JP3046100B2 - 画像記録装置 - Google Patents
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Description
み込まれる画像記録装置に係り、特に撮像エリアを選択
して非常に速いフレーム速度で読出し可能な固体撮像素
子を備えた画像記録装置に関する。
システムには、映像の撮影ならびに記録再生に固体撮像
素子が用いられる。従来の固体撮像素子はフォトダイオ
ード等の光電変換素子を多数二次元配列して撮像面を形
成し、この撮像面に形成された画像を高速で読み出すた
めに、撮像面を垂直列方向に沿って複数のブロックに分
割し、分割された長方形の各ブロック内に配列された光
電変換素子の複数のライン列を同時に並列に走査してフ
レーム速度の速い読出しができるようになっている(昭
和56年特許出願公表第501704号および昭和57
年特許出願公表第501309号参照)。
テムに組み込まれる固体撮像素子は、撮像面を複数の長
方形ブロックに垂直列方向に沿って分割し、長方形の画
像とすることで読出し速度の高速化を実現しているが、
長方形画像では撮像エリアとして対象物が限定されてし
まう問題がある。
向に分割してブロック化しているため、垂直方向のスキ
ップ動作は比較的簡単な回路構成で、フレーム数に影響
を与えることなく行なうことができるが、水平方向のス
キップ動作は、光電変換素子数が多く、高速パルスを与
える必要があって高速回路構成が必要で制御が複雑化す
る問題があり、撮像エリアの選択の自由度が小さく、長
方形ブロック毎の撮像エリアしか選択できず、他の撮像
エリアの選択は困難であった。
たもので、固体撮像素子の撮像面の撮像エリアを自由に
選択して撮像エリアの選択自由度を向上させるとともに
超高速のフレーム速度で読出しが可能な画像記録装置を
提供することを目的とする。
置は、上述した課題を解決するためにフォトダイオード
等の光電変換素子を多数二次元配列して画像の蓄積およ
び読出し可能な固体撮像素子の撮像面を形成し、この撮
像面を列方向に沿って複数のブロックに分割し、分割さ
れた各ブロックの長手方向に配設された光電変換素子列
により走査線を形成し、各ブロックの複数の走査線を並
列にライン走査して多チャンネルビデオ信号を出力する
画像記録装置において、前記ブロックの走査線方向に複
数のライン走査開始点を調節自在に設ける一方、読出し
ブロックの選択を行なう垂直シフトレジスタと、前記走
査線方向のライン走査開始点およびライン走査画素数の
選択を行なう水平シフトレジスタとを有し、前記垂直お
よび水平のシフトレジスタを駆動回路からのドライブ信
号により作動制御して、ライン走査開始位置の異なる撮
像エリアを選択し、この撮像エリアから多チャンネルビ
デオ信号を出力してランダムアクセスメモリに記録する
ように構成したことを特徴とするものである。
ックに分割し、これらの各ブロックのライン(走査線)
を並列に同時に読み出し、各ブロックを順次走査するこ
とにより並列数倍の高速撮像ないし記録を行なうことが
できる。また、選択するブロック中の任意の部分を選択
して、その部分エリアのみを読み出すので、読み出し画
素数を減少させてさらなる高速読み出しを図ることがで
きる。しかも、これら複数の部分エリアの読み出しも同
時に並列して行なうので、読み出しの一層の高速化を図
ることができる。また、垂直ブロックのライン走査開始
点を設定する一方、読み出しブロックを選択する垂直走
査手段がシフトレジスタであるので、垂直方向はインタ
ーバル期間に高速パルスを与えてシフトレジスタを空送
りして走査開始点を設定し、走査終了点は垂直シフトレ
ジスタをリセット信号によりクリアすることにより設定
することができ、走査開始点と終了点を容易に適宜調節
することができる。さらに、撮像エリアから読み出した
ビデオ信号をランダムアクセスメモリに記録するので、
パーシャルフレーム時の垂直ブロックの選択できる数は
全ての組み合せが可能であり、撮影時の被写体の速度に
合せたパーシャルフレームを取り得る。
を添付図面を参照して説明する。
ステムに組み込まれる画像記録装置10を示す。この画
像記録装置10は画像の蓄積や読出し可能な二次元配列
の固体撮像素子11を有し、この固体撮像素子11は駆
動回路12からのドライブ信号により駆動され、読出し
が開始される。駆動回路12はクロック13からの例え
ば25MHzのクロックパルスにより駆動される。
うにMOS型半導体素子からなるフォトダイオード等の
光電変換素子を多数二次元配列して構成される撮像面
(受光面)15と、ブロック選択シフトレジスタを構成
する第1の走査回路としての垂直走査回路16と、行シ
フトレジスタを構成する第2の走査回路としての水平走
査回路17と、撮像面の走査により多チャンネルアナロ
グビデオ信号を出力する出力部18とを有する。
ネルアナログビデオ信号S1〜S16は増幅回路20に
より増幅された後、ADコンバータ21に入力され、こ
のADコンバータ21でディジタルビデオ信号に変換さ
れてDRAM等のランダムアクセスメモリの大容量メモ
リ22に連続的に記録されるようになっている。大容量
メモリ22に記録されたデータは図示しない読出し用メ
モリにより時系列的に読み出され、撮像時の速度より低
速の連続画像を再生できるようになっている。
する光電変換素子を例えば266個の水平列R1 ,R2
…R266 と256個の垂直行C1 ,C2 …C256 に二次
元配列してフォーマット化された撮像面15を形成する
一方、撮像面15は縦列(垂直行)方向に沿って16の
ブロックB1 ,B2 …B16に分割される。分割された各
ブロックB1 ,B2 …B16は長手方向の水平方向に16
行の光電変換素子列が形成され、各光電変換素子列によ
り16本の走査線が構成される。各ブロックB1 ,B2
…B16の16本(16行)の走査線は垂直および水平走
査回路16,17により並列に順次走査され、出力部か
らアナログビデオ信号S1 ,S2 …S16が出力されるよ
うになっている。撮像面15の二次元配列の光電変換素
子のうち、水平方向の光電変換素子数が垂直方向の光電
変換素子数より10個程多いのは、ノイズに対する余裕
度を持たせたためである。
に複数、例えば5つのライン走査開始点H1 (第1画
素)、H2 (第65画素)、H3 (第97画素)、H4
(第129画素)、H5 (第193画素)を有する。
バータ21の基準点(D点)設定用のオプティカルブラ
ックBOBである。
査回路17に入力される水平クロックパルスHC1 ,H
C2 は、水平方向の266個の光電変換素子のある画素
を読み出すとき、1画素ずつ読み出すタイミングとして
使われる。この水平クロックパルスHC1 ,HC2 は水
平シフトレジスタ同期パルスH1 ,H2 ,…H5 のいず
れかにより水平方向の読出しが開始されたとき、この開
始時点からHC1 ,HC2 のクロックパルスで画素の読
出しが行なわれる。このクロックパルスHC1 ,HC2
は各々例えば12.5MHzで180°位相が異なって
おり、水平走査速度は25MHzとなる。
像素子11の撮像面15に記録された画像の読出しにつ
いて説明する。
全面走査する場合、クロック13で駆動される駆動回路
12からのドライブ信号として図3に示す垂直リセット
パルスVRと垂直シフトレジスタクロックパルスVCが
垂直走査回路16に送られ、この垂直走査回路16を駆
動させる。垂直走査回路16は垂直リセットパルスVR
によりリセットされ、垂直シフトレジスタクロックパル
スVCにより第1のブロックB1 を選択し、この第1ブ
ロックB1 の画像走査動作を可能にする。
に水平リセットパルスHRと水平シフトレジスタ同期パ
ルスH1 (第1画素スタート)が送られ、水平走査回路
17が駆動される。水平走査回路17は水平リセットパ
ルスHRによりセットされ、水平シフトレジスタ同期パ
ルスH1 により第1画素R1から順次走査が開始され
る。
5に記録された画像は選択された第1ブロックB1 の第
1画素R1 から、16本(行)の走査線に沿って並列に
同時走査され、この走査により得られたアナログビデオ
信号S1 ,S2 …S16は出力部18から出力される。
タが設けられており、256画素を水平走査した時点で
水平リセットパルスHRを水平走査回路17に送って水
平走査を一旦終了し、次に垂直シフトレジスタクロック
パルスVCを垂直走査回路16に送り、第1ブロックB
1 の動作可能を終了して、垂直行方向にスキップさせ、
第2ブロックB2 を選択し、この第2ブロックB2 の動
作を可能とする。
7に第1画素スタート用の水平シフトレジスタ同期パル
スH1 を送って第2ブロックB2の読出しを開始する。
ロックB3 〜B16の読出しを次々と行なう。最終ブロッ
クB16の読出し終了後に駆動回路12から垂直リセット
パルスVR、垂直シフトレジスタクロックパルスVCを
垂直走査回路16に送り、次の撮像面15の画像処理の
ために、第1ブロックB1 が再び選択され、第1ブロッ
クB1 の動作が可能となる。
選択ブロックB1 ,B2 …B16にそれぞれ対応した16
行の走査線分のアナログビデオ信号S1 ,S2 …S16を
ADコンバータ21に出力するようになっている。動作
可能となっていない非選択ブロックは、画像走査の影響
を受けず、入射光に対応して電荷を蓄積している。
撮像エリアを選択して走査(画像処理)する場合を説明
する。
垂直64画素の矩形部分を読出す場合を例にとる。
らのドライブ信号として垂直走査回路16に垂直リセッ
トパルスVRが送られ、この垂直リセットパルスVRに
より垂直走査回路16がリセットされる。次に、図3
(B)に示すように駆動回路12から垂直走査回路16
に垂直シフトレジスタクロックパルスVCを7クロック
連続して送ることにより、第7ブロックB7 を選択し、
選択された第7ブロックB7 の動作を可能とする。
で、駆動回路12からドライブ(アドレス)信号として
水平リセットパルスHRと第97画素をスタートさせる
水平シフトレジスタ同期パルスH3 を水平走査回路17
に送る。水平走査回路17は水平リセットパルスHRに
よりリセットされ、水平シフトレジスタ同期パルスH3
により第97画素より走査が開始される。
路12に組み合せて水平カウンタでカウントし、64画
素分だけ水平走査した時点でタイミングをとって駆動回
路12は水平リセットパルスHRを水平走査回路17に
送って水平走査を停止させてリセットさせる。一方、駆
動回路12から垂直シフトレジスタクロックパルスVC
を垂直走査回路16に送ってブロックB7 の動作可能を
終了してスキップさせ、次のブロックB8 を選択し、第
8ブロックB8 を動作可能とする。
(第97画素スタート)H3 を水平走査回路17に送
り、選択された第8ブロックB8 を読み出す。以後この
動作を繰り返し、駆動回路12の垂直用カウンタにより
ブロックB10の読出しが終了した時点で次の撮像エリア
Aの読出しのために、垂直リセットパルスVR、7クロ
ック分連続された垂直シフトレジスタクロックパルスV
Cを垂直走査回路16に送って次のブロックB7 の走査
が開始される。
直シフトレジスタクロックパルスVCの連続的な与え方
と、水平シフトレジスタ同期パルスH1 ,H2 ,H3 ,
H4 ,H5 の組合せ数の数だけ可能となり、撮像エリア
は図2に示すA,Bの他に種々のエリアが可能となり、
撮像エリアの選択自由度が向上する。
タおよび垂直用カウンタを備え、全画面の設定、撮像エ
リア(分割画面)の水平画素の開始点および画素数、垂
直ブロックB1 〜B16の開始点、ブロック数の設定を行
なうようになっている。なお、全画面走査時にも、駆動
回路12から垂直走査回路16に送られる垂直シフトレ
ジスタクロックパルスVCが、図3(A)に示すように
最大パルス時間分の余裕を持たせることで、分割画面時
との走査上の時間差をなくしている。
例えば約25MHzで、この読出しデータ速度で表1に
示すフレーム速度(駒速度)が得られる。
了毎に読出し開始位置を変更させることができる。図4
(A),(B)および(C)は読出し開始位置を64画
素*64画素の1画面毎に変更した例を示す。この場
合、各画面(64画素*64画素)のフレーム速度(駒
速度)は1/40500秒の高速となり、超高速処理が
可能となる。
を変更させることで全撮像面の一部分だけを、被写体の
動きを追跡しながら読み出すことができる。
る画像記録装置10Aについて説明する。
から垂直走査回路16および水平走査回路17へ送るド
ライブ信号が図2に示す画像記録装置10とは基本的に
異なり、他の構成は異ならないので同一符号を用いて説
明を省略する。
12から垂直走査回路16にドライブ信号としての図6
に示す垂直シフトレジスタ信号VC1 〜VC4 を送って
ブロックB1 〜B16の選択を行なうようになっている。
に図7に示す水平シフトレジスタ同期信号HC1〜HC
3を送って水平読出し開始位置H1(第1画素)、H2
(第65画素)、H3(第97画素)、H4(第129
画素)、H5(第193画素)の選択を行なうようにな
っている。
像素子の撮像面を16のブロックに分け、水平走査回路
に水平読出し開始位置(ライン走査開始点)を5つ設け
た例を示したが、各ブロックの数や水平読出し開始位置
の数はこれに限定されない。
録装置は、撮像エリア全体を複数のブロックに分割し、
これらの各ブロックのライン(走査線)を並列に同時に
読み出し、各ブロックを順次走査することにより並列数
倍の高速撮像ないし記録を行なうことができる。また、
選択するブロック中の任意の部分を選択して、その部分
エリアのみを読み出すので、読み出し画素数を減少させ
てさらなる高速読み出しを図ることができる。しかも、
これら複数の部分エリアの読み出しも同時に並列して行
なうので、読み出しの一層の高速化を図ることができ
る。また、垂直ブロックのライン走査開始点を設定する
一方、読み出しブロックを選択する垂直走査手段がシフ
トレジスタであるので、垂直方向はインターバル期間に
高速パルスを与えてシフトレジスタを空送りして走査開
始点を設定し、走査終了点は垂直シフトレジスタをリセ
ット信号によりクリアすることにより設定することがで
き、走査開始点と終了点を容易に適宜調節することがで
きる。さらに、撮像エリアから読み出したビデオ信号を
ランダムアクセスメモリに記録するので、パーシャルフ
レーム時の垂直ブロックの選択できる数は全ての組み合
せが可能であり、撮影時の被写体の速度に合せたパーシ
ャルフレームを取り得る。
に示す機能ブロック図。
で、固体撮像素子の概略レイアウト図。
ら特定のブロックを指定したときのタイミングチャート
を示す図。
出開始位置を1画面毎に変更した場合の例を示す図。
固体撮像素子の概略レイアウト図。
選択例を示す図。
位置の選択例を示す図。
Claims (1)
- 【請求項1】 フォトダイオード等の光電変換素子を多
数二次元配列して画像の蓄積および読出し可能な固体撮
像素子の撮像面を形成し、この撮像面を列方向に沿って
複数のブロックに分割し、分割された各ブロックの長手
方向に配設された光電変換素子列により走査線を形成
し、各ブロックの複数の走査線を並列にライン走査して
多チャンネルビデオ信号を出力する画像記録装置におい
て、前記ブロックの走査線方向に複数のライン走査開始
点を調節自在に設ける一方、読出しブロックの選択を行
なう垂直シフトレジスタと、前記走査線方向のライン走
査開始点およびライン走査画素数の選択を行なう水平シ
フトレジスタとを有し、前記垂直および水平のシフトレ
ジスタを駆動回路からのドライブ信号により作動制御し
て、ライン走査開始位置の異なる撮像エリアを選択し、
この撮像エリアから多チャンネルビデオ信号を出力して
ランダムアクセスメモリに記録するように構成したこと
を特徴とする画像記録装置。
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Country Status (6)
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EP (1) | EP0527004B1 (ja) |
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DE (1) | DE69225930T2 (ja) |
ES (1) | ES2118112T3 (ja) |
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