(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インターライン型のＣＣＤを有し、このＣＣＤの撮像面内の水平方向及び垂直方向に沿う二次元格子状に配列した多数の撮像素子の夫々の画素信号を垂直転送路を介して水平転送路に垂直転送させると共に、その水平転送路の上記画素信号を撮像素子毎に水平転送させることにより、上記多数の撮像素子の夫々の画素信号から成る１画面の画像データを一定間隔毎に連続して撮像する、ＣＣＤを用いた撮像システムにおいて、
上記撮像面内の一部に上記水平方向又は垂直方向の少なくとも一方に沿う仮想切分け線により区分けされた対象領域の上記撮像面における位置を示すデータであって当該対象領域の中心位置及び当該仮想区分け線の区分け方向を含む位置データに基づいて上記対象領域に応じた上記垂直転送及び水平転送の夫々の動作時期を判断する時期判断手段と、
この時期判断手段により上記夫々の動作時期になったと判断されている間、上記対象領域の撮像素子群の画素信号を上記一定間隔よりも短い撮像間隔で連続して読み取るように上記垂直転送及び水平転送を制御する画像読取り手段と、を備えたことを特徴とするＣＣＤを用いた撮像システム。
【請求項２】
前記中心位置を前記撮像面の中心位置に設定した請求項１記載のＣＣＤを用いた撮像システム。
【請求項３】
前記区分け方向を前記水平方向に沿って設定すると共に、前記撮像間隔を当該水平方向に沿って区分けされた対象領域内の垂直方向の撮像素子数又は当該垂直方向の長さに応じて決定した請求項１又は２に記載のＣＣＤを用いた撮像システム。
【請求項４】
前記動作時期は、前記撮像面における前記対象領域以外の撮像素子群の画素信号を前記水平転送路に加算させる時期と、当該水平転送路に加算された画素信号をまとめて棄却させる時期とを含む請求項１乃至３の何れか一項に記載のＣＣＤを用いた撮像システム。
【請求項５】
前記区分け方向を前記垂直方向に沿って設定すると共に、前記撮像間隔を当該垂直方向に沿って区分けされた対象領域内の水平方向の撮像素子数又は当該水平方向の長さに応じて決定した請求項２記載のＣＣＤを用いた撮像システム。
【請求項６】
前記撮像面内の対象領域に光を入射させる光透過体を更に備えた請求項１記載のＣＣＤを用いた撮像システム。
【請求項７】
前記光透過体は、設定された対象領域に光を入射させる開口を有する可変型のマスク機構を備えた請求項６記載のＣＣＤを用いた撮像システム。
【請求項８】
前記動作時期は、前記対象領域内の撮像素子群の画素信号及び当該対象領域以外の撮像素子群の画素信号の夫々を相互に重畳させる時期を含む請求項６記載のＣＣＤを用いた撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ＣＣＤ（固体撮像素子）を用いた撮像システムに係り、特に１画面当たりに要する撮像速度の高速化を実現する、ＣＣＤを用いた撮像システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ビデオカメラ等の撮像システムは、例えばＣＣＤやＭＯＳ型センサ等のエリア・センサを駆動させて、被写体の１画面（フレーム）毎の画像データを一定間隔毎に順次連続して取得することにより、その画像データの時系列変化状況を被写体の動きを再現する映像として観察できるようになっている。
【０００３】
この撮像システムを使って、所定の規格速度（例えば「ＮＴＳＣ」方式では３０画面／秒）を越える速度で撮像した動画像を、規格速度に合わせて再生するとスローモーション映像を観察できる。つまり、規格速度のｎ倍で撮像した映像を規格速度で再生すると、被写体の動きを１／ｎ倍に遅くして観察できるようになっている。このスローモーション映像は、例えばスポーツ分野（選手の動作解析や勝敗の判定等）、学術研究分野、又は工業生産分野等の画像を利用する分野での動態解析等の画像解析手段の１つとして、より有効な効果を発揮している。
【０００４】
従って、上記スローモーション映像を取得するため、撮像システムには規格速度を越える速度で撮像する高速度撮像手段を適用したものがある。この高速度撮像手段としては、一般にエリア・センサのクロック周波数を上げてセンサ反応速度を高める方法がよく知られている。ただし、センサ反応速度に起因する物理的制限があるため、かかる制限以上の高速化を図る方法の１つとして、ＭＯＳ型センサを使用して１画面当たりの読み取り画素数を減らす手段（例えば、特開平５−１６７９３７、特開平５−２３６３６４）が提案されている。
【０００５】
例えば、エリア・センサの所定規格を画素数＝６４０（水平）×４８０（垂直）（個）及び撮像速度＝３０（画面／秒）として、読み取り画素数を１／４倍（３２０×２４０）に減らすと、理論上は、撮像速度を所定規格の４倍（１２０（画面／秒））に高めることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記提案されているＭＯＳ型センサは一般に感度が低いため、スローモーション映像をより鮮明な画質を保った状態で観察したいと言う、画像利用分野からの要請を十分に満足させることができなかった。
【０００７】
ところで一方、上記ＭＯＳ型センサに比べ、ＣＣＤは一般に普及し、より感度が高いといった利点がある。しかしながら、このＣＣＤの画素読み取り方法は、いわゆるＸＹアドレス型を採用したＭＯＳ型センサの画素読み取り方法と異なって、走査線に沿って画素毎にシーケンシャルに読み出す、いわゆるインターライン型を採用しているため、このＣＣＤに上記読み取り画素数を削減した手段を適用させようとすると、インターライン型の動作原理を設計上、根本的に見直す必要があり、繁雑な上にコスト面でも不利であった。
【０００８】
本発明は、上述の従来技術の問題を考慮してなされたものであり、ＣＣＤの利点を生かして、１画面当たりの撮像速度の高速化を容易に且つ比較的安価に実現できる、ＣＣＤを用いた撮像システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１〜８に記載の発明に係るＣＣＤを用いた撮像システムは、インターライン型のＣＣＤを有し、このＣＣＤの撮像面内の水平方向及び垂直方向に沿う二次元格子状に配列した多数の撮像素子の夫々の画素信号を垂直転送路を介して水平転送路に垂直転送させると共に、その水平転送路の上記画素信号を撮像素子毎に水平転送させることにより、上記多数の撮像素子の夫々の画素信号から成る１画面の画像データを一定間隔毎に連続して撮像する装置であり、上記撮像面内の一部に上記水平方向又は垂直方向の少なくとも一方に沿う仮想切分け線により区分けされた対象領域の上記撮像面における位置を示すデータであって当該対象領域の中心位置及び当該仮想区分け線の区分け方向を含む位置データに基づいて上記対象領域に応じた上記垂直転送及び水平転送の夫々の動作時期を判断する時期判断手段と、この時期判断手段により上記夫々の動作時期になったと判断されている間、上記対象領域の撮像素子群の画素信号を上記一定間隔よりも短い撮像間隔で連続して読み取るように上記垂直転送及び水平転送を制御する画像読取り手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
【作用】
請求項１〜８に記載の発明に係るＣＣＤを用いた撮影システムにあっては、ＣＣＤの撮像面内の一部に水平方向又は垂直方向の少なくとも一方に沿う仮想切分け線により区分けされた対象領域の撮像面における位置を示す位置データ（対象領域の少なくとも中心位置と前記仮想切分け線に拠る区分け方向とを含む位置データ）に基づいて、撮像面の対象領域に応じた、画素信号の垂直転送及び水平転送の夫々の動作時期が判断される。次いで、その動作時期であると判断されている間、対象領域からの画素信号の垂直転送及び水平転送を、より短い撮像間隔になるように制御することにより、撮像面全体として、上記対象領域内の撮像素子群の画素信号を含む１画面の画像データが、通常の一定間隔よりも短い撮像間隔で連続して読み取られる。
【００１１】
【実施例】
（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例を図１〜図１１に基づき説明する。図１に示すＣＣＤを用いた撮像システムは、エリア・イメージ・センサであるインターライン型のＣＣＤ１及びそのＣＣＤ１に関するデバイス部２を搭載している。このデバイス部２からのＣＣＤ１用の映像信号は、画像処理部３（Ａ／Ｄ３ａ、メモリ３ｂ等から成る）を介して画像表示部４（Ｄ／Ａ４ａ、モニタ４ｂ等から成る）に出力されるようになっている。
【００１２】
ＣＣＤ１は、いわゆる２相又は４相等の駆動型の内部構造を有する固体撮像デバイスで、図２に示すように、対物レンズ等の光学系ＯＰを介して光が入射される撮像面Ｉａを有し、その撮像面Ｉａの中心が光軸に同軸となるように配置されている。
【００１３】
また、このＣＣＤ１は、図２に示す如く、撮像面Ｉａの水平方向（以下、便宜上「横方向」）及びその垂直方向（以下、便宜上「縦方向」）で規格化した二次元格子状の位置に一定間隔で配列される、フォトダイオードから成る複数の受光部（以下、便宜上「画素」）５…５と、撮像面Ｉａ内の同一縦方向に並ぶ画素群（以下、便宜上「縦画素群」）Ｖ１…Ｖｘ（ｘ＝縦方向の画素数）の夫々の間に配置される、電荷転送用の複数の垂直転送路６…６とを備える。また、このＣＣＤ１には、撮像面Ｉａ内の同一横方向に並ぶ画素群（以下、便宜上「横画素群」）Ｌ１…Ｌｍ（ｍ＝横方向の画素数）の内の端部の横画素群Ｈ１に略平行となる外側位置に、複数の垂直転送路６…６の夫々の一端に接続された電荷転送用の水平転送路７が配置されている。
【００１４】
上記構成により、ＣＣＤ１は、デバイス部２からの駆動パルスを受けて所要の動作を実行するようになっている。即ち、光学系ＯＰからＣＣＤ１の撮像面Ｉａへの入射光は、画素５…５毎に信号電荷（画素信号）に変換、蓄積され、その信号電荷が縦画素群Ｖ１…Ｖｘ毎に共通の垂直転送路６…６に同時に転送される（図２中、矢印ａ１参照、以下、この転送を「第１転送ａ１」と呼ぶ）。この垂直転送路６…６の信号電荷は、横画素群Ｌ１…Ｌｍ毎に水平転送路７に垂直転送され（図２中、矢印ａ２参照、以下、この垂直転送を「第２転送ａ２」と呼ぶ）、その水平転送路７の信号電荷がシリアルに順次、デバイス部２に読み取り用として水平転送されるようになっている（図２中、矢印ａ３参照、以下、この水平転送を「第３転送ａ３」と呼ぶ）。
【００１５】
デバイス部２は、上記第１…第３転送ａ１…ａ３の夫々の動作時期を制御する駆動制御部８と、その駆動制御部８による第３転送ａ３後のＣＣＤ１からの信号が入力されるアナログ処理回路９とを備えている。
【００１６】
駆動制御部８は、撮像モードに応じた駆動パルスパターンＳ１を判断する、本発明の時期判断手段の要部を成すＣＰＵ１０と、基準クロックＣＫを生成する水晶発振器等から成る駆動用クロックジェネレータ１１と、ＣＰＵ１０から指示された駆動パルスパターンに応じた駆動パルスをＣＣＤ１に出力する、本発明の画像読取り手段の要部を成す駆動用タイミング信号発生回路（以下、単に「発生回路」）１２とを備える。また、この駆動制御部８には、オペレータが撮像モードを指定するための入力デバイス１３が接続されている。
【００１７】
発生回路１２は、図３に示すように、上記第１…第３転送ａ１…ａ３の夫々の動作時期を制御する駆動パルスＲΦ、ＶΦ、ＰΦをＣＣＤ１に出力する、フリップフロップ等から成る３つのパルス発生器Ｐ１…Ｐ３と、このパルス発生器Ｐ１…Ｐ１に駆動パルスの生成時期を個別に指令する３つのカウンタＣ１…Ｃ３とを備えている。このカウンタＣ１…Ｃ３の夫々は、例えば、ＣＰＵ１０からの駆動パルスパターンに応じて、任意にカウントすべき基準クロックの計測値又はそのパターンを変更できるプログラム・カウンタ（マイクロプロセッサに内蔵）から成り、相互に同期して作動するようになっている。
【００１８】
ＲΦ用カウンタＣ１は、ＣＰＵ１０からの駆動パルスパターンに応じて設定した基準クロック数を常時計数し、その計数値が第１転送ａ１の開始時期に相当する基準クロック数をカウントしたとき、ＲΦ用パルス発生器Ｐ１にパルスを出力する。これにより、ＲΦ用パルス発生器Ｐ１は、駆動パルスＲΦをＬからＨに立上げ、ＣＣＤ１による第１転送ａ１が開始されるようになっている。
【００１９】
ＶΦ用カウンタＣ１は、ＣＰＵ１０からの駆動パルスパターンに応じて設定した基準クロック数を常時計数し、その計数値が第２転送ａ２の開始時期に相当する基準クロック数をカウントしたとき、ＶΦ用パルス発生器Ｐ１にパルスを出力する。これにより、ＶΦ用パルス発生器Ｐ２は、駆動パルスＶΦをＬからＨに立上げ、ＣＣＤ１による横画素群毎の第２転送ａ２が開始されるようになっている。
【００２０】
ＰΦ用カウンタＣ３は、ＣＰＵ１０からの駆動パルスパターンに応じて設定した基準クロック数を常時計数し、その計数値が第３転送ａ３の開始時期に相当する基準クロック数をカウントしたとき、ＰΦ用パルス発生器Ｐ３にパルスを出力する。これにより、ＲΦ用パルス発生器Ｐ３は、駆動パルスＰΦをＬからＨに立上げ、ＣＣＤ１による横画素群内の画素毎の第３転送ａ３が開始されるようになっている。
【００２１】
アナログ処理回路８は、アンプ及びフィルタ等を搭載した電子回路から成り、ＣＣＤ１の出力端子に接続されている。このアナログ処理回路８は、ＣＣＤ１からの第３転送後の電気信号を受けて、その電気信号に増幅及び波形整形（ノイズ除去等）等の信号処理を施し、その信号処理後のアナログ信号を画像処理部４に供給するようになっている。
【００２２】
ここで、この発明に係る高速撮像方法の動作原理を図４〜図１０に基づいて説明する。
【００２３】
最初に比較のため、通常撮像方法（以下、この撮像モードを「通常モード」と呼ぶ）を例に上げ、その撮像時間を考察してみる。
【００２４】
ここで、駆動制御部７のＣＰＵ１０は、通常モードの駆動パルスパターン（以下、「通常パルスパターンＳ１」と呼ぶ）を既定値として予め保持しており、通常撮像時には、その通常パルスパターンＳ１に基づいてカウンタＣ１…Ｃ３の夫々が計数すべき基準クロック数が決定されている。
【００２５】
例えば、図４に示す横画素群Ｌ１…Ｌ８（走査線数ｍ＝８）から成る撮像面Ｉａのモデルを考えると、ＣＣＤ１は、図５に示す通常パルスパターンＳ１に応じた駆動パルスＲΦ、ＶΦ、ＰΦに基づいて、上記の如く、第１の転送ａ１後に第２転送ａ２と第３転送ａ３とを横画素群毎に交互に実行する。
【００２６】
従って、上記モデルを一般化して、走査線数ｍ、第１…第３転送ａ１…ａ３の夫々の所要時間Ｒｔ、Ｖｔ、Ｐｔを定義すると、この通常モードにおける１画面当たりの撮像時間Ｆｍは理論上、次の算出式で示される。
【００２７】
【数１】
Ｆｍ＝Ｒｔ＋ｍ×（Ｖｔ＋Ｐｔ）  ……（１）
例えば上記モデルの１画面当たりの撮像時間Ｆｍは、（２）式に走査数ｍ＝８を代入すれば求まることになる。
【００２８】
次に、高速撮像方法（以下、この撮像モードを「高速モード」と呼ぶ）について、上記通常モードと対比させながら、その動作原理及び撮像時間Ｆｎを考察してみる。
【００２９】
最初に、高速モードの対象となる撮像面Ｉａ内の対象領域Ａ１の区分を説明する（以下、対象領域Ａ１以外の領域を「非対象領域Ａ２」と呼ぶ）。
【００３０】
対象領域Ａ１は、その中心点が撮像面Ｉａの中心点（光軸）と一致するか否かにより大きく２つに区分される（以下、便宜上、光軸と一致しないものを「不一致モード」、光軸と一致するものを「一致モード」と呼ぶ）。また、対象領域Ａ２は、不一致モード及び不一致モードの夫々について、撮像面Ｉａの横方向及び縦方向に沿う仮想切分け線の区分け方向の違いにより、横方向を切分け線とする「横モード」と、縦方向を切分け線とする「縦モード」と、横及び縦方向を切分け線とする「縦横モード」との３つのモードを備えている。
【００３１】
上記各高速モードの情報は、ＣＰＵ１０が予め保持するものであって、ＣＰＵ１０は、オペレータが入力デバイス１３を操作することによって指定される撮像モードの位置情報と各モードを照合して、高速撮像用の駆動パルスパターン（以下、「高速パルスパターンＳ２」と呼ぶ）を決定し、その高速パルスパターンＳ２をカウンタＣ１…Ｃ３の夫々に個別に出力できるようになっている。
【００３２】
高速パルスパターンＳ２は、図６に示すように、各モードに基づいて、通常パルスパターンＳ１の一部（駆動パルスＶΦ及びＰΦ）を所要パターンに変更することにより決定される。例えば、次の５つの所要パターン（「連続ＶΦ」、「廃棄ＰΦ」、「省略ＶΦ」、「省略ＰΦ」、「部分ＰΦ」）が定義される。
【００３３】
まず、「連続ＶΦ」とは、連続して与える駆動パルスＶΦをいい、また「廃棄ＰΦ」とは、連続ＶΦ後に与える駆動パルスＰΦをいう。従って、連続ＶΦにより、横画素群の第２転送ａ２だけが連続して実行され、水平転送路７に同じ縦画素群の信号電荷が重ねて蓄積されると、廃棄ＰΦにより、その蓄積された信号電荷が廃棄用データとしてまとめて読出されるようになっている。この連続ＶΦ及び廃棄ＰΦは、主に横モード（縦横モードを含む）に対応した高速パルスパターンＳ２として選択される（例えば、図７（ｂ）参照）。
【００３４】
また、「省略ＶΦ」とは、１画面の最終走査線を含む連続した横画素群に対して省略すべき駆動パルスＶΦをいい、「省略ＰΦ」とは、省略ＶΦとペアとなって省略すべき駆動パルスＰΦをいう。従って、省略ＶΦ及びＰΦにより、第２及び第３転送ａ２が省略され、その後、次画面の動作が開始されるようになっている。この省略ＶΦ及びＰΦは、一致モードの内の横モード（縦横モードも含む）に対応した高速パルスパターンＳ２として選択される（例えば、図８（ｄ）参照）。
【００３５】
「部分ＰΦ」とは、Ｈレベルの期間を変更した駆動パルスＰΦを与えることをいい、この部分ＰΦにより、１横画素群の画素毎の第３転送ａ３が途中の画素でストップされ、その後の駆動パルスＶΦにより次の第２転送ａ１が開始されるようになっている。この部分ＰΦは、縦モード（縦横モードも含む）に対応した高速パルスパターンＳ２として選択される（例えば、図９参照）。
【００３６】
以下、上記高速モード毎にその動作原理及び撮像時間を説明する。
【００３７】
図７（ａ）及び（ｂ）は、不一致モードの内の横モード１の動作原理及びその撮像時間を説明するものである。この横モード１に対応した高速パルスパターンＳ２は、上記連続ＶΦ及び廃棄ＶΦを含むもので、そのタイミングが対象領域Ａ１の横画素群Ｌ１…Ｌｍの走査線数ｍで決定されるようになっている。例えば、上記と同様のモデルで考えた場合、図７（ａ）に示す横モード１から成る対象領域Ａ１では、同図（ｂ）に示す如く、最初の横画素群Ｌ１…Ｌ４だけの信号電荷を通常モードと同じパルスパターンで読取り、その後、非対象領域Ａ２の横画素群Ｌ５…Ｌ８の信号電荷については、連続ＶΦ及びその後の廃棄ＶΦにより、水平転送路７に重ねた状態で最後に棄却用として読取らせるとよい。
【００３８】
従って、上記モデルを一般化して、撮像面Ｉａ内の走査線数ｍ及び対象領域Ａ１内の走査線数ｎを定義すると、この横モード１における１画面当たりの撮像時間Ｆｎは理論上、次の算出式で求まる。
【００３９】
【数２】
0003729522.tif 000002
例えば上記モデルの１画面当たりの撮像時間Ｆｎは、（２）式にｍ＝８、ｎ＝４を代入すれば求まることになる。
【００４０】
なお、撮像面Ｉａにおける入射光量が全体的に多くて、棄却用の信号電荷が水平転送路７内で飽和する事態が想定される場合は、廃棄ＶΦの回数を増やすように設定してもよい。
【００４１】
図６に示す不一致モードの縦モード１は、その動作及び撮像時間が通常モードと同様となり、高速モードとしては動作しない。また、同図に示す不一致モードの縦横モード１については、その動作原理及び撮像時間が上記横モード１と殆ど同じである。
【００４２】
図８（ａ）〜（ｄ）は、一致モードの内の横モード２の動作原理及びその撮像時間を説明するものである。この横モード２に対応した高速パルスパターンＳ２は、上記横モード１と比べると、上記連続ＶΦ及び廃棄ＰΦに加え、省略ＶΦ及び省略ＰΦを含む点が異なっている。
【００４３】
例えば、上記と同様のモデルで考えた場合、図８（ａ）に示す横モード２から成る対象領域Ａ１では、同図（ｂ）に示す如く、最初（下側）の非対象領域Ａ２ａの横画素群Ｌ１及びＬ２を連続ＶΦ及び廃棄ＶΦによりまとめて棄却用に読取る。続いて、対象領域Ａ１の横画素群Ｌ３…Ｌ６を通常パルスパターンで読取った後に、最後（上側）の非対象領域Ａ２ｂの横画素群Ｌ７及びＬ８を省略ＶΦ及び省略ＶΦにより、同図（ｃ）に示す如く、最初の非対象領域Ａ２ａ内の位置でストップさせた状態で１画面の読取りを終了させる。つまり、次画面読取り時には、連続ＶΦ及び廃棄ＶΦにより、前画面の横画素群Ｌ７及びＬ８の信号電荷を次画面の横画素群Ｌ１及びＬ２の信号電荷に加算した状態でまとめて棄却用に読取ることができる。
【００４４】
従って、上記モデルを一般化して、上記と同じく走査線数ｍ及びｎを定義すると、この横モード２における１画面当たりの撮像時間Ｆｎは理論上、次の算出式で求まる。
【００４５】
【数３】
0003729522.tif 000003
例えば上記モデルの１画面当たりの撮像時間Ｆｎは、（３）式にｍ＝８、ｎ＝４を代入すれば求まることになる。
【００４６】
図９は、一致モードの内の縦モード２の動作原理及びその撮像時間を説明するものである。この横モード２に対応した高速パルスパターンＳ２は、上記横モード１、２に共通の連続ＶΦ等の所要モードではなくて部分ＰΦだけを含んでおり、そのタイミングは対象領域Ａ１の縦画素群数で決定される。
【００４７】
例えば、上記と同様のモデルで考えた場合、図９に示す縦モード２から成る対象領域Ａ１では、全ての横画素群を対象とする部分ＰΦにより、同図に示すタイミングで対象領域Ａ１の縦画素群までの信号電荷を読取った後に、第３転送ａ３を止めて第２転送ａ２が実行される。これにより、最後（右側）の非対象領域Ａａ１の横画素群の信号電荷を、次の最初（左側）の非対象領域Ａ２ａの横画素群の信号電荷に重ねて棄却用として読取ることができる。
【００４８】
従って、上記モデルを一般化して、上記と同様の走査線数ｍに加え、撮像面Ｉａ内の縦画素群数で定まる走査線長Ｓ、及び対象領域Ａ１内の縦画素群数で定まる走査線の部分長Ｑを定義すると、この縦モード２における１画面当たりの撮像時間Ｆｎは理論上、次の算出式で求まる。
【００４９】
【数４】
0003729522.tif 000004
例えば上記モデルの１画面当たりの撮像時間Ｆｎは、（４）式にｍ＝８、（Ｓ＋Ｑ）／（２・Ｓ）＝２／３を代入すれば求まることになる。
【００５０】
なお、一致モードの内の縦横モード２は、例えば図１０に示すように、上記横モード２及び縦モード２の組み合わせにより任意に設定できる。
【００５１】
ここで、実施例に戻り、駆動制御部７のＣＰＵ１０の処理を中心にして、全体動作を図１１に基づき説明する。ここでは、上記高速モードの内の一致モードが設定されているとする。
【００５２】
まず、オペレータが入力デバイス１４を操作して高速モードである対象領域の位置データが指示されたとする。この指示を受けて、ＣＰＵ１０は、図１１に示す処理を実行する。まず、ステップＳ１にて指定対象領域Ａ１を入力すると、ステップＳ２にてその対象領域Ａ１が横方向、縦方向、又は縦横方向であるか否かを判断する。例えば、縦方向であると判断した場合、ステップＳ３ａにてその縦方向の位置を入力し、ステップＳ４ａにて縦モード２を決定する。また、横方向又は縦横方向の場合も、上記ステップＳ３ａ及びＳ４ａと同様の処理により、横モード２又は縦横モード２を決定する。
【００５３】
次いで、ステップＳ５にて上記決定された高速モードに応じた高速パルスパターンＳ２が決定され、カウンタＣ１…Ｃ３の夫々に個別に出力される。従って、カウンタＣ１…Ｃ３の夫々が高速パルスパターンＳ２に基づいた基準クロックの計数値をカウントすることにより、パルス発生器Ｐ１…Ｐ３の夫々から駆動パルスＲΦ、ＶΦ、ＰΦがＣＣＤ１に出力される。
【００５４】
以上により、本実施例では、ＣＣＤの撮像面に対象領域を設定し、その対象領域の位置情報に応じて信号電荷の各転送時期を制御して読取るように構成したため、従来の撮像速度よりも高速化を実現でき、これにより、スローモーション画像等の有効活用を図ることができる。また、一般のＣＣＤに容易に適用できるので装置全体を安価に構築できる。さらに、高速モードとして一致モードを採用した場合、画像の中心とレンズの中心とを常に一致させることができるので、レンズ解像力の比較的優れた中心位置にスローモション映像を表示させることができ、オペレータの操作性が向上するようになる。
【００５５】
なお、上記実施例では、横モード時に連続ＶΦ及び廃棄ＶΦにより、水平転送路に不要画素信号を加算させた状態で掃き捨てるように構成したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、ドレイン等に掃き捨てる機能を備えたＣＣＤを用いた場合には、水平転送路からドレイン等に掃き捨てるように適用してもよい。この場合、廃棄ＶΦ時の水平転送（第３転送）を省略でき、その省略分、より高速化を図ることができる。
【００５６】
（第２実施例）
以下、本発明の第２実施例を図１２〜図２１に基づき説明する。この実施例は、上記第１実施例の高速モード用の構成を一部変更して実施したものである。ここで、上記第１実施例の同一又は同等の構成要素については、同一又は同等の符号を付してその説明を簡略又は省略する。
【００５７】
図１２に示すＣＣＤを用いた撮像システムは、ＣＣＤ１と光学系ＯＰとの間に上記高速モード時に作動する、光透過体である遮光部１４が配置されている。この遮光部１４は、例えば少なくともＣＣＤ１の撮像面Ｉａと同じ大きさの開口を備えた開閉自在の遮光用のマスク１５と、そのマスク１５の略四角形状の開口状態を、撮像面Ｉａ内の縦及び横方向に沿って開閉させるステップモータ等を含むマスク開閉機構１６とを備えている。このマスク開閉機構１６は、駆動制御部７からの高速モード用の各対象領域Ａ１に関する位置データＳ４を入力して、マスク１５の開閉状態を制御するようになっている。
【００５８】
上記構成により、遮光部１４は、対物光学系ＯＰからの光をマスク１５の開口を介してＣＣＤ１の撮像面Ｉａ内における対象領域Ａ１のみに入射させるようになっている。
【００５９】
ここで、マスク１５を使用した高速モード（以下、「マスク高速モード」と呼ぶ）の作動原理及び撮像時間を説明する。
【００６０】
まず、マスク高速モードの対象とすべき撮像面Ｉａ内の対象領域Ａ１には、上記高速モードと同様の「一致モード」及び「不一致モード」の夫々における、「横モード」、「縦モード」、及び「縦横モード」があり、これに加え、「高速縦モード」（後述）が新たに設定されている（図１３参照）。
【００６１】
また、上記各マスク高速モードの夫々に対応した高速パルスパターンＳ３には、図１３に示す如く、上記５つの所要パターンの内の「廃棄ＰΦ」が除かれている。この理由は、マスク１４を使用した場合、光が遮蔽されて非対象領域Ａ２に入射しないため、例えば回折光の影響等による暗電流発生事態も想定されるものの、実用上、非対象領域Ａ２内の画素の信号電荷を０と仮定してよいからである。つまり、非対象領域Ａ２の信号電荷を０とすると、この位置に対象領域Ａ１の信号電荷を重ねるパターンを想定してもよいので、廃棄用として更に読取る必要がない。
【００６２】
以下、上記マスク高速モード毎にその動作原理及び撮像時間を説明する。
【００６３】
図１４（ａ）及び（ｂ）は、不一致モードの内のマスク横モード１の動作原理及びその撮像時間を説明するものである。このマスク横モード１に対応した高速パルスパターンＳ３は、上記横モード２と比べると、連続ＶΦ及び廃棄ＶΦがなく省略ＶΦ及び省略ＰΦのみを含むもので、そのタイミングが対象領域Ａ１の横画素群Ｌ１…Ｌｍの走査線数ｍで決定されるようになっている。例えば、上記と同様のモデルで考えた場合、図１４（ａ）に示す横モード１から成る対象領域Ａ１では、同図（ｂ）に示すタイミングで、最初の対象領域Ａ１の横画素群Ｌ１…Ｌ４だけの信号電荷を通常モードと同じパルスパターンで読取り、続く非対象領域Ａ２の横画素群Ｌ５…Ｌ８を省略ＶΦ及び省略ＶΦにより、対象領域Ａ１内の位置にストップさせた状態で１画面の読取りを終了させる。横画素群Ｌ５…Ｌ８の信号電荷は０とみなせるので、この上に次画面における横画素群Ｌ１…Ｌ４の信号電荷を重ねても、実質的に殆ど影響がない。つまり、上記１画面読取り終了後に続けて次画面読取りを実行することができる。
【００６４】
従って、上記モデルを一般化して、上記と同じく対象領域Ａ１内の走査線数ｎを定義すると１画面当たりの撮像時間Ｆｎは理論上、次の算出式で求まる。
【００６５】
【数５】
Ｆｎ＝Ｒｔ＋ｎ×（Ｖｔ＋Ｐｔ）  ……（５ａ）
例えば上記モデルの１画面当たりの撮像時間Ｆｎは、（２）式にｎ＝４を代入すれば求まることになる。また、一般にＲｔ＜＜ｎ×（Ｖｔ＋Ｐｔ）の関係となるので、このＲｔを０と仮定すると、このマスク横モード１の撮像時間Ｆｎと通常モードの撮像時間Ｆｍとの撮像時間比Ｒは次式となる。
【００６６】
【数６】
0003729522.tif 000005
【００６７】
図１５（ａ）及び（ｂ）は、不一致モードの内のマスク縦モード１の動作原理及びその撮像時間を説明するものである。このマスク縦モード１に対応した高速パルスパターンＳ３は、上記縦モード２と同様に部分ＰΦのみを含んでおり、そのタイミングは対象領域Ａ１の縦画素群数で決定される。例えば、上記と同様のモデルで考えた場合、図１５（ａ）に示す縦モード２から成る対象領域Ａ１では、全ての横画素群を対象とする部分ＰΦにより、同図（ｂ）に示すタイミングで、対象領域Ａ１の縦画素群の信号電荷を読取った後に、第３転送ａ３を止めて第２転送ａ２が実行される。つまり、非対象領域Ａ２の横画素群のＯの信号電荷の上に、次の対象領域Ａ１のの横画素群の信号電荷を重ねても実質的に殆ど影響がない。
【００６８】
従って、上記モデルを一般化して、上記と同じ走査線数ｍ、走査線長Ｓ、及び部分長Ｑを定義すると、１画面当たりの撮像時間Ｆｎは理論上、次の算出式で求まる。
【００６９】
【数７】
0003729522.tif 000006
例えば上記モデルの１画面当たりの撮像時間Ｆｎは、（６ａ）式にｍ＝８、（Ｑ／Ｓ）＝１／２を代入すれば求まることになる。ここで、一般にＲｔ＜＜ｎ×（Ｖｔ＋Ｐｔ）、Ｖｔ＜＜Ｐｔの関係となるので、このＲｔ、ＰｔをＯとみなすと、このマスク縦モード１の撮像時間Ｆｎと通常モードの撮像時間Ｆｍ（（１）式参照）との撮像時間比Ｒは次式となる。
【００７０】
【数８】
0003729522.tif 000007
【００７１】
図１６（ａ）及ぶ（ｂ）は、不一致モードの内のマスク縦横モード１の動作原理及びその撮像時間を説明するものである。このマスク縦横モード１に対応した高速パルスパターンＳ３は、上記マスク横及び縦モード１の夫々のパターンを組み合わせたものある。例えば、上記と同様のモデルで考えた場合、図１６（ａ）に示すマスク縦横モード２から成る対象領域Ａ１では、同図（ｂ）に示すタイミングで、対象領域Ａ１の横画素群Ｌ１…Ｌ４を対象とする部分ＰΦと、非対象領域Ａ２の一部である横画素群Ｌ５…Ｌ８を対象とする省略ＶΦ及びＰΦとを設定すればよい。
【００７２】
従って、上記モデルを一般化して、上記と同じ走査線ｍ、ｎ、走査線長Ｓ、及び部分長Ｑを定義すると、このマスク縦横モード２の１画面当たりの撮像時間Ｆｎは理論上、次の算出式で求まる。
【００７３】
【数９】
0003729522.tif 000008
例えば上記モデルの１画面当たりの撮像時間Ｆｎは、（７ａ）式にｎ＝８、（Ｑ／Ｓ）＝１／２を代入すれば求まることになる。ここで、一般にＲｔ＜＜ｎ×（Ｖｔ＋Ｐｔ）、Ｖｔ＜＜Ｐｔの関係となるので、このＲｔ、Ｐｔを０とみなすと、このマスク縦横モード１の撮像時間Ｆｎと通常モードの撮像時間Ｆｍ（（１）式参照）との撮像時間比Ｒは次式となる。
【００７４】
【数１０】
0003729522.tif 000009
【００７５】
図１７（ａ）及び（ｂ）は、一致モードの内のマスク横モード２の動作原理及びその撮像時間を説明するものである。このマスク横モード２に対応した高速パルスパターンＳ３は、前述の横モード２と比べると、廃棄ＰΦを除外している点が異なる。例えば、上記と同様のモデルで考えた場合、図１７（ａ）に示す横モード２から成る対象領域Ａ１では、同図（ｂ）に示すタイミングで、最初の非対象領域Ａ２ａの横画素群Ｌ１及びＬ２を連続ＶΦにより水平転送路に蓄積（信号電荷は０）させた状態で、対象領域Ａ１の横画素群Ｌ３…Ｌ６を通常パルスパターンで読取る。続いて、上側の非対象領域Ａ２ｂの横画素群Ｌ７及びＬ８を省略ＶΦ及び省略ＶΦにより、下側の非対象領域Ａ２ａ内の位置でストップさせた状態で１画面の読取りを終了させる。つまり、次画面読取り時には連続ＶΦにより、前画面の横画素群Ｌ７及びＬ８を次画面の横画素群Ｌ１及びＬ２と共に、水平転送路に蓄積（信号電荷は０）させるだけでよい。
【００７６】
従って、上記モデルを一般化して、上記と同じく走査線数ｍ及びｎを定義すると１画面当たりの撮像時間Ｆｎは理論上、次の算出式で求まる。
【００７７】
【数１１】
0003729522.tif 000010
例えば上記モデルの１画面当たりの撮像時間Ｆｎは、（３）式にｍ＝８、ｎ＝４を代入すれば求まることになる。
【００７８】
図１８は、一致モードの内のマスク縦モード２の動作原理及びその撮像時間を説明するものである。このマスク縦モード２に対応した高速パルスパターンＳ３は部分ＰΦだけを含んでおり、そのタイミングは対象領域Ａ１の縦画素群数で決定される。例えば、上記と同様のモデルで考えた場合、図１８に示すマスク縦モード２から成る対象領域Ａ１では、全ての横画素群を対象とする部分ＰΦにより、同図（ｂ）に示すタイミングで対象領域Ａ１の縦画素群までの信号電荷を読取った後に、第３転送ａ３を止めて第２転送ａ２が実行される。つまり、右側の非対象領域Ａ２ｂの横画素群の信号電荷（殆ど０）を次の第３転送ａ３時に左側の非対象領域Ａ２ａの横画素群の信号電荷（殆ど０）と共に読取ればよい。
【００７９】
従って、上記モデルを一般化して、上記と同様の走査線数ｍ、走査線長Ｓ、及び部分長Ｑを定義すると、１画面当たりの撮像時間Ｆｎは理論上、次の算出式で求まる。
【００８０】
【数１２】
0003729522.tif 000011
【００８１】
図１９は、一致モードの内のマスク高速縦モードの動作原理及びその撮像時間を説明するものである。このマスク高速縦モードは、上記マスク縦モード２の高速化を図るもので、対応する高速パルスパターンＳ３の部分ＰΦの動作期間を短縮させたものである。例えば、上記と同様のモデルを考えた場合、図１９に示すマスク高速縦モードから対象領域Ａ１では、全ての横画素群を対象とする部分ＰΦにより、同図に示すタイミングで、対象領域Ａ１の横画素群の読取りの開始前又は開始途中で第２転送ａ２を実行させている。つまり、左側及び右側の夫々の非対象領域Ａ２ａ及びＡ２ｂの信号電荷を０とみなせば、この非対象領域Ａ２ａ及びＡ２ｂに対象領域Ａ１の信号電荷を相互に重畳させても実質的に影響がないためである。
【００８２】
従って、上記モデルを一般化して、上記と同様の走査線数ｍ、走査線長Ｓ、及び部分長Ｑを定義すると、１画面当たりの撮像時間Ｆｎは理論上、次の算出式で求まる。
【００８３】
【数１３】
0003729522.tif 000012
【００８４】
なお、図２０に示す一致モードの内のマスク縦横モード２は、マスク横モード２とマスク縦モード２（高速縦モードも含む）とを任意に組み合わせて設定されるようになっている。また、縦横モードに関しては、例えば図２１に示すように、上記第１実施例に係る横及び縦モード２と、本実施例に係るマスク横及び縦モード２（高速縦モードも含む）とを相互に組み合わせた複合縦横モード１、２を設定することも可能である。
【００８５】
以上、本実施例では、上記第１実施例と同様の動作に加え、遮光部１４のマスク１５の開口形状が駆動制御部のＣＰＵ１０からの位置データＳ４により任意に変更されるようになっている。その他の動作は上記マスク高速モードに沿って実行される。なお、遮光部１４は、上記マスク及びマスク開閉機構の構成に限定されるものではなく、例えば光透過型の液晶ディスプレイを使って、対象領域Ａ１に相当する開口形状を表示させ、その表示された開口のみに光を透過させる構造を採用してもよい。また、手動でマスクを開閉させる構成であってもよい。
【００８６】
以上、第１及び第２実施例に係る高速モードの内の代表的なものについて、その撮像時間Ｆｎの算出式に、撮像面Ｉａの約１／２を対象領域とする実際的な数値（Ｒｔ＝１、Ｖｔ＝１、Ｐｔ＝５００、ｍ＝５００、ｎ＝２５０、Ｓ＝５００、Ｑ＝２５０）を代入して計算すると、以下の結果を得た。
【００８７】
まず、第１実施例（マスクなし）に係る不一致モードの内の横モード１（（２）式）、一致モードの内の横モード２（（３）式）、及び縦モード２（（４）式）の夫々の撮像時間は、Ｆｎ＝１２６Ｋ（Ｋ＝１、０００）、１２６Ｋ、及び１８８Ｋであった。また、第２実施例に係る一致モードの内のマスク横モード２（（８）式）、マスク縦モード２（（９）式）、及びマスク縦高速モード（（１０）式）の夫々の撮像時間は、Ｆｎ＝１２５Ｋ、１８８Ｋ、及び１２５Ｋであった。
【００８８】
つまり、横モードの撮像時間については、いずれの高速モードに関しても殆ど大差がなく、また、縦モードの撮像時間については、マスク高速縦モードが最も高速であった。因みに、通常モード（（１）式）の撮像時間はＦｍ＝２５０Ｋであった。従って、理論上、例えば撮像面Ｉａの約１／２を高速モードの対象領域Ａ１とする場合は、通常モードと比べ、横モード及びマスク高速縦モードで１／２程、又縦モードで３／４程の撮像時間の短縮化、即ち高速化を実現できることが確認できた。
【００８９】
なお、上記第１及び第２実施例に係る駆動制御部の構成は必ずしも上記に限定されるものではない。例えば、図２２は駆動制御部の動作原理の基本概念の流れを説明するもので、同図に示す如く、ステップ１００〜１０６の動作を実現できるものであればよい。すなわち、ステップ１００、１０１、１０３（及び１０４）のカウンタに代表させる動作と、ステップ１０２に代表させるマイクロコンピュータ等の処理とを実現可能な回路構成であればよい。
【００９０】
従って、駆動制御部はカウンタに対して外部からカウントすべき計数値をセットさせる構成でもよく、或いは上記高速モードの夫々に対応する複数のカウンタ回路を設けた構成であってもよい。要するに、駆動制御部は上記高速モードの動作原理に必要な駆動信号を生成できる回路であればよく、例えば上記第１及び第２実施例で使用したＣＰＵを要部構成として使用しないで、フリップフロップ等を要部とするデジタル回路で構成することも可能である。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜８に記載の発明に係るＣＣＤを用いた撮像システムは、ＣＣＤ撮像面内の一部に上記水平方向又は垂直方向の少なくとも一方に沿う仮想切分け線により区分けされた対象領域の上記撮像面における位置を示すデータであって当該対象領域の中心位置及び当該仮想区分け線の区分け方向を含む位置データに基づいて、上記対象領域に応じた上記垂直転送及び水平転送の夫々の動作時期を判断する時期判断手段と、この時期判断手段により上記夫々の動作時期になったと判断されている間、上記対象領域の撮像素子群の画素信号を上記一定間隔よりも短い撮像間隔で連続して読み取るように垂直転送及び水平転送を制御する画像読取り手段と、を備えたため、ＣＣＤの読み取り画素数を減らして１画面当たりの撮像時間を短縮し、撮像速度の高速化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１及び第２実施例に係るＣＣＤを用いた撮像システムの全体構成を示す概略ブロック図。
【図２】ＣＣＤの撮像面の概略説明図。
【図３】駆動制御部の要部構成を示す概略ブロック図。
【図４】通常撮像時のＣＣＤの動作原理を説明するモデルの概要図。
【図５】図４に示すモデルの各部の動作を示すタイミングチャート。
【図６】第１実施例の高速モードの種類とパルスパターンとの対応図。
【図７】不一致モードの内の横モードの動作原理を説明するモデルで、（ａ）は概要図、（ｂ）は概略タイミングチャート。
【図８】一致モードの内の横モードの動作原理を説明するモデルで、（ａ）〜（ｃ）は概要図、（ｄ）は概略タイミングチャート。
【図９】一致モードの内の縦モードの動作原理を説明するモデルの概要図。
【図１０】一致モードの内の縦横モードを説明するモデルの概要図。
【図１１】駆動制御部のＣＰＵの処理を示す概略フローチャート。
【図１２】第２実施例に係るＣＣＤを用いた撮像システムの要部構成を示す概略ブロック図。
【図１３】第２実施例のマスク高速モードの種類とパルスパターンとの対応図。
【図１４】不一致モードの内のマスク横モードの動作原理を説明するモデルで、（ａ）は概要図、（ｂ）は概略タイミングチャート。
【図１５】不一致モードの内のマスク縦モードの動作原理を説明するモデルで、（ａ）は概要図、（ｂ）は概略タイミングチャート。
【図１６】不一致モードの内のマスク縦横モードの動作原理を説明するモデルで、（ａ）は概要図、（ｂ）は概略タイミングチャート。
【図１７】一致モードの内のマスク横モードの動作原理を説明するモデルで、（ａ）は概要図、（ｂ）は概略タイミングチャート。
【図１８】一致モードの内のマスク縦モードの動作原理を説明するモデルで、（ａ）は概要図、（ｂ）は概略タイミングチャート。
【図１９】一致モードの内のマスク高速縦モードの動作原理を説明するモデルの概要図。
【図２０】一致モードの内のマスク縦横モードを説明するモデルの概要図。
【図２１】複合モードの組み合わせ対応図。
【図２２】第１及び第２実施例の駆動制御部の動作原理の概念の流れを説明する概略フローチャート。
【符号の説明】
１  ＣＣＤ
２  デバイス部
３  画像処理部
４  画像表示部
Ｉａ  撮像面
５  撮像素子
６  垂直転送路
７  水平転送路
８  駆動制御部
１０  ＣＰＵ
【図１】
0003729522.tif 000013
【図２】
0003729522.tif 000014
【図３】
0003729522.tif 000015
【図４】
0003729522.tif 000016
【図５】
0003729522.tif 000017
【図６】
0003729522.tif 000018
【図７】
0003729522.tif 000019
【図８】
0003729522.tif 000020
【図９】
0003729522.tif 000021
【図１０】
0003729522.tif 000022
【図１１】
0003729522.tif 000023
【図１２】
0003729522.tif 000024
【図１３】
0003729522.tif 000025
【図１４】
0003729522.tif 000026
【図１５】
0003729522.tif 000027
【図１６】
0003729522.tif 000028
【図１７】
0003729522.tif 000029
【図１８】
0003729522.tif 000030
【図１９】
0003729522.tif 000031
【図２０】
0003729522.tif 000032
【図２１】
0003729522.tif 000033
【図２２】
0003729522.tif 000034