JPH02184180A - 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〕 この発明は、物体の運動の解析に便利な撮像装置に関す
るものである。

〔従来の技術〕

物体の運動の解析を行う場合に、たとえば暗室でスチル
カメラのシャッタを開放した状態でストロボなどで被写
体を間欠的に露光するようにして、いわゆる分解写真を
作成する方法が採られることがある。第５図（１）には
球の運動する様子を撮影した分解写真が簡略化して図示
されている。第５図（２）には低速シャッタとしてシャ
ッタの開放時間を比較的長くして同様に球の運動する様
子を撮影した写真が簡略化して示されており、この第５
図（１）および（２）の比較により、運動の解析には前
記分解写真が極めて存用であることが理解される。

このような分解写真に匹敵する映像をビデオカメラなど
と称される撮像装置によって得ようとする先行技術は第
６図に示されている。この先行技術では、被写体像をＣ
ＣＤなどの撮像素子５１に導くレンズ５２の前方に液晶
シャッタ５３を配置し、この液晶シャッタ５３で光を透
過／遮断制御して撮像素子５１への光の入射時間を１／
６０秒以下にした高速シャッタ動作を実現している。前
記ｊ！像素子５２出力は信号処理回路５４を経て映像信
号として出力端子５５に導出される。前記信号処理回路
からの映像信号はまた、垂直同期信号分離回路５６に入
力される。この垂直同期信号分離回路５６で分離された
垂直同期信号はパルス発生回路５７に与えられ、このパ
ルス発生回路５７から前記液晶シャッタ５３を駆動する
駆動回路５８には、前記駆動に要するパルスが前記垂直
同期信号によって規定されるタイミングで与えられる。

第７図は動作を説明するためのタイミングチャートであ
る。第７図（１）は前記垂直同期信号を示しており、第
７図（２）は前記液晶シャッタ５３の動作を示している
。この例では液晶シャッタ５３は、ｌフィールドの期間
内に３回の期間Δｌ、Δ２゜Δ３に間欠的に透光状態と
なり、このようにしてシャッタ時間を１／６０秒よりも
短くした高速シャッタ動作を実現している。すなわち通
常のビデオカメラでの撮像ではいわばシャッタ時間が１
／６０秒となるために、比較的高速で運動する物体を１
最像した場合には、前述の第５図（２）に示された映像
となるのに対し、この先行技術によれば第５図（１）に
示されるような分解写真に匹敵する映像（以下「分解映
像」という。）を得ることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが上述の先行技術では、１最像素子５１の受光時
間を液晶シャッタ５３により制御しており、したがって
その応答速度に限界があり、たとえば数百分の１秒程度
のシャンク時間を設定することができない。

この応答速度の問題を解決するために、応答の速いＰＬ
ＺＴを用いることが考えられるが、このＰＬＺＴは光ｉ
３過率が低く、このため通常の撮像時における光の利用
率が悪く、これによって感度の劣化を招くとともに、駆
動回路などの構成が比較的複雑となるので部品点数が増
大するなどの問題がある。

この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、簡単な
構成で、高速シャッタ動作を実現して良好な分解映像を
得ることができるようにした撮像装置を提供することで
ある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の撮像装置は、行列配列した複数の受光素子と
、垂直方向に配列した複数の前記受光素子に蓄積される
信号電荷がホトゲートを介して共通に導出される垂直転
送部と、前記垂直方向に配列した複数の受光素子に蓄積
される信号電荷をオーバフローゲートを介して排出する
電荷排出手段とを有する固体撮像素子と、 前記ホトゲートを１フィールド期間内で予め定める時間
間隔を存して複数回能動化するホトゲート制御回路と、 前記オーバフローゲートを１フィールド期間内で前記予
め定める時間間隔を存して複数回能動化するオーバフロ
ーゲート制御回路とを備え、前記ホトゲート制御回路お
よびオーバフローゲート制御回路は、前記ホトゲートお
よびオーバフローゲートを交互に能動化しするようにし
たものである。

〔作用〕

この発明の構成によれば、行列配列した複数の受光素子
に光が入射することによってＮ積された信号電荷は、ホ
トゲートを介して垂直転送部に導出されるか、またはオ
ーバフローゲートを介して電荷排出手段により排出され
る。

前記ホトゲートはホトゲート制御回路によって１フィー
ルド期間内で予め定める時間間隔を有して複数回能動化
され、また前記オーバフローゲートも同様にオーバフロ
ーゲート制御回路によって１フイールドの期間内で前記
予め定める時間間隔を有して能動化される。しかもこれ
らホトゲートおよびオーパフ、ローゲートは交互に能動
化されるように、前記ホトゲート制御回路およびオーバ
フローゲート制御回路によって制御されている。これに
よって、前記垂直転送部には、オーバフローゲートが能
動化された後ホトゲートが能動化されるまでの期間に受
光素子に蓄積された信号電荷が導かれることになる。し
たがって前記オーバフローゲートが能動化された後ホト
ゲートが能動化されるまでの期間の長さがいわばシャッ
タ時間に対応することになり、この期間の長さを短く設
定することによって高速シャッタ動作が実現される。

前記ホトゲートを介する受光素子からの信号電荷はｌフ
ィールドの期間にわたって前記垂直転送部で加算される
ことになり、したがって１フイールド毎に転送される垂
直転送部の信号電荷から得られる映像は、前記高速シャ
ッタ動作による１ｉ像が１フイールドの期間に複数回行
われた、いわば分解映像となる。前記高速シャッタ動作
による１フィールド期間内の撮像回数は、前記ホトゲー
トおよびオーバフローゲートが能動化される前記予め定
める時間間隔を短縮／伸長することによって容易に変更
することができる。このようにして、高速に運動する物
体の運動の解析が良好に行われるようになる。しかも固
体撮像素子の駆動制御によって前記高速シャッタ動作に
よる撮像を実現しているので、構成がむやみに複雑にな
ることはない。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例の撮像装置の基本的な構成
を示すブロック図である。この撮像装置は、行列配列し
た複数の受光素子１と、垂直方向に配列した複数の前記
受光素子ｌからの信号電荷がホトゲート２を介して共通
に導出される垂直転送部３と、前記受光素子ｌの信号電
荷をオーバフローゲート４を介して取り出し外部に排出
する電荷排出手段である排出ライン５とを有したいわゆ
るフレームインターライン転送方式の固体撮像素子（Ｃ
ＣＤ）６を備えている。前記ホトゲート２はホトゲート
制御回路７によって開閉制御されており、前記オーバフ
ローゲート４はオーバフローゲート制御回路８からの制
御信号を受けて開閉制御される。

垂直転送部３に受光素子１から導出された信号電荷は、
垂直転送制御回路９から垂直転送部３に供給される垂直
転送パルスφｖｌによって蓄積部１０に高速に転送され
、この蓄積部１０から蓄積部制御回路１１からの垂直転
送パルスφｖｚによって１水平走査期間毎に１ライン（
水平方向に配列した１列の受光素子１で構成される。）
分ずつ水平転送部１２に与えられる。この水平転送部１
２には水平転送制御回路１３からの水平転送パルスφ工
が与えられ、この水平転送パルスφ□によって前記信号
電荷は、出力増幅器１４に向かって転送され、この出力
増幅器１４で信号電圧に変換されて出力される。

第２図は上述のような構成を有する撮像装置において、
分解写真に匹敵する映像（以下「分解映像」という、）
を得る場合の動作を説明するためのタイミングチャート
である。第２図（１）は垂直帰線パルスを示し、第２図
（２）はホトゲート制御回路７からホトゲート２に与え
られる続出パルスを示し、第２図（３）はオーバフロー
ゲート制御回路８からオーバフローゲート４に供給され
る掃出パルスを示し、第２図（４）は垂直転送制御回路
９から垂直転送部３に供給される垂直転送パルスφ、Ｉ
を示し、第２図（５）は蓄積部制御回路１１から蓄積部
１０に供給される垂直転送パルスφｖ２を示している。

ホトゲート制御回路７からの続出パルスは、垂直帰線パ
ルスが立ち上がる時刻Ｔ１にホトゲート２に与えられ、
以後衣に垂直帰線パルスが立ち上がるまでの１フイール
ドの期間に予め定める時間間隔ΔＴ毎の時刻Ｔｚ　、Ｔ
３　、Ｔ４に供給される。

一方オーバフローゲート制御回路８からの掃出パルスは
時刻Ｔ、から時間Ｑ□だけ経過した時刻Ｔ。

にオーバフローゲート４に与えられ、以後前記ｌフィー
ルドの期間において前記予め定める時間間隔ΔＴ毎の時
刻Ｔ６．Ｔ？に供給される。このようにして、読出パル
スと掃出パルスとは交互に供給され、続出パルスがホト
ゲート２に与えられた後掃出パルスがオーバフローゲー
ト４に与えられるまでの時間は前述の時間Ｑａｓとなり
、掃出パルスの供給後続比パルスの供給までの時間は、
Ｑ□十Ｐ□＝ΔＴ　　　　　　　　・・・　（１）を満
たす時間Ｐ□となる。

時刻Ｔ１の続出パルスの供給によって、受光素子１に蓄
積されている信号電荷が垂直転送部３に読み出される。

この信号電荷は、第２図（４）において参照符号Ｐ、で
示す高速転送パルスによってこの高速転送パルスが供給
される期間ＷＩに蓄積部１０に転送される。この期間Ｗ
Ｉにはまた第２図（５）において参照符号１２で示すよ
うに蓄積部１０にも高速転送パルスが供給され、そのよ
うにして前記垂直転送部３に導出された信号電荷が蓄積
部ｌＯの所定の蓄積領域まで転送される。この蓄積部ｌ
Ｏに転送された前記信号電荷は期間Ｗ２において蓄積部
１０に蓄積部制御回路１１から与えられる垂直転送パル
スφ、２（第２図（５）において参照符号ｌ、で示す。

）によって水平転送部１２に１ライン分ずつ順次転送さ
れる。

時１１　Ｔ　Ｓに掃出パルスが供給されると、時刻Ｔ。

〜Ｔ、の時間Ｑ□の期間に受光素子ｌに蓄積された信号
電荷は、排出ライン５を介して外部に排出される。そし
て時刻Ｔ１の続出パルスの供給によって時刻Ｔ、〜Ｔ２
の時間Ｐ　ａｔの期間に受光素子１に蓄積された信号電
荷が垂直転送部３に読み出される。このようにして受光
素子ｌにおける電荷蓄積時間を時間Ｐ□に制限して高速
シャッタ動作をいわば電子的に実現している。時刻Ｔ　
ｔ　＝　Ｔ　３および時刻Ｔ、〜Ｔ４の期間の動作は前
述の時刻Ｔ１〜Ｔ２の期間の動作と同様である。

このようにして、時刻Ｔｚ　、Ｔ３　、Ｔａの３回にわ
たって、それぞれ時間Ｐ□だけ受光素子ｌで蓄積された
信号電荷が垂直転送部３に移される。

この間、垂直転送部３には転送パルスが供給されないの
で、前記信号電荷はこの垂直転送部３で加算され、その
ようにしていわばこの垂直転送部３において３回の高速
シャッタ動作により撮像された映像が重ね合わせられる
ことになる。

したがって、垂直帰線パルスが立ち上がる時刻Ｔ４以後
の期間Ｗ１２に垂直転送部３から蓄積部１０に高速転送
され、期間Ｗ２□に蓄積部ｌＯから１ライン分ずつ水平
転送部１２に移される信号電荷から得られる映像信号は
、前述の第５図（１）に示したような分解映像を表す映
像信号となる。

以上のようにこの実施例によれば、受光素子ｌにおける
信号電荷の蓄積時間を制限して高速シャッタ動作を電子
的に行い、この高速シャッタ動作を１フィールド期間内
に複数回行わせて、この複数回の高速シャッタ動作によ
って撮像された映像の合成を垂直転送部３で行うように
している。すなわち固体撮像素子６を通常の憑像時とは
、異なる態様で駆動することによって、分解映像を得る
ようにしているので、構成が比較的簡単であり、しかも
信号電荷の蓄積時間は読出パルスと掃出パルスとのタイ
ミングを制御することによって任意に設定することがで
きるので、シャッタ時間を任意に短くすることができ、
液晶シャッタを用いた先行技術のような応答性の問題を
排除することができる。さらに、第２図の時間間隔ΔＴ
の設定を変更すれば、たとえばｌフィールド期間内での
高速シャッタ動作による撮像回数を増加して、詳細な運
動の解析を行うことができる。

この実施例の説明において、前述の第２図では、時刻Ｔ
１〜Ｔ４０期間の長さを１フイールドの期間に等しく設
定しているが、これは引き続くｌフィールドの期間にお
ける分解映像との連続性を考慮したもので、このような
場合には２フイールドの前記分解映像を重ね合わせてｌ
フレームの分解映像を作成することができる。したがっ
て、前記連続性を考慮する必要がないときには、たとえ
ば前述の時刻Ｔ、〜Ｔ４の期間が１フィールドΦ期間よ
りも短くなるように前記時間間隔ΔＴを設定するように
してもよい。

第３図はこの発明の他の実施例の基本的な構成を示すブ
ロック図である。この実施例は前述の第１図に示された
第１実施例に類似するので、対応する部分には同一の参
照符号を付して示す。この実施例の撮像装置は、インタ
ーライン転送方式のＣＣＤで構成した固体撮像素子３１
を有しており、たとえばいわゆる電子スチルカメラなど
の１フイールドの映像信号によって表される静止画を記
録などする装置で好適に実施される。

第４図は動作を説明するためのタイミングチャートであ
る。第４図〔］）は垂直帰線パルスを、第４図（２）は
続出パルスを、第４図（３）は掃出パルスを、第４図（
４）は水平転送パルスφ、をそれぞれ示す。

この実施例では１フイールドの期間Δ■１においては受
光素子１に蓄積された信号電荷が垂直転送部３に移され
、この期間Δ■、に引き続くｌフィールドの期間Δ■８
においては垂直転送部３に移された前記信号電荷の水平
転送部１２への転送および水平転送部１２における信号
電荷の水平転送が行われる。

前記ｌフィールドの期間Δ■１内の時刻Ｌ１、．１．に
予め定める時間間隔Δｔを有して続出パルスがホトゲー
ト２に供給される。オーバフローゲート４には、やはり
前記予め定める時間間隔ΔＬを有して、時刻Ｌｍ、ｔｓ
、Ｌｂに掃出パルスが供給される。これによってたとえ
ば時刻１゜には時刻ｔ４〜１．の時間Ｐい、の期間に受
光素子１に蓄積された信号電荷が垂直転送部３に移され
、時刻ｔ、には時刻１．−１．の時間Ｑ、、（ただし、
Ｐ、、＋Ｑ、、＝Δｔ）の期間に蓄積された信号電荷が
掛出ライン５から固体撮像素子３１外に排出される。こ
のような動作が、時刻む、〜Ｌ、の期間に行われる。

このようにして、受光素子ｌにおける電荷蓄積時間を時
間Ｐ□に制限した高速シャッタ動作を３回にわたって行
わせて得た信号電荷が垂直転送部３で加算され、ｌフィ
ールドの期間Δ■２における信号電荷の垂直転送、およ
び第４図（４）において参照符号１ａで示す水平転送パ
ルスによる水平転送によって、出力増幅器１４から前記
３回の高速シャッタ動作時にそれぞれ対応する映像を合
成した、分解映像が得られる。このようにしてこの実施
例においても、前述の第１実施例に関連して述べたと同
様の効果を得ることができる。

〔発明の効果〕

この発明の撮像装置によれば、受光素子における信号電
荷の蓄積時間を制限して高速シャッタ動作を電子的に行
い、この高速シャッタ動作を１フイールドの期間内に複
数回行わせて、この複数回の高速シャンク動作によって
撮像された映像の合成を垂直転送部で行うようにしてい
る。すなわち固体撮像素子の駆動制御によって前記高速
シャッタ動作を実現して分解映像を得るようにしている
ので、構成が比較的簡単であり、しかも受光素子におけ
る前記信号電荷の蓄積時間は読出パルスと掃出パルスと
のタイミングを制御ｌすることによって任意に設定する
ことができるので、シャッタ時間を任意に短くすること
ができ、液晶シャッタを用いた先行技術のような応答性
の問題を排除して良好な分解映像を得ることができる。

さらに前記読出パルスと掃出パルスとがそれぞれ導出さ
れる時間間隔を短４１ｉＩ／伸長することによって、ｌ
フィールドの期間内での前記高速シャッタ動作による撮
像回数を容易に変更することができる。これによって、
高速に運動する物体の運動の解析などが良好に行われる
ようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の撮像装置の基本的な構成
を示すブロック図、第２図はその動作を示すタイミング
チャート、第３図はこの発明の他の実施例の基本的な構
成を示すブロック図、第４図はその動作を示すタイミン
グチャート、第５図は分解写真と低速シャッタとして高
速運動する物体を撮像した場合の写真とを簡略化して示
す説明図、第６図は先行技術の基本的な構成を示すブロ
ック図、第７図はその動作を示すタイミングチャートで
ある。 １・・・受光素子、２・・・ホトゲート、３・・・垂直
転送部、４・・・オーバフローゲート、５・・・排出ラ
イン（を荷排出手段Ｌ６，３１・・・固体撮像素子、７
・・・ホトゲート制御回路、８・・・オーバフローゲ−
１・制？Ｉ１１回路。 第 図 ぐ 綜 区 Ｕ】 味

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 行列配列した複数の受光素子と、垂直方向に配列した複
   数の前記受光素子に蓄積される信号電荷がホトゲートを
   介して共通に導出される垂直転送部と、前記垂直方向に
   配列した複数の受光素子に蓄積される信号電荷をオーバ
   フローゲートを介して排出する電荷排出手段とを有する
   固体撮像素子と、 前記ホトゲートを１フィールド期間内で予め定める時間
   間隔を有して複数回能動化するホトゲート制御回路と、 前記オーバフローゲートを１フィールド期間内で前記予
   め定める時間間隔を有して複数回能動化するオーバフロ
   ーゲート制御回路とを備え、前記ホトゲート制御回路お
   よびオーバフローゲート制御回路は、前記ホトゲートお
   よびオーバフローゲートを交互に能動化するようにした
   撮像装置。