアに垂直方向に電荷を転送するようにしており、
垂直ブランキング期間には電荷を転送しないので、垂直
プランキング期間のノイズを低減することができる。ま
た、駆動波形品質を損なうことがないので、シェーディ
ングを抑制したり、転送効率の低下を抑制して解像度の
低下を防止することができるという効果が得られる。 【００１９】また、本発明の実施の形態２によれば、固
体撮像素子から得られた各色信号をメモリに書き込み、
固体撮像素子の駆動によって生じたＲ信号・Ｂ信号のＧ
信号に対する採光時間に相当するフィールド期間分の位
相ずれを補正するように、メモリからの読みだしを行う
ので、色ずれのないカラーのスローモーション映像を得
ることができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施の形態１における撮像装置の概略
構成を示すブロック図 【図２】本発明の実施の形態１における撮像装置に用い
る固体撮像装置の構造を示す模式図 【図３】本発明の実施の形態１におけるＧ１、Ｇ２、
Ｒ、Ｂ各信号出力の出力原理を示す模式図 【図４】本発明の実施の形態２における撮像装置の概略
構成を示すブロック図 【図５】本発明の実施の形態２における信号出力の原理
を示す模式図 【図６】従来の撮像装置の概略構成を示すブロック図 【図７】スローモーションなしの従来の撮像方式のタイ
ミング図 【図８】従来の撮像装置を用いてスローモーション映像
を得る場合のタイミング図 【符号の説明】 １０ 撮像部 １０１ ４板プリズム １０２ Ｇ1 固体撮像素子 １０３ Ｇ2 固体撮像素子 １０４ Ｒ固体撮像素子 １０５ Ｂ固体撮像素子 １０６ Ｇ1 プロセス回路 １０７ Ｇ2 プロセス回路 １０８ Ｒプロセス回路 １０９ Ｂプロセス回路 １１０ ４板固体撮像素子駆動回路 ２０ 固体撮像素子 ２０１ フォトダイオード列 ２０２ 垂直ＣＣＤ ２０３ 水平ＣＣＤ ２０４ アンプ ２１ 撮像エリア ２２ 蓄積エリア ４０ 時間軸伸長部 ４０１ Ｇフィールドメモリ ４０２ Ｒフィールドメモリ ４０３ Ｂフィールドメモリ ４０４ メモリ制御回路 ４１ 映像記録再生部 ６０ 撮像部 ６０１ ３板プリズム ６０２ Ｇ固体撮像素子 ６０３ Ｒ固体撮像素子 ６０４ Ｂ固体撮像素子 ６０５ Ｇプロセス回路 ６０６ Ｒプロセス回路 ６０７ Ｂプロセス回路 ６０８ ３板固体撮像素子駆動回路 ６１ 映像記録再生部

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 Ｇ信号を出力する固体撮像素子を２つ有
   し、Ｒ信号とＢ信号とを出力する固体撮像素子をそれぞ
   れ１つ有し、固体撮像素子が交互に光電変換を行って信
   号を出力することにより撮像を行い、かつ、全ての固体
   撮像素子の構造が、光電変換を行っている直前の１フィ
   ールドの全電荷を蓄積することのできる蓄積エリアを有
   するように構成され、また、１フィールド期間に数度フ
   ォトダイオードの採光時間を割り当てて光電変換を行
   い、得られた信号を記憶手段に書き込み、遅い速度で読
   み出すことによってスローモーション映像を得る撮像装
   置であって、 水平ブランキング期間のみに撮像エリアから蓄積エリア
   に電荷を転送する動作を行ない、 Ｇ信号については採光時間に相当するフィールドの信号
   を書き込み開始するときに読み出し動作を開始し、Ｒ信
   号とＢ信号については採光時間に相当するフィールドの
   信号を書き込み終了したときから読み出して映像を出力
   することを特徴とする 撮像装置。