JPH0456483A - Video camera equipped with mos type imaging device - Google Patents

Video camera equipped with mos type imaging device

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JPH0456483A
JPH0456483A JP2165993A JP16599390A JPH0456483A JP H0456483 A JPH0456483 A JP H0456483A JP 2165993 A JP2165993 A JP 2165993A JP 16599390 A JP16599390 A JP 16599390A JP H0456483 A JPH0456483 A JP H0456483A
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Japan
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pixels
mos type
shuttering
image sensor
horizontal
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Koji Eto
剛治 江藤
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Abstract

PURPOSE:To prevent the generation of a focal plane effect by attaching an outside shutter with a high-speed gate function in front of a photosensitive part at the outside of an MOS type imaging device, and operating simultaneously the shuttering of the entire picture elements of the imaging device. CONSTITUTION:An outside shutter 101 constituted of an image intensifier with the high-speed gate function is attached in front of an MOS type imaging device 100 of a video camera 11, and the entire picture elements of the imaging device 100 are simultaneously operated for the shuttering by the shutter 101. Thus, incidence is simultaneously started from the outside shutter 101 to the photosensitive face of the imaging device 100, and simultaneously interrupted. Because of this, it is not necessary to provide a shuttering mechanism which operates the shuttering of the entire picture elements at the same time, at the imaging device itself, and the generation of the focal plane effect can be prevented.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はMOS型撮像素子を備えたビデオカメラに関し
、特に、ロケット等の超高速移動物体、乱流、破壊現象
、放電現象や高速の化学反応現象等の科学計測用に好適
に用いられるものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a video camera equipped with a MOS type image pickup device, and particularly relates to a video camera equipped with a MOS type image pickup device, and particularly to a video camera equipped with a MOS type image pickup device, and particularly to a video camera equipped with a MOS type image pickup device, and particularly to a video camera equipped with a MOS type image pickup device, and particularly to a video camera equipped with a MOS type image pickup device, and particularly to a video camera equipped with a MOS type image pickup device, and particularly to a video camera equipped with a MOS type image pickup device. It is suitably used for scientific measurements such as.

従来の技術 上記した科学上の現象を撮影する場合、画面全体の読み
出しか必要でなく、画面の一部分たけの読み出しを超高
速で行う方が好適な場合がある。
2. Description of the Related Art When photographing the above-mentioned scientific phenomena, it is sometimes preferable to read out only a portion of the screen at an ultra-high speed instead of only needing to read out the entire screen.

例えば、ロケットの高速追尾に用いる場合、撮像素子上
の全ての画素の画像情報を読み出すより、ロケットの尾
部に当たる高温領域の局所的な画素の画像情報を読み出
すことにより、画像1投光1こりの読み出し時間を減少
して、1秒間光たりの撮影枚数(以下、これをフレーム
レートと呼ぶ)を増加し、より高速にロケットの位置を
測定することか出来る。
For example, when used for high-speed tracking of a rocket, rather than reading out the image information of all pixels on the image sensor, by reading out the image information of local pixels in the high-temperature area that is the tail of the rocket, it is possible to By reducing the readout time and increasing the number of images taken per second of light (hereinafter referred to as frame rate), it is possible to measure the position of the rocket faster.

上記した画像の部分的な続出領域は、用途に応じて相違
し、第1図に示すように画面上において水平方向(ビデ
オカメラの向きを90度変えると垂直方向)に帯状に細
長い領域を読み出したい場合、あるいは第2図に示すよ
うに、画面上の中央部で正方形に近い矩形領域で読み出
したい場合等がある。上記第1図の帯状読み出しは弾丸
の連続撮影などの場合には適するが、通常は第2図に示
す画面中央部のブロク状読み出しが適する場合が用途的
に遥かに多い。
The above-mentioned partial successive areas of the image differ depending on the application, and as shown in Figure 1, a long and narrow area is read out in the horizontal direction (or vertical direction if the video camera is turned 90 degrees) on the screen. Or, as shown in FIG. 2, there are cases where it is desired to read out a rectangular area close to a square in the center of the screen. Although the band-like readout shown in FIG. 1 is suitable for continuous shooting of bullets, the block-like readout at the center of the screen shown in FIG. 2 is more suitable for many applications.

現在、ビデオカメラにおいては撮像素子としてSN比が
高いC0D(電荷転送型)素子か用いられていることが
多い。CCD素子は第3図に概略的に示すように、各画
素の信号電荷を並列に垂直方向に転送し、lライン毎に
左方向(水平方向)に転送して信号電荷を読み出すもの
である。該CCD素子では、基本的には1行(1列)状
に並んだ画素から得られた電荷をンーケンノヤルに読み
出すため、第1図のような帯状の読み出しに対しては適
しているが、第2図に示すような中央部等の局部的な画
像情報のみを読み出すには無駄の多い信号操作が必要と
なり、よって、高速の読み出しには適さない問題がある
Currently, in video cameras, a C0D (charge transfer type) element with a high signal-to-noise ratio is often used as an image sensor. As schematically shown in FIG. 3, the CCD element transfers the signal charges of each pixel in parallel in the vertical direction, and transfers them leftward (horizontally) every l line to read out the signal charges. The CCD element basically reads charges obtained from pixels arranged in one row (one column) in a continuous manner, so it is suitable for reading out a strip as shown in Fig. 1. Reading only local image information such as the central part as shown in FIG. 2 requires a lot of wasteful signal manipulation, which poses a problem that it is not suitable for high-speed reading.

上記CCD型撮像素子に対してSN比が劣る1こめに最
近は使用されることが少なくなったMOS型(XYアド
レス型)撮像素子がある。該MO9型撮像素子は、第4
図に概略的に示すように、各画素が水平(X)および垂
直(Y)走査ソフトレジスタに接続され、順次選択パル
ス信号を送り、交点の画素の信号電荷を読み出していく
方式である。
There is a MOS type (XY address type) image sensor, which is less commonly used these days and has an inferior S/N ratio to the above-mentioned CCD type image sensor. The MO9 type image sensor has a fourth
As schematically shown in the figure, each pixel is connected to a horizontal (X) and vertical (Y) scanning soft register, a selection pulse signal is sequentially sent, and the signal charge of the pixel at the intersection is read out.

MOS型素子は上記の方式であるため、縦横(XY)の
任意の読み出し線の交点の画素の信号から読み出し、任
意の交点の画素の信号で読み出しを終了させることが可
能で、部分的な領域読み出しかCCD型素子より簡単に
行えるように認められる。
Since the MOS type element uses the above-mentioned method, it is possible to read out signals from pixels at the intersection of arbitrary vertical and horizontal (XY) readout lines, and finish reading with the signal at the pixel at any intersection. Reading is found to be easier than with CCD type devices.

しかしながら、MOS型素子を科学計測上で超高速撮影
を目的として使用した場合に下記の問題点がある。
However, when a MOS type element is used for the purpose of ultra-high-speed imaging in scientific measurement, there are the following problems.

1)CCD素子に比べてノイズのレベルが高いのでSN
比を大きくするには十分な入射光量を必要とするが、部
分的領域を高速撮影する場合、フレームレートが大きく
なり、入射光量は少なくなる。さらに、高速撮影で対象
とする高速移動現象をブレなく撮影するためにゲート開
放時間を短くすると入射光量が余りにも小さくなり、撮
影か不可能となる。しかしながら、科学計測ではこのよ
うな条件下で撮影する場合か多い。
1) Since the noise level is higher than that of CCD elements, SN
Increasing the ratio requires a sufficient amount of incident light, but when photographing a partial area at high speed, the frame rate increases and the amount of incident light decreases. Furthermore, if the gate opening time is shortened in order to photograph the target high-speed moving phenomenon without blurring, the amount of incident light becomes too small, making photography impossible. However, in scientific measurements, images are often taken under such conditions.

2)内部シャッターを備えたMOS型素子では、各画素
の電荷をクリアーして次に読み出すまでの時間を短くす
ることによってシャッタリングの高速化を図っている。
2) In a MOS type element equipped with an internal shutter, the shuttering speed is increased by shortening the time from when the charge in each pixel is cleared until the next readout.

各画素の信号はノーケンノヤルに読み出すので、最初の
画素の読み出し時点と最後の画素の読み出し時点ては時
間のずれか生しる。詳しくは、第5図に示すように、各
画素において順次、第■ステップで、各画素にリセット
ゲート線LLよりリセットパルスを人力し、掃き出し線
L2より電荷ECをクリア、ついて、第■ステップで感
光fflに入射し、その後、第■ステップで、垂直ゲー
ト線L3と水平ケート線し4ヘパルス信号を入力して感
光部lに蓄積された電荷を続出用出力信号線L5から取
り出す走査読み取りを行っている。このように、MOS
型素子は内部シャッタリング機構を供え、各画素のシャ
ッタリングを順次行う構成としているfこめ、最初の読
み出し画素と最終の読み出し画素との間には、感光部I
^・の光が入射される間隔(入射時間)は一定であって
も、入射開始時期と読み出し時期に順次ずれが生じてく
る。この時間的なずれの発生により、第6図に示すよう
な、所謂フォーカルブレーン効果による画像の歪みが生
じる。よって、MOS型素子自体に内蔵したツヤソタリ
ング機構を用いた超高速撮影には大きな限界かあった。
Since the signal of each pixel is read out continuously, there is a time lag between the readout time of the first pixel and the readout time of the last pixel. In detail, as shown in FIG. 5, in step (2), a reset pulse is manually applied to each pixel from the reset gate line LL, and the charge EC is cleared from the sweep line L2, and then in step (2). After that, in the step (2), a pulse signal is input to the vertical gate line L3 and the horizontal gate line 4, and scanning reading is performed to take out the charge accumulated in the photosensitive area l from the output signal line L5 for continuous output. ing. In this way, the MOS
The type element is equipped with an internal shuttering mechanism and is configured to sequentially shutter each pixel.
Even if the interval (incidence time) at which the light ^. is incident is constant, there will be a sequential shift between the incident start time and the readout time. This temporal shift causes image distortion due to the so-called focal brain effect, as shown in FIG. Therefore, there was a big limit to ultra-high-speed photography using the gloss sottering mechanism built into the MOS type element itself.

本発明は、上記l)および2)の問題を解消し、部分的
領域の読み出し等を行う超高速撮影に好適に使用しえる
MOS型撮像素子を備えたビデオカメラを提供せんとす
るものである。
The present invention aims to solve the above-mentioned problems 1) and 2) and provide a video camera equipped with a MOS type image pickup device that can be suitably used for ultra-high-speed photography for reading out partial areas. .

課題を解決するための手段 従って、本発明は、ホトダイオードとMOSトランジス
タで感光部の各画素を構成し、この各画素をそれぞれ水
平および垂直走査シフトレジスタに水平および垂直ゲー
ト線を介して接続し、該水平および垂直走査シフトレジ
スタからのパルス信号により交点のMOSトランジスタ
を順次スイッチし、画像信号を取り出すMOS型撮像素
子を備えたものにおいて、 上記MOS型撮像素子の各画素の感光部にシャッタリン
グ用ゲート線と接続したゲートを設けると共に該シャッ
タリング用ゲートを介して感光部に隣接して電荷蓄積部
を設け、全画素のリセット信号を同時にオンして電荷掃
き出しを全画素同時に行うと共に、上記シャッタリング
用ゲートを全画素同時にオン・オフして感光部で受光し
た電荷を全画素一斉に電荷蓄積部に移させるフォーカル
ブレーン効果のない内部シャッタリング機構を設けたこ
とを特徴とするビデオカメラを提供するものである。
Means for Solving the Problems Accordingly, the present invention configures each pixel of a photosensitive section with a photodiode and a MOS transistor, and connects each pixel to a horizontal and vertical scanning shift register via horizontal and vertical gate lines, In a device equipped with a MOS type image sensor that sequentially switches the MOS transistors at the intersection points using pulse signals from the horizontal and vertical scanning shift registers to take out an image signal, a shuttering device is attached to the photosensitive part of each pixel of the MOS type image sensor. A gate connected to the gate line is provided, and a charge storage section is provided adjacent to the photosensitive section via the shuttering gate, and the reset signal of all pixels is turned on at the same time to sweep out charges from all pixels at the same time. Provided is a video camera characterized by having an internal shuttering mechanism without focal brain effect, which turns on and off ring gates for all pixels at the same time and transfers charges received by photosensitive sections to charge storage sections for all pixels at the same time. It is something to do.

さらに、本発明では、MOS型撮像素子において、該撮
像素子自体にフォーカルブレーン効果のない内部ツヤツ
タ−を設ける方式に代えて、最高1億分の1秒程度のツ
ヤッタリグ機能をもつマイクロチャンネルプレート付き
のイメージインテンシファイヤーからなる高速ゲート機
能付き外部シャッターを、上記MOS型撮像素子の外部
で感光部前面に取り付け、該外部シャッターにより上、
記撮像素子の全画素のシャッタリングを一斉に行う構成
として、フォーカルブレーン効果が生じないビデオカメ
ラを提供するものである。
Furthermore, in the present invention, instead of providing an internal glosser in the image sensor itself that does not have a focal brain effect in a MOS type image sensor, a microchannel plate with a gloss rig function of up to 1/100 millionth of a second is provided. An external shutter with a high-speed gate function consisting of an image intensifier is attached to the front of the photosensitive section outside the MOS type image sensor, and the external shutter allows
It is an object of the present invention to provide a video camera in which all pixels of an image sensor are shuttered at the same time, and a focal brain effect does not occur.

上記高速ゲート機能付き外部シャッターを設ける場合、
およびフォーカルブレーン効果のない内部シャッターを
撮像素子に内蔵する場合のいずれにおいてら、MOS型
撮像素子に部分的な領域読み出しを行う構成、例えば、
上記撮像素子の水平走査シフトレジスタおよび垂直走査
シフトレジスタのうち少なくとも水平走査シフトレジス
タに複数の読み出し開始端子を接続し、該読み出しスタ
ート端子を選択的にオンして任意の画素より画像信号を
読み出すと共に、任意の画素にリセットパルスを出力し
て読み出しを終了して画面の部分的領域を読み出すよう
に構成し、あるいは、水平および垂直走査シフトレジス
タを分割して設けて各分割したシフトレジスタに読み出
しスタート端子を接続した構成等としたものと組み合わ
せて好適に用いることが出来る。
When installing an external shutter with the above high-speed gate function,
In both cases where an internal shutter with no focal brain effect is built into the image sensor, a configuration in which partial area readout is performed on the MOS type image sensor, for example,
A plurality of readout start terminals are connected to at least the horizontal scan shift register of the horizontal scan shift register and vertical scan shift register of the image sensor, and the readout start terminals are selectively turned on to read out image signals from arbitrary pixels. , output a reset pulse to any pixel to finish reading and read out a partial area of the screen, or separate horizontal and vertical scanning shift registers and start reading to each divided shift register. It can be suitably used in combination with a structure in which terminals are connected.

また、全画素を複数のブロックにわけて各ブロックに夫
々信号読み出し線を設け、並列読み出しを行う構成とし
ても良く、該場合にはより高速な読み出しか可能となる
Alternatively, all pixels may be divided into a plurality of blocks, each block provided with a signal readout line, and read out in parallel. In this case, faster readout is possible.

さらに、外部シャッターを取り付けた場合、従来のリセ
ット部を信号読み出し用に用いて、信号読み出し部を垂
直方向の両側に設置することが出来、読み出し速度を2
倍として高速読み出しを図ることが出来る。
Furthermore, when an external shutter is installed, the conventional reset section can be used for signal readout, and the signal readout sections can be installed on both sides in the vertical direction, increasing the readout speed by 2.
As a result, high-speed reading can be achieved.

傷町 上記したように、本発明に係わるMOS型撮像素子を用
いたビデオカメラにおいては、全画素の感光部への入射
開始時期と入射遮断時期と(シャッタリング)を同時に
行う内部シャッターあるいは外部シャッターを設けてい
るため、部分的領域読み出し等の超高速撮影を行う場合
に、最初に読み出す画素と最後に読み出す画素との間に
シャッタリングの時間的をずれをなくし、フォーカルブ
レーン効果の発生を防止することが出来る。
Kisumachi As mentioned above, in the video camera using the MOS type image pickup device according to the present invention, an internal shutter or an external shutter is used to simultaneously start and cut off the incidence (shuttering) of all pixels to the photosensitive area. This eliminates the shuttering time lag between the first pixel to be read out and the last pixel to be read out when performing ultra-high-speed imaging such as partial area readout, thereby preventing the occurrence of focal brain effects. You can.

また、外部シャッターに高速ゲート機能付きのイメージ
インテンンファイヤーを用いた場合、撮像素子への入射
光の強度を増幅することが出来るため、入射光量が少な
い撮影条件下および高速撮影時においても、SN比を大
きくすることが可能となる。
In addition, when an image intensifier with a high-speed gate function is used as an external shutter, the intensity of the light incident on the image sensor can be amplified, so even under shooting conditions with a low amount of incident light and during high-speed shooting, the SN It becomes possible to increase the ratio.

実施例 以下、本発明を図面に示す実施例により詳細に説明する
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to examples shown in the drawings.

第7図は本発明に係わるM OS型撮像素子IOを備え
たビデオカメラ11および、該ビデオカメラ11の信号
制御部I2を介して出力される画像情報の外部処理機構
13を示すものである。外部処理機構13にはAD変換
部14、メモリ部15、外部記録装置16、画像構成用
コンピュータ17、画像構成装置18、デイスプレィ1
9を図示の如く接続して設置している。
FIG. 7 shows a video camera 11 equipped with a MOS image sensor IO according to the present invention, and an external processing mechanism 13 for image information outputted via a signal control section I2 of the video camera 11. The external processing mechanism 13 includes an AD conversion section 14, a memory section 15, an external recording device 16, an image composition computer 17, an image composition device 18, and a display 1.
9 are connected and installed as shown in the figure.

上記MOS型撮像素子10は後述するように全画素の内
の任意の領域の画素のみを読み出す部分的領域読み出し
を可能とするものであり、この部分的領域読み出しを行
う場合に超高速読み出しがなされるために、MO9型素
型素子l下記の構成としてフォーカルプレーン効果のな
い画面が得られるようにしている。
As will be described later, the MOS type image sensor 10 is capable of partial area readout in which only pixels in an arbitrary area out of all pixels are read out, and when performing this partial area readout, ultra-high speed readout is performed. In order to achieve this, the MO9 type element 1 has the following configuration so that a screen without focal plane effects can be obtained.

本発明の第1実施例では、上記MOS型撮像素子10に
フォーカルブレーン効果のない内部ツヤソタリング機構
を設けている。
In the first embodiment of the present invention, the MOS type image sensor 10 is provided with an internal gloss sottering mechanism that does not have a focal brain effect.

上記MOS型撮像素子lOの回路構成は第8図に示す通
りであり、各画素の深層部の構造は第9図に示す通りで
ある。
The circuit configuration of the MOS type image sensor IO is as shown in FIG. 8, and the deep structure of each pixel is as shown in FIG.

該M OS型撮像素子10ては、各画素20の構成が従
来と相違し、各画素20にシャッタリング用ゲート21
を設け、該シャッタリング用ゲート21に接続したシャ
ッタリング用ゲート線LIOを全画素共通のツヤッタリ
ング・スイッチ22に接続している。
In the MOS type image sensor 10, the configuration of each pixel 20 is different from the conventional one, and each pixel 20 is provided with a shuttering gate 21.
A shuttering gate line LIO connected to the shuttering gate 21 is connected to a shuttering switch 22 common to all pixels.

上記シャッタリング用ゲート21はホトダイオード23
を備えた感光部24に隣接して形成し、該シャッタリン
グ用ゲート21を介して電荷蓄積部25を設けている。
The shuttering gate 21 is a photodiode 23
The charge storage section 25 is formed adjacent to a photosensitive section 24 having a shuttering gate 21 .

上記シャッタリング用ゲート21は全画素20で同時に
オンして感光部24から電荷蓄積部25に電荷ECを流
し、かつ、同時にオフして電荷蓄積部25への電荷EC
の流入を遮断するようにしている。
The shuttering gates 21 are simultaneously turned on in all pixels 20 to cause charges EC to flow from the photosensitive section 24 to the charge accumulation section 25, and simultaneously turned off to cause charges EC to flow into the charge accumulation section 25.
We are trying to block the influx of

各画素20に設けたリセット用ゲート26は第8図に示
すようにリセット部30にリセット用ゲート線L1を介
して接続し、リセット部30からの信号で全画素同時に
ONL、感光部24に蓄積された電荷を掃き出し線L2
より同時に掃き出している。よって、全画素20の感光
部24に対する入射は同時期から開始し、かつ、同時に
シャッタリング用ゲート21が開いて感光部24の電荷
ECを電荷蓄積部25へ流すため、電荷蓄積部25で蓄
積される電荷には全画素20で時間的なずれは全く生じ
ない。
The reset gate 26 provided in each pixel 20 is connected to the reset section 30 via the reset gate line L1 as shown in FIG. Sweep out the electric charge to the line L2
They are sweeping out at the same time. Therefore, all pixels 20 start being incident on the photosensitive section 24 at the same time, and the shuttering gate 21 opens at the same time to flow the charge EC of the photosensitive section 24 to the charge accumulating section 25, so that the charge EC is accumulated in the charge accumulating section 25. There is no temporal shift at all in the charges applied to all pixels 20.

上記各電荷蓄積部25には、垂直ゲート32、水平ゲー
ト33を介して電荷転送部34.35を連設し、上記垂
直ゲート32は垂直シフトレノスタ(読み出し用)36
に垂直ゲート線L3を介して接続すると共に、水平ゲー
ト33は水平シフトレジスタ37に水平ゲート線L4を
介して接続している。上記垂直および水平ゲート32.
33は最初の読み出し画素20から順次オンし、電荷蓄
積部25に蓄積している電荷を電荷転送部34.35を
へて出力信号線L5に流している。
Charge transfer sections 34 and 35 are connected to each charge storage section 25 via a vertical gate 32 and a horizontal gate 33, and the vertical gate 32 is connected to a vertical shift renostar (for reading) 36.
The horizontal gate 33 is connected to a horizontal shift register 37 via a horizontal gate line L4. Said vertical and horizontal gates 32.
33 are turned on sequentially starting from the first read pixel 20, and the charges accumulated in the charge storage section 25 are passed through the charge transfer sections 34 and 35 to the output signal line L5.

即ち、上記MOS型撮像素子10では、第9図に示すよ
うに、まず、第1ステツプの電荷掃き出しを全画素同時
に行い、ついで、リセット用ゲート38を閉して第2ス
テツプの受光をおこなう。
That is, in the MOS type image pickup device 10, as shown in FIG. 9, the first step of sweeping out charges is performed simultaneously for all pixels, and then the reset gate 38 is closed to perform the second step of light reception.

所定の入射時間経過後、シャッタリング用ゲート21を
全画素一斉にオンし、第3ステツプのケーティングで感
光部24からN荷蓄積部25に電荷を流して蓄積してお
く。この電荷蓄積部25に蓄積した電荷を最初の読み出
し画素から順次、各画素の垂直および水平ゲート32.
33が開き、第4ステツプの走査読み出しで読み出して
いく。最後の読み出しが終了した後、第1ステツプの電
荷掃き出しを行い、以下繰り返される。
After a predetermined incident time has elapsed, the shuttering gate 21 is turned on for all pixels at the same time, and in the third step of casing, charges flow from the photosensitive section 24 to the N charge accumulation section 25 and are accumulated therein. The charges accumulated in the charge storage section 25 are sequentially transferred to the vertical and horizontal gates 32 of each pixel, starting from the first read pixel.
33 is opened and read out in the fourth step, scanning readout. After the last readout is completed, a first step of sweeping out the charges is performed, and the process is repeated thereafter.

このように、MOS型撮像素子10ては、画素20の信
号は読み出し順序に従って出力信号線L5より読み出し
ているが、感光部24て同一時期に同一時間受光されて
変換された電荷は同時に電荷蓄積部25で蓄積されるた
め、読み出される電荷には時間的ずれが生ぜず、所謂フ
ォーカルブレーン効果の発生を防止出来る。
In this way, in the MOS type image sensor 10, the signals of the pixels 20 are read out from the output signal line L5 in accordance with the readout order, but the charges that are received and converted by the photosensitive section 24 at the same time and for the same time are stored at the same time. Since the charges are accumulated in the unit 25, there is no time lag in the charges read out, and the occurrence of the so-called focal brain effect can be prevented.

第1θ図から第12図は本発明の第2実施例を示すもの
で、上記第1実施例ではMOS型撮像素子にフォーカル
ブレーン効果のない内部シャッタリング機構を設けてい
たか、本第2実施例では外部シャッターを用いることに
よりフォーカルブレーン効果を無くすと同時に、入射光
の強度を高めてSN比の改善を図るようにしている。
Figures 1θ to 12 show a second embodiment of the present invention. In this case, by using an external shutter, the focal brain effect is eliminated, and at the same time, the intensity of the incident light is increased to improve the signal-to-noise ratio.

該第2実施例ではMOS型撮像素子+00の前面に高速
ゲート機能付きイメージインテンシファイヤーからなる
外部シャッター101を取り付け、該外部シャッター1
01によりMOS型撮像素子100の全画素を同時にツ
ヤッタリングし、よって、前記時間のずれにより生しる
フォーカルブレーン効果の発生を無くしている。
In the second embodiment, an external shutter 101 consisting of an image intensifier with a high-speed gate function is attached to the front surface of the MOS image sensor +00.
01, all pixels of the MOS image sensor 100 are simultaneously shattered, thereby eliminating the occurrence of the focal brain effect caused by the time lag.

上記外部シャッター101は、最高1億分の1程度の非
常に短い時間のゲーティング(シャッタリング)機能を
備えるマイクロチャンネルプレート(M CP )を備
えたイメージインテンンファイヤーを用いている。この
外部ツヤツタ−1otは第11図に示すように、撮像素
子取付基盤102に固定したMOS型撮像素子100の
感光面前面にガラスファイバーからなるカプラー103
の後端を固着し、該カプラー103の前端に外部シャッ
ター101を固着している。外部シャッター101は矢
印方向から入射される光を光電面110で受光して光電
子に変換し、該光電子を光電面110の背部に配置した
マイクロチャンネルプレート111に穿設した多数の細
穴112を通過さ廿て増幅している。上記細穴112は
全体て240万個のチャンネルからなり、入射電子に対
して出力電子は数千倍以上に倍増される。この増幅した
光電子をマイクロチャンネルプレート111の出口倶1
に設けた蛍光面113に衝突させて再び強度の大きい光
学像に変換し、該光学像をMOS型素子100の感光面
で受光するようにしている。
The external shutter 101 uses an image intensifier equipped with a microchannel plate (MCP) that has a gating (shuttering) function for a very short time of about 1/100 millionth at most. As shown in FIG. 11, this external glosser 1ot has a coupler 103 made of glass fiber on the front surface of the photosensitive surface of the MOS image sensor 100 fixed to the image sensor mounting base 102.
The rear end of the coupler 103 is fixed, and the external shutter 101 is fixed to the front end of the coupler 103. The external shutter 101 receives light incident from the direction of the arrow on a photocathode 110, converts it into photoelectrons, and passes the photoelectrons through a large number of small holes 112 formed in a microchannel plate 111 placed behind the photocathode 110. It has recently been amplified. The small hole 112 has a total of 2.4 million channels, and the output electrons are multiplied by several thousand times compared to the incident electrons. The amplified photoelectrons are transferred to the outlet 1 of the microchannel plate 111.
The light is caused to collide with a fluorescent screen 113 provided on the phosphor screen 113 to be converted into a high-intensity optical image again, and this optical image is received by the photosensitive surface of the MOS type element 100.

上3己のよう1こマイクロチャンネルプレート111を
用いることにより、感光面で受光する入射光は約6万倍
に増強され、被写体照度で0 、5 mix程度まで見
ることが可能となる。
By using one microchannel plate 111 as shown in the third picture above, the incident light received by the photosensitive surface is intensified approximately 60,000 times, making it possible to see up to about 0.5 mix of subject illuminance.

このように、第2実施例では上記外部ツヤッタ−101
をMOS型撮像素子100の前面に取り付けているため
、MOS型撮像素子100の感光面には外部シャッター
101により同一時期に入射が開始し、同一時期に入射
か遮断される。よって、第1実施例のように、MOS型
撮像素子自体に全画素同時にツヤッタリングを行うシャ
ッタリング機構を設けることなく、フォーカルブレーン
効果の発生を防止することが出来る。
In this way, in the second embodiment, the external shutter 101
Since these are attached to the front surface of the MOS image sensor 100, the light starts to enter the photosensitive surface of the MOS image sensor 100 at the same time by the external shutter 101, and is blocked or blocked at the same time. Therefore, unlike the first embodiment, it is possible to prevent the focal brain effect from occurring without providing the MOS type image sensor itself with a shuttering mechanism that simultaneously performs glossing on all pixels.

また、外部シャッター101を設けて、撮像素子の内部
にシャッタリング機構を設ける必要がないため、第12
図に示すようにリセット部30の信号線L20を読み出
し用入力線、信号線L21を読み出し用出力線として用
いることが出来る。よって、全画素の画像信号を図中左
右両側の2箇所の読み出し部から読み出すことが可能と
なり、読み出し速度を2倍に増速させることが出来る。
Further, since it is not necessary to provide the external shutter 101 and provide a shuttering mechanism inside the image sensor, the 12th
As shown in the figure, the signal line L20 of the reset section 30 can be used as a reading input line, and the signal line L21 can be used as a reading output line. Therefore, it is possible to read out the image signals of all pixels from the two readout sections on both the left and right sides in the figure, and the readout speed can be doubled.

上記第2実施例の高速ゲート機能付き外部シャッターを
設ける場合、および第1実施例のフォーカルブレーン効
果のない内部シャッターを撮像素子に内蔵する場合のい
ずれにおいても、MO9型撮像素子に部分的な領域読み
出しを行う機構を設けたものと組み合わせた場合、高速
読み出しがなされるために、より効果的に使用しえる。
In both the case where the external shutter with the high-speed gate function of the second embodiment is provided, and the case where the internal shutter without the focal brain effect of the first embodiment is built into the image sensor, a partial area of the MO9 type image sensor When combined with a device equipped with a readout mechanism, high-speed readout can be achieved and the device can be used more effectively.

上記部分的な領域読み出しは、例えば、第13図に示す
ように、上記撮像素子の水平走査シフトレジスタ37に
複数の部分読み出し用スタート端子50A、50Bを接
続すると共に、全画素20に読み出し改行用のリセット
パルスを受けるゲートを設け、該リセット用ゲートをリ
セットパルス発信部(図示せず)に接続する。上記撮像
素子1O(100)の画素数が256X256の場合、
水平方向の1回の走査のために256回のシフト操作が
終わった後、垂直方向へ1つシフトするため、水平方向
のシフトレジスタの移動速度は垂直方向の移動速度と比
較して約256倍速いこととなる。
For example, as shown in FIG. 13, the partial area readout can be carried out by connecting a plurality of partial readout start terminals 50A and 50B to the horizontal scanning shift register 37 of the image sensor, and at the same time, all pixels 20 are read out and used for line feed. A gate for receiving a reset pulse is provided, and the reset gate is connected to a reset pulse generator (not shown). When the number of pixels of the above image sensor 1O (100) is 256×256,
After 256 shift operations are completed for one scan in the horizontal direction, one shift is performed in the vertical direction, so the movement speed of the shift register in the horizontal direction is approximately 256 times faster than the movement speed in the vertical direction. It will be bad.

よって、垂直側はリセットパルスを順次出力することに
より飛ばし読みするようにし、上記した水平側のみ部分
読み出しスタート端子を設けている。
Therefore, reset pulses are sequentially output on the vertical side for skip reading, and the above-mentioned partial read start terminal is provided only on the horizontal side.

尚、垂直側シフトレジスタにも部分読み出しスタート端
子を設けても良いことは言うまでもない。
It goes without saying that the vertical shift register may also be provided with a partial readout start terminal.

上記した構成としておくことにより、図示のように斜線
で示す画面中央部分のみを読み出したい場合、部分読み
出しスタート端子50Aをオンすると、水平側の読み出
しは、図中左側1/3の画素20を飛ばして、画素2O
Aの部分から開始する。この画素20Aにリセットパル
スを送り、垂直下方の画素20Bに飛ばし、これを繰り
返して、図中81の部分を飛ばし読みして、部分読み出
し領域Zの画素20Cまで達する。この部分読み出し領
域Zでは、水平方向へ順次シフトして画像信号を読み出
していき、任意の画素20Dまでくると、リセットパル
スを出して改行し、これを順次繰り返していく。部分読
み出し領域Zの最後の画素20Eに達してリセットパル
スを出して画素20Fに達すると、前記Slと同様に9
2の部分も垂直方向の最後まで飛ばし読みする。このS
2の部分の最後の画素20Gに達すると全画素20の電
荷掃き出しを行う。上記した部分的な読み出し領域Zを
読み出すためのリセットパルス発信位置および読み出し
用スタート端子の入力位置は、撮像素子と接続した信号
制御部12から、領域指定に応じて自動的に設定される
ようにしておくことが出来る。よって、例えば、第14
図に示すように、256x256の画素からなる全画面
を、水平方向および垂直方向いずれも64画素づつで分
割して、部分読み出し領域をA−Pの16部分に分割し
、A領域を読み出したい場合の設定、FプラスGの領域
を読み出したい場合、あるいは1フレーム毎にA−F−
に→Pと順次読み出したい場合などに応してメモリ部分
で数種のパターンに分けて設定して記憶させておくと、
読み出したい領域のみを簡単に読み出すことが可能とな
る。
With the above configuration, if you want to read out only the central part of the screen shown by diagonal lines as shown in the figure, turn on the partial readout start terminal 50A, and the horizontal readout will skip the pixels 20 on the left 1/3 of the figure. , pixel 2O
Start from part A. A reset pulse is sent to this pixel 20A, skipping it to the vertically downward pixel 20B, repeating this, skipping the part 81 in the figure, and reaching the pixel 20C in the partial readout area Z. In this partial readout area Z, image signals are read out by sequential shifts in the horizontal direction, and when an arbitrary pixel 20D is reached, a reset pulse is issued and a line feed is started, and this is sequentially repeated. When the last pixel 20E of the partial readout area Z is reached, a reset pulse is issued, and the pixel 20F is reached, 9
Also skip reading part 2 to the end in the vertical direction. This S
When the last pixel 20G of the part 2 is reached, the charges of all the pixels 20 are swept out. The reset pulse transmission position for reading out the above-mentioned partial readout area Z and the input position of the readout start terminal are automatically set by the signal control unit 12 connected to the image sensor according to the area specification. You can keep it. Therefore, for example, the 14th
As shown in the figure, if you want to divide the entire screen consisting of 256x256 pixels into 64 pixels each in both the horizontal and vertical directions, divide the partial readout area into 16 parts A-P, and read out area A. setting, if you want to read out the area of F plus G, or for each frame A-F-
If you want to read out sequentially from →P, etc., you can set and memorize several patterns in the memory part.
It becomes possible to easily read out only the area that is desired to be read out.

上記部分読み出しを行う場合と、画面全体を読み出す場
合を比較すると、以下の通り、部分読み出しを高速で為
すことが出来る。
Comparing the case of performing the above partial readout and the case of reading out the entire screen, partial readout can be performed at high speed as follows.

第15図に示すように、画面全体の画素の信号を読み出
す場合、256X256の画素の信号読み出しか必要と
なる。これに対して、第16図(1)に示すように、画
面の下半分を読み出す場合、垂直方向に高速で128行
分シフトさせ、129行目から水平方向にシフトレジス
タが働かせる。
As shown in FIG. 15, when reading out the signals of the pixels of the entire screen, it is necessary to read out the signals of only 256×256 pixels. On the other hand, as shown in FIG. 16(1), when reading out the lower half of the screen, the data is shifted vertically by 128 lines at high speed, and the shift register is activated horizontally from the 129th line.

垂直方向に高速に128回シフトさせるに必要な時間は
画面下半分で読み出す時間、即ち、128行×256列
=32768回と比べてI/256であり、実際上は無
視できる時間である。よって、画面下半分の領域読み出
し時間は全体読み出し時間の略1/2となる。
The time required to shift 128 times in the vertical direction at high speed is I/256 compared to the time required to read out the lower half of the screen, that is, 128 rows x 256 columns = 32768 times, and is a time that can be ignored in practice. Therefore, the readout time for the lower half of the screen is approximately 1/2 of the entire readout time.

第16図(II)の画面の右上部分、即ち、全体画面の
1/4を読み出したい場合は、水平方向のシフトレジス
タに設けた部分読み出し用スタート端子50Bから読み
出しが開始するため、左半分の無駄な読み出しがなくな
る。また、右下部分の読み出しもなくなり、読み出し時
間が全体読み出しに対して1/4と短縮出来る。
If you want to read out the upper right part of the screen in FIG. 16 (II), that is, 1/4 of the entire screen, reading starts from the partial readout start terminal 50B provided in the horizontal shift register. This eliminates unnecessary reading. Further, there is no need to read out the lower right portion, and the readout time can be reduced to 1/4 of the entire readout.

第16図(III)の全画面のl/16の部分(第14
図中においてrJJの領域)を読み出したい場合、読み
出し時間が1/16に短縮される。よって、例えば、ロ
ケットの追尾を検出するために用いる場合、画面全体を
読み出して追尾する場合と比較して追尾速度は16倍と
なる。また、全画面で読み出しを行う場合、ロケットが
引き続く2画面の間に画面の端から端まで(即ち、25
6行)移動するとすると、追尾が不可能となる。これに
対して、1つの領域(64x64)の画面上では画面幅
(64行)の1 /4 (64行)しか移動しないので
、追尾が可能となり、追尾性は4倍となる。しかも、全
画面内の部分読み出し領域を逐次移動させることにより
、16枚分の連続画面まで、カメラやレンズ前面のミラ
ー等を移動させなくとも追尾か可能である。
1/16 part of the full screen in Figure 16 (III) (14th
When it is desired to read out the area (rJJ in the figure), the readout time is reduced to 1/16. Therefore, for example, when used to detect tracking of a rocket, the tracking speed is 16 times higher than when tracking is performed by reading out the entire screen. In addition, when reading out on the full screen, the rocket extends from one edge of the screen to the other (i.e., 25
If the object moves (line 6), tracking becomes impossible. On the other hand, on the screen of one area (64x64), the movement is only 1/4 (64 lines) of the screen width (64 lines), so tracking is possible and the tracking performance is quadrupled. Moreover, by sequentially moving the partial readout areas within the entire screen, tracking can be performed for up to 16 continuous screens without moving the camera or the mirror in front of the lens.

上記したように、MOS型撮像素子を用いた場合、画面
の部分的な領域読み出しを簡単に行うことが出来、該領
域読み出しの場合は全体読み出しと比較して高速読み出
しが出来る。この高速読み出しの場合に派生するMOS
型撮像素子の問題は上記した第1および第2実施例に記
載した構成とすることにより解消出来る。
As described above, when a MOS type image sensor is used, it is possible to easily read out a partial area of the screen, and in the case of reading out the area, higher speed reading is possible compared to reading out the entire area. MOS derived from this high-speed readout
The problem with the type image sensor can be solved by using the configurations described in the first and second embodiments.

さらに、第17図に示すように、前記第1および第2実
施例のMOS型撮像素子10(100)において、垂直
方向において画素を帯状に複数のブロックにわけ、各ブ
ロック毎に信号読み出し線L500を設け、並列読み出
しを行うと、さらに、高速読み出しが可能となる。
Further, as shown in FIG. 17, in the MOS type image sensor 10 (100) of the first and second embodiments, the pixels are divided into a plurality of strip-like blocks in the vertical direction, and each block has a signal readout line L500. By providing parallel readout, even higher speed readout becomes possible.

上記した部分領域読み出し、あるいは並列読み出し、お
よび両方を併用する読み出しのいずれの場合も高速読み
出しが可能で、その際、上記第1および第2実施例の構
成としておくことにより、第18図に示すように、高速
読み出し時に生じるフォーカルプレーン効果を無くすこ
とが出来る。
High-speed reading is possible in any of the above-mentioned partial area readout, parallel readout, and readout that uses both. In this case, by using the configuration of the first and second embodiments above, As such, it is possible to eliminate the focal plane effect that occurs during high-speed reading.

尚、MOS型撮像素子の前面などに色フィルターを配置
しておくことにより、カラー撮影にも利用出来ることは
言うまでもない。
It goes without saying that by placing a color filter in front of the MOS type image sensor, it can also be used for color photography.

発明の効果 以上の説明より明らかなように、本発明に係わるMOS
型撮像索子を備えたビデオカメラにおいては、部分領域
読み出し等を行う高速読み出し時における問題、即ち、
フォーカルプレーン効果の発生の問題を、各画素のシャ
ッタリングを同時に行う内部シャッタリング機構を設け
ることにより、あるいは外部シャッターを設けることに
より解消することが出来る。また、光強度を増強するイ
メージインテシファイヤーを外部シャッターに用いた場
合には、高速撮影時における入射光量の減少の問題ある
いは入射光量が少ない条件下での撮影時の問題を解消す
ることが出来る等の種々の利点を有するものである。
Effects of the invention As is clear from the above explanation, the MOS according to the present invention
In a video camera equipped with a type imaging probe, there are problems during high-speed readout such as partial area readout, namely:
The problem of the focal plane effect can be solved by providing an internal shuttering mechanism that simultaneously shutters each pixel, or by providing an external shutter. Additionally, if an image intensifier that enhances the light intensity is used in the external shutter, it is possible to solve the problem of a decrease in the amount of incident light during high-speed shooting or when shooting under conditions where the amount of incident light is low. It has various advantages such as.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図および第2図は画面の部分的な領域読み出しの態
様を示す概略図、第3図はCCD撮像素子の概略原理図
、第4図はMOS型撮像索子の概略原理図、第5図は従
来のMOS型撮像素子の各画素の深層構造図、第6図は
従来のMOS型撮像索子における問題点を示す概略図、
第7図は本発明のビデオカメラの第1実施例の概略図、
第8図は第1実施例のMOS型撮像索子の回路の平面図
、第9図は第1実施例のMOS型撮像索子の各画素の深
層構造図、第10図は本発明の第2実施例のビデオカメ
ラの概略図、第11図は第2実施例の要部拡大側面図、
第12図は第2実施例のMOS型撮像素子の回路図、第
13図はMOS型撮像索子で部分的領域読み出しを行う
構成を示す概略平面図、第14図は画面全体を部分的読
み出し領域出し状態を示す概略図、第16図(IXII
XIII)は部分的領域の読み出し態様を示す概略図、
第17図はMOS型撮像索子における並列読み出しを示
す概略図、第18図は本発明の作用を示す概略図である
。 1O1100・・MOS型撮像索子、 20・・画素 21・・シャッタリング用ゲート、 24・・感光部、25・・電荷蓄積部、101・・外部
ツヤツタ− 111・・マイクロチャンネルプレート、50A〜50
C・・部分読み出しスタート端子。 特許出願人  江 藤  剛 治 代理人 弁理士前 山  葆 ほか2名−56’。 第3図 第4図 (T$!豫出力出 力 第10図 1o。 第11図 算13区 つ 第17図 第18図 手続補正書く方式) 平成 2年10月25日 平成 2年 特許願 第165993号 2、発明の名称 MO3型撮像素子を備えたビデオカメラ3、補正をする
者 事件との関係
1 and 2 are schematic diagrams showing the mode of reading out a partial area of the screen, FIG. 3 is a schematic diagram of the principle of a CCD image pickup device, FIG. 4 is a diagram of the principle of a MOS type imaging device, and Figure 5 The figure is a deep structure diagram of each pixel of a conventional MOS type imaging device, and FIG. 6 is a schematic diagram showing problems in a conventional MOS type imaging device.
FIG. 7 is a schematic diagram of the first embodiment of the video camera of the present invention;
FIG. 8 is a plan view of the circuit of the MOS type imaging element of the first embodiment, FIG. 9 is a deep structure diagram of each pixel of the MOS type imaging element of the first embodiment, and FIG. 10 is a diagram of the circuit of the MOS type imaging element of the first embodiment. A schematic diagram of the video camera of the second embodiment, FIG. 11 is an enlarged side view of the main part of the second embodiment,
Fig. 12 is a circuit diagram of the MOS type image sensor of the second embodiment, Fig. 13 is a schematic plan view showing a configuration for reading out a partial area using a MOS type imaging probe, and Fig. 14 is a schematic plan view showing a configuration for partially reading out the entire screen. Schematic diagram showing the area extraction state, FIG. 16 (IXII
XIII) is a schematic diagram showing a reading mode of a partial region,
FIG. 17 is a schematic diagram showing parallel readout in a MOS type imaging probe, and FIG. 18 is a schematic diagram showing the operation of the present invention. 1O1100...MOS type imaging probe, 20...Pixel 21...Shuttering gate, 24...Photosensitive section, 25...Charge storage section, 101...External glosser 111...Micro channel plate, 50A~50
C: Partial read start terminal. Patent applicant Tsuyoshi Eto, agent Patent attorney Mae Yamabo, and two others - 56'. Figure 3 Figure 4 (T$!Yu output Figure 10 Figure 1o Figure 11 Calculation 13 sections Figure 17 Figure 18 Procedure correction writing method) October 25, 1990 1990 Patent Application No. 165993 No. 2, Name of the invention Video camera 3 equipped with an MO3 type image sensor, relationship with the case of the person making the correction

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、各画素をそれぞれ水平および垂直走査シフトレジス
タに水平および垂直ゲート線を介して接続し、該水平お
よび垂直走査シフトレジスタからのパルス信号により順
次スイッチし、交点の画像信号を取り出すMOS型撮像
素子を備えたものにおいて、 高速ゲート機能付き外部シャッターを、上記MOS型撮
像素子の外部で感光部前面に取り付け、該外部シャッタ
ーにより上記撮像素子の全画素のシャッタリングを同時
に行う構成としたことを特徴とするMOS型撮像素子を
備えたビデオカメラ。 2、各画素をそれぞれ水平および垂直走査シフトレジス
タに、水平および垂直ゲート線を介して接続し、該水平
および垂直走査シフトレジスタからのパルス信号により
順次スイッチし、交点の画像信号を取り出すMOS型撮
像素子を備えたものにおいて、 上記MOS型素子の各画素の感光部にシャッタリング用
ゲート線と接続したゲートを設けると共に該シャッタリ
ング用ゲートを介して感光部に隣接して電荷蓄積部を設
け、全画素のリセット信号を同時にオンして電荷掃き出
しを全画素同時に行うと共に、上記シャッタリング用ゲ
ートを全画素同時にオン・オフして感光部で受光した電
荷を全画素一斉に電荷蓄積部に移して、全画素同時にシ
ャッタリングを行う内部シャッタリング機構を設けたこ
とを特徴とするMOS型撮像素子を備えたビデオカメラ
[Claims] 1. Each pixel is connected to a horizontal and vertical scanning shift register through a horizontal and vertical gate line, and the pixels are sequentially switched by pulse signals from the horizontal and vertical scanning shift registers, and the image signal at the intersection point is An external shutter with a high-speed gate function is attached to the front surface of the photosensitive section outside the MOS image sensor, and the external shutter simultaneously shutters all pixels of the image sensor. A video camera equipped with a MOS type image sensor, characterized in that: 2. MOS type imaging in which each pixel is connected to a horizontal and vertical scanning shift register via a horizontal and vertical gate line, and the pixels are sequentially switched by pulse signals from the horizontal and vertical scanning shift registers, and image signals at intersections are taken out. A gate connected to a shuttering gate line is provided in the photosensitive portion of each pixel of the MOS type device, and a charge storage portion is provided adjacent to the photosensitive portion via the shuttering gate, The reset signal for all pixels is turned on at the same time to sweep out charges from all pixels at the same time, and the shuttering gate is turned on and off for all pixels at the same time to transfer the charge received by the photosensitive section to the charge storage section of all pixels at the same time. A video camera equipped with a MOS type image sensor, characterized in that it is provided with an internal shuttering mechanism that shutters all pixels simultaneously.
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