(57)【要約】【課題】電荷パケットが、画像がＣＣＤアレイの表面に亘って走査されるのと同一の速度でシフトレジスタをシフトダウンする。【解決手段】第１の方向に移動するターゲットの第１の画像エレメントセットを感知し、第１の画像エレメントセットからの光を対応する画素値に積算し、画素値を、クロックレートにしたがって第１の方向に画像センサエレメントに沿ってシフトさせる、画像センサエレメントの２次元アレイを含む。複数の画像センサエレメント行が、第１の方向に移動するターゲットの第２のエレメントセットを感知し、画像センサエレメントからの光を対応する画素値に積算し、画素値を、クロックレートにしたがって画像センサエレメントの行に沿って第１の方向にシフトさせるように構成されている。複数の画像センサエレメント行の各々が、他の画像センサエレメントとは長さが異なる画像センサエレメントを有する。【選択図】　図１
2004007625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像装置であって、
画像センサエレメントの２次元アレイであって、該画像センサエレメントの２次元アレイに対して、第１の方向に移動するターゲットの第１の画像エレメントセットを感知し、該第１の画像エレメントセットからの光を対応する画素値に積算し、該画素値を、クロックレートにしたがって該画像センサエレメントに沿って該第１の方向にシフトさせる、画像センサエレメントの２次元アレイと、
互いに間隔をあけて設けられた、第１の方向に延びる複数の画像センサエレメント行であって、該第１の方向に移動する該ターゲットの第２のエレメントセットを感知し、該画像センサエレメントからの光を対応する画素値に積算し、該画素値を、クロックレートにしたがって該画像センサエレメントの行に沿って該第１の方向にシフトさせるように構成された複数の画像センサエレメント行であって、該複数の画像センサエレメント行が同数の画像センサエレメントを有し、該複数の画像センサエレメント行の各々が、他の画像センサエレメントとは長さが異なる画像センサエレメントを有する、複数の画像センサエレメント行と、
測定モジュールであって、該複数の画像センサエレメント行に接続されることにより、各画像センサエレメント行の画像センサエレメントによって感知された検出画像エレメントのシャープネスを測定し、かつ、該画像センサエレメントによって感知された最もシャープな検出画像エレメントを有する画像センサエレメント行を特定する、測定モジュールと、
を備えた撮像装置。
【請求項２】
前記画像センサエレメントの２次元アレイがＴＤＩ撮像ＣＣＤアレイを含む、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記複数の画像センサエレメント行の各々が、ＴＤＩシフトレジスタを含む、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記複数の画像センサエレメント行の１つの画像センサエレメントが、前記２次元アレイの画像センサエレメントと長さが等しい、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
互いに間隔をあけて設けられた少なくとも３つの画像センサエレメント行を備え、該少なくとも３つの画像センサエレメント行の少なくとも１つの画像センサエレメントが、前記２次元アレイの画像センサエレメントより長い長型画像センサエレメントであり、該少なくとも３つの画像センサエレメント行の少なくとも１つの画像センサエレメントが、該２次元アレイの画像センサエレメントより短い短型画像センサエレメントである、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記長型画像センサエレメントが、前記２次元アレイの画像センサエレメントよりも最大約３０％長く、前記短型画像センサエレメントが、前記２次元アレイの画像センサエレメントよりも最大約３０％短い、請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記複数の画像センサエレメント行の１つの画像センサエレメントが、前記２次元アレイの画像センサエレメントと長さが等しい基準画像センサエレメントである、請求項５に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記第１の方向に移動する前記ターゲットの速度または前記電荷パケットを前記２次元アレイの画像センサエレメントに沿って該第１の方向にシフトするクロックレートのいずれかを制御するように構成されたコントローラをさらに備え、基準画像センサエレメント行が最もシャープな検出画像エレメントを有する場合には該コントローラは調整を行わず、前記短型画像センサエレメント行が最もシャープな検出画像エレメントを有する場合には該コントローラは該ターゲットの速度を上昇させるか該クロックレートを低下させるかのいずれかを行い、前記長型画像センサエレメント行が最もシャープな検出画像エレメントを有する場合には該コントローラは該ターゲットの速度を低下させるか該クロックレートを上昇させるかのいずれかを行う、請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記コントローラが、前記複数の画像センサエレメント行の画像センサエレメントの長さ間の差と、前記測定モジュールによって感知された該複数の画像センサエレメント行による検出画像エレメントのシャープネスとに基づいて、内挿または外挿によって、前記ターゲットの速度または前記クロックレートを調整するように構成されている、請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記複数の画像センサエレメント行が互いに近接して設けられている、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記測定モジュールが複数の相関回路を備え、該相関回路の各々が前記複数の画像センサエレメント行の１つに接続されることにより、各画像センサエレメント行の画像センサエレメントによって感知された検出画像エレメントのシャープネスを測定する、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記測定モジュールが比較モジュールを備え、該比較モジュールが、前記複数の相関回路によって測定されたシャープネスを比較し、かつ、最もシャープな検出画像エレメントを有する画像センサエレメント行を特定するように構成されている、請求項１１に記載の撮像装置。
【請求項１３】
光学撮像方法であって、
第１の方向に移動するターゲットの画像の第１の部分を、該画像からの光を対応する画素値に積算するように構成された画像センサエレメントの２次元アレイに投影する工程と、
該画素値を、クロックレートにしたがって該２次元アレイの画像センサエレメントに沿って該第１の方向にシフトする工程であって、該２次元アレイの画像センサエレメントの各々が、投影された光をシフトされた画素値に積算し続ける、工程と、
該第１の方向に移動する該ターゲットの該画像の第２の部分を、該第１の方向に延びる、互いに間隔をあけて設けられた複数の画像センサエレメント行に投影する工程であって、該複数の画像センサエレメント行が同数の画像センサエレメントを有し、該複数の画像センサエレメント行の各々が、他の画像センサエレメント行と長さが異なる画像センサエレメントを有する工程と、
該画素値を、クロックレートにしたがって該複数の画像センサエレメント行の画像センサエレメントに沿って該第１の方向にシフトする工程であって、該複数の画像センサエレメント行の各々の画像センサエレメントが、投影された光をシフトされた画素値に積算し続ける工程と、
該複数の画像センサエレメント行の各々の画像センサエレメントによって感知された検出画像エレメントのシャープネスを測定する工程と、
該画像センサエレメントによって感知された最もシャープな検出画像エレメントを有する画像センサエレメント行を特定する工程と、
を包含する、方法。
【請求項１４】
前記複数の画像センサエレメント行のうち少なくとも３つが互いに間隔をあけて設けられ、前記少なくとも３つの画像センサエレメント行の少なくとも１つの画像センサエレメントが、前記２次元アレイの画像センサエレメントより長い長型画像センサエレメントであり、該少なくとも３つの画像センサエレメント行の少なくとも１つの画像センサエレメントが、該２次元アレイの画像センサエレメントより短い短型画像センサエレメントであり、該複数の画像センサエレメント行の１つの画像センサエレメントが該２次元アレイの画像センサエレメントと長さが等しい基準画像センサエレメントである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の方向に移動する前記ターゲットの速度または前記電荷パケットを前記２次元アレイの画像センサエレメントに沿って該第１の方向にシフトするクロックレートのいずれかを制御する工程をさらに包含し、前記基準画像センサエレメント行が最もシャープな検出画像エレメントを有する場合にはコントローラは調整を行わず、前記短型画像センサエレメント行が最もシャープな検出画像エレメントを有する場合には該コントローラは該ターゲットの速度を上昇させるか該クロックレートを低下させるかのいずれかを行い、前記長型画像センサエレメント行が最もシャープな検出画像エレメントを有する場合には該コントローラは該ターゲットの速度を低下させるか該クロックレートを上昇させるかのいずれかを行う、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ターゲットの速度または前記クロックレートを調整する工程が、前記複数の画像センサエレメント行の画像センサエレメントの長さ間の差に基づいて、該複数の画像センサエレメント行による検出画像エレメントのシャープネスを内挿入または外挿することを包含する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記画像センサエレメントの２次元アレイがＴＤＩ撮像ＣＣＤアレイを含み、前記複数の画像センサエレメント行の各々が、ＴＤＩシフトレジスタを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
撮像装置であって、
画像センサエレメントのＣＣＤアレイであって、該ＣＣＤアレイの画像センサエレメントに投影されて該画像センサエレメントのＣＣＤアレイに対して第１の方向に移動するターゲットの第１の画像エレメントセットから電荷パケットを生成し、且つ、該電荷パケットをクロックレートにしたがって該画像センサエレメントに沿って該第１の方向にシフトさせるように構成された、画像センサエレメントのＣＣＤアレイと、
複数のＣＣＤシフトレジスタであって、各々が、該第１の方向に延びた複数の画像センサエレメントを含み、該ＣＣＤシフトレジスタの画像センサエレメントに投影されて該第１の方向に移動するターゲットの第２の画像エレメントセットから電荷パケットを生成し、且つ、該電荷パケットを該クロックレートにしたがって該画像センサエレメントに沿って該第１の方向にシフトさせる、複数の画像センサエレメントを含み、該複数のＣＣＤシフトレジスタが同数の画像センサエレメントを有し、該複数のＣＣＤシフトレジスタの各々が、他のＣＣＤシフトレジスタの画像センサエレメントとは長さが異なる画像センサエレメントを有する、複数のＣＣＤシフトレジスタと、
前記ＣＣＤシフトレジスタの各々の画像センサエレメントによって感知された検出画像エレメントのシャープネスを測定する手段と、
該第１の方向に移動する該ターゲットの速度または該電荷パケットを該ＣＣＤアレイの画像センサエレメントに沿って該第１の方向にシフトさせるクロックレートのいずれかを、該ＣＣＤシフトレジスタの検出画像エレメントの測定されたシャープネスに基づいて制御するように構成されたコントローラと、
を備えた、撮像装置。
【請求項１９】
前記複数のＣＣＤシフトレジスタのうち少なくとも３つが互いに間隔をあけて設けられ、前記少なくとも３つのＣＣＤシフトレジスタの少なくとも１つの画像センサエレメントが、前記２次元アレイの画像センサエレメントより長い長型画像センサエレメントであり、該少なくとも３つのＣＣＤシフトレジスタの少なくとも１つの画像センサエレメントが、該２次元アレイの画像センサエレメントより短い短型画像センサエレメントであり、該複数のＣＣＤシフトレジスタの１つの画像センサエレメントが該２次元アレイの画像センサエレメントと長さが等しい基準画像センサエレメントである、請求項１８に記載の撮像装置。
【請求項２０】
前記基準画像センサエレメント行が最もシャープな検出画像エレメントを有する場合には前記コントローラは調整を行わず、前記短型画像センサエレメント行が最もシャープな検出画像エレメントを有する場合には該コントローラは前記ターゲットの速度を上昇させるか前記クロックレートを低下させるかのいずれかを行い、前記長型画像センサエレメント行が最もシャープな検出画像エレメントを有する場合には該コントローラは該ターゲットの速度を低下させるか該クロックレートを上昇させるかのいずれかを行う、請求項１９に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学撮像に関し、特に動く物体またはターゲットの像の速度と、動くターゲットを追跡するために用いられる画像センサエレメントのクロッキングとを同期させる装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
広く用いられている光電単フレーム撮像の方法は、画像を機械的に光エレメントの線形アレイを越えて通過させ、画像がインクリメントする毎にアレイを読出す。このようにして、画像の略正方形のフレームまたは長い帯状のフレームが得られ得る。ある種のアレイ、例えば時間遅延と積算（ＴＤＩ）アレイは、同様に動作するが、多くの線期間に亘って信号を収集するという点で主に異なる。
【０００３】
走査線形画像アレイを用いた初期の例は、２つのモノリシックシリコンダイオードアレイから形成された構造内に、背中合わせに設けられた一連のシリコンダイオードを有するデバイスである。アレイは、１つの端子に鋸波状の電圧が印加された状態で、固定電圧降下の補助を得て、これらのアレイの１つに沿って電子的に走査されていた。これに続いて他のタイプの電子走査線型アレイも開発され、これらには電荷結合素子（ＣＣＤ）アレイも含まれる。走査機能は、単一のＣＣＤシフトレジスタがフォトダイオードアレイに接続された状態で、優れた様式で行われ得る。
【０００４】
ＴＤＩ撮像において、線走査アレイの光エレメントは感光ＣＣＤシフトレジスタによって置き換えられる。ＴＤＩ撮像ＣＣＤアレイは通常、光電半導体基板上に設けられた、複数の近接した平行のＴＤＩ　ＣＣＤシフトレジスタから構成される。時間積算された照射強度を表す電気信号を格納するために、センサエレメントまたは検出器のアレイが用いられる。ＴＤＩイメージャの光電半導体基板の表面に亘って、ＴＤＩシフトレジスタの長さ方向に沿って光学画像が走査される。シフトレジスタは光学画像の動きに同期してクロックされる。ＴＤＩシフトレジスタの１つの下で、光学画像の所与の部分の光の光電効果によって遊離された電子は、電荷パケットに収集され、電荷パケットは、光学画像の所与の部分と共にＴＤＩシステムによって移動する。電荷パケットが関連するＴＤＩシフトレジスタの端部に到達すると、それぞれ関連するＴＤＩシフトレジスタの端部にすでに到達している他のすべての電荷パケットと平行かつ同時に出力ＣＣＤシフトレジスタに供給される。出力シフトレジスタは迅速に、与えられた電荷パケットのすべてをシフトアウトし、一連の電荷パケットまたは画素値を提供する。上記一連の電荷パケットの可変電荷レベルは、ＴＤＩイメージャのＴＤＩ撮像ＣＣＤアレイに亘って走査された２次元光学画像から取られた画像ラインの可変光強度に対応する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＴＤＩ撮像ＣＣＤアレイが画像をスメアすることなく適切に機能するためには、電荷パケットが、画像がＣＣＤアレイの表面に亘って走査されるのと同一の速度でシフトレジスタをシフトダウンしなければならない。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、電荷パケットが、画像がＣＣＤアレイの表面に亘って走査されるのと同一の速度でシフトレジスタをシフトダウンすることができる撮像装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、撮像装置であって、画像センサエレメントの２次元アレイであって、該画像センサエレメントの２次元アレイに対して、第１の方向に移動するターゲットの第１の画像エレメントセットを感知し、該第１の画像エレメントセットからの光を対応する画素値に積算し、該画素値を、クロックレートにしたがって該画像センサエレメントに沿って該第１の方向にシフトさせる、画像センサエレメントの２次元アレイと、互いに間隔をあけて設けられた、第１の方向に延びる複数の画像センサエレメント行であって、該第１の方向に移動する該ターゲットの第２のエレメントセットを感知し、該画像センサエレメントからの光を対応する画素値に積算し、該画素値を、クロックレートにしたがって該画像センサエレメントの行に沿って該第１の方向にシフトさせるように構成された複数の画像センサエレメント行であって、該複数の画像センサエレメント行が同数の画像センサエレメントを有し、該複数の画像センサエレメント行の各々が、他の画像センサエレメントとは長さが異なる画像センサエレメントを有する、複数の画像センサエレメント行と、測定モジュールであって、該複数の画像センサエレメント行に接続されることにより、各画像センサエレメント行の画像センサエレメントによって感知された検出画像エレメントのシャープネスを測定し、かつ、該画像センサエレメントによって感知された最もシャープな検出画像エレメントを有する画像センサエレメント行を特定する、測定モジュールと、を備えたものである。
【０００８】
上記本発明の撮像装置において、前記画像センサエレメントの２次元アレイがＴＤＩ撮像ＣＣＤアレイを含むことが好ましい。
【０００９】
上記本発明の撮像装置において、前記複数の画像センサエレメント行の各々が、ＴＤＩシフトレジスタを含むことが好ましい。
【００１０】
上記本発明の撮像装置において、前記複数の画像センサエレメント行の１つの画像センサエレメントが、前記２次元アレイの画像センサエレメントと長さが等しいことが好ましい。
【００１１】
上記本発明の撮像装置において、互いに間隔をあけて設けられた少なくとも３つの画像センサエレメント行を備え、該少なくとも３つの画像センサエレメント行の少なくとも１つの画像センサエレメントが、前記２次元アレイの画像センサエレメントより長い長型画像センサエレメントであり、該少なくとも３つの画像センサエレメント行の少なくとも１つの画像センサエレメントが、該２次元アレイの画像センサエレメントより短い短型画像センサエレメントであることが好ましい。
【００１２】
上記本発明の撮像装置において、前記長型画像センサエレメントが、前記２次元アレイの画像センサエレメントよりも最大約３０％長く、前記短型画像センサエレメントが、前記２次元アレイの画像センサエレメントよりも最大約３０％短いことが好ましい。
【００１３】
上記本発明の撮像装置において、前記複数の画像センサエレメント行の１つの画像センサエレメントが、前記２次元アレイの画像センサエレメントと長さが等しい基準画像センサエレメントであることが好ましい。
【００１４】
上記本発明の撮像装置において、前記第１の方向に移動する前記ターゲットの速度または前記電荷パケットを前記２次元アレイの画像センサエレメントに沿って該第１の方向にシフトするクロックレートのいずれかを制御するように構成されたコントローラをさらに備え、基準画像センサエレメント行が最もシャープな検出画像エレメントを有する場合には該コントローラは調整を行わず、前記短型画像センサエレメント行が最もシャープな検出画像エレメントを有する場合には該コントローラは該ターゲットの速度を上昇させるか該クロックレートを低下させるかのいずれかを行い、前記長型画像センサエレメント行が最もシャープな検出画像エレメントを有する場合には該コントローラは該ターゲットの速度を低下させるか該クロックレートを上昇させるかのいずれかを行うことが好ましい。
【００１５】
上記本発明の撮像装置において、前記コントローラが、前記複数の画像センサエレメント行の画像センサエレメントの長さ間の差と、前記測定モジュールによって感知された該複数の画像センサエレメント行による検出画像エレメントのシャープネスとに基づいて、内挿または外挿によって、前記ターゲットの速度または前記クロックレートを調整するように構成されていることが好ましい。
【００１６】
上記本発明の撮像装置において、前記複数の画像センサエレメント行が互いに近接して設けられていることが好ましい。
【００１７】
上記本発明の撮像装置において、前記測定モジュールが複数の相関回路を備え、該相関回路の各々が前記複数の画像センサエレメント行の１つに接続されることにより、各画像センサエレメント行の画像センサエレメントによって感知された検出画像エレメントのシャープネスを測定することが好ましい。
【００１８】
上記本発明の撮像装置において、前記測定モジュールが比較モジュールを備え、該比較モジュールが、前記複数の相関回路によって測定されたシャープネスを比較し、かつ、最もシャープな検出画像エレメントを有する画像センサエレメント行を特定するように構成されていることが好ましい。
【００１９】
また、本発明は、光学撮像方法であって、第１の方向に移動するターゲットの画像の第１の部分を、該画像からの光を対応する画素値に積算するように構成された画像センサエレメントの２次元アレイに投影する工程と、該画素値を、クロックレートにしたがって該２次元アレイの画像センサエレメントに沿って該第１の方向にシフトする工程であって、該２次元アレイの画像センサエレメントの各々が、投影された光をシフトされた画素値に積算し続ける、工程と、該第１の方向に移動する該ターゲットの該画像の第２の部分を、該第１の方向に延びる、互いに間隔をあけて設けられた複数の画像センサエレメント行に投影する工程であって、該複数の画像センサエレメント行が同数の画像センサエレメントを有し、該複数の画像センサエレメント行の各々が、他の画像センサエレメント行と長さが異なる画像センサエレメントを有する工程と、該画素値を、クロックレートにしたがって該複数の画像センサエレメント行の画像センサエレメントに沿って該第１の方向にシフトする工程であって、該複数の画像センサエレメント行の各々の画像センサエレメントが、投影された光をシフトされた画素値に積算し続ける工程と、該複数の画像センサエレメント行の各々の画像センサエレメントによって感知された検出画像エレメントのシャープネスを測定する工程と、該画像センサエレメントによって感知された最もシャープな検出画像エレメントを有する画像センサエレメント行を特定する工程と、を包含するものである。
【００２０】
上記本発明の方法において、前記複数の画像センサエレメント行のうち少なくとも３つが互いに間隔をあけて設けられ、前記少なくとも３つの画像センサエレメント行の少なくとも１つの画像センサエレメントが、前記２次元アレイの画像センサエレメントより長い長型画像センサエレメントであり、該少なくとも３つの画像センサエレメント行の少なくとも１つの画像センサエレメントが、該２次元アレイの画像センサエレメントより短い短型画像センサエレメントであり、該複数の画像センサエレメント行の１つの画像センサエレメントが該２次元アレイの画像センサエレメントと長さが等しい基準画像センサエレメントであることが好ましい。
【００２１】
上記本発明の方法において、前記第１の方向に移動する前記ターゲットの速度または前記電荷パケットを前記２次元アレイの画像センサエレメントに沿って該第１の方向にシフトするクロックレートのいずれかを制御する工程をさらに包含し、前記基準画像センサエレメント行が最もシャープな検出画像エレメントを有する場合にはコントローラは調整を行わず、前記短型画像センサエレメント行が最もシャープな検出画像エレメントを有する場合には該コントローラは該ターゲットの速度を上昇させるか該クロックレートを低下させるかのいずれかを行い、前記長型画像センサエレメント行が最もシャープな検出画像エレメントを有する場合には該コントローラは該ターゲットの速度を低下させるか該クロックレートを上昇させるかのいずれかを行うことが好ましい。
【００２２】
上記本発明の方法において、前記ターゲットの速度または前記クロックレートを調整する工程が、前記複数の画像センサエレメント行の画像センサエレメントの長さ間の差に基づいて、該複数の画像センサエレメント行による検出画像エレメントのシャープネスを内挿入または外挿することを包含することが好ましい。
【００２３】
上記本発明の方法において、前記画像センサエレメントの２次元アレイがＴＤＩ撮像ＣＣＤアレイを含み、前記複数の画像センサエレメント行の各々が、ＴＤＩシフトレジスタを含むことが好ましい。
【００２４】
また、本発明は、撮像装置であって、画像センサエレメントのＣＣＤアレイであって、該ＣＣＤアレイの画像センサエレメントに投影されて該画像センサエレメントのＣＣＤアレイに対して第１の方向に移動するターゲットの第１の画像エレメントセットから電荷パケットを生成し、且つ、該電荷パケットをクロックレートにしたがって該画像センサエレメントに沿って該第１の方向にシフトさせるように構成された、画像センサエレメントのＣＣＤアレイと、複数のＣＣＤシフトレジスタであって、各々が、該第１の方向に延びた複数の画像センサエレメントを含み、該ＣＣＤシフトレジスタの画像センサエレメントに投影されて該第１の方向に移動するターゲットの第２の画像エレメントセットから電荷パケットを生成し、且つ、該電荷パケットを該クロックレートにしたがって該画像センサエレメントに沿って該第１の方向にシフトさせる、複数の画像センサエレメントを含み、該複数のＣＣＤシフトレジスタが同数の画像センサエレメントを有し、該複数のＣＣＤシフトレジスタの各々が、他のＣＣＤシフトレジスタの画像センサエレメントとは長さが異なる画像センサエレメントを有する、複数のＣＣＤシフトレジスタと、前記ＣＣＤシフトレジスタの各々の画像センサエレメントによって感知された検出画像エレメントのシャープネスを測定する手段と、該第１の方向に移動する該ターゲットの速度または該電荷パケットを該ＣＣＤアレイの画像センサエレメントに沿って該第１の方向にシフトさせるクロックレートのいずれかを、該ＣＣＤシフトレジスタの検出画像エレメントの測定されたシャープネスに基づいて制御するように構成されたコントローラと、を備えたものである。
【００２５】
上記本発明の撮像装置において、前記複数のＣＣＤシフトレジスタのうち少なくとも３つが互いに間隔をあけて設けられ、前記少なくとも３つのＣＣＤシフトレジスタの少なくとも１つの画像センサエレメントが、前記２次元アレイの画像センサエレメントより長い長型画像センサエレメントであり、該少なくとも３つのＣＣＤシフトレジスタの少なくとも１つの画像センサエレメントが、該２次元アレイの画像センサエレメントより短い短型画像センサエレメントであり、該複数のＣＣＤシフトレジスタの１つの画像センサエレメントが該２次元アレイの画像センサエレメントと長さが等しい基準画像センサエレメントであることが好ましい。
【００２６】
上記本発明の撮像装置において、前記基準画像センサエレメント行が最もシャープな検出画像エレメントを有する場合には前記コントローラは調整を行わず、前記短型画像センサエレメント行が最もシャープな検出画像エレメントを有する場合には該コントローラは前記ターゲットの速度を上昇させるか前記クロックレートを低下させるかのいずれかを行い、前記長型画像センサエレメント行が最もシャープな検出画像エレメントを有する場合には該コントローラは該ターゲットの速度を低下させるか該クロックレートを上昇させるかのいずれかを行うことが好ましい。
【００２７】
本発明の実施形態は、動く物体またはターゲットの画像の速度を、動くターゲットを追跡するために用いられる画像センサエレメントのクロッキングに同期させる装置および方法に向けられている。動くターゲットの画像は、ＴＤＩ撮像ＣＣＤアレイなどの画像センサエレメントのアレイに投影される。動くターゲットの画像は、第１の方向に移動し、画像センサエレメントのアレイは、それに投影された画像からの光を画素値に積算する。画素値は、クロックレートにしたがって画像センサエレメントに沿って第１の方向にシフトする。画像のシャープネスは自動的に検出され、向上したシャープネスを達成するためにターゲットの速度またはクロックレートのいずれかを正しい方向に調整するために信号が生成される。異なる電極ピッチを有する複数の線形ＴＤＩ撮像アレイまたはＣＣＤシフトレジスタが設けられる。画像の一部分が複数の線形アレイまたはシフトレジスタに投影され、線形アレイまたはシフトレジスタが同一のクロック駆動器によってクロックされる。画像がシフトレジスタの各々に亘って走査される速度は同一である。しかし、信号電荷または画素値が各シフトレジスタに沿って移動する速度は、ＣＣＤ電極の長さまたは電極ピッチに比例する。複数のＣＣＤレジスタからの出力のシャープネスを比較することにより、画像センサエレメントのアレイ用に画像のシャープネスを最適化するためには、ターゲットの速度またはクロックレートをいずれの方向に調整するべきかを決定することができる。
【００２８】
本発明の一局面によると、撮像装置は、画像センサエレメントの２次元アレイであって、該画像センサエレメントの該２次元アレイに対して、第１の方向に移動するターゲットの第１の画像エレメントセットを感知し、該第１の画像エレメントセットからの光を対応する画素値に積算し、該画素値を、クロックレートにしたがって該画像センサエレメントに沿って該第１の方向にシフトさせる、画像センサエレメントの２次元アレイを含む。第１の方向に延びる複数の画像センサエレメント行が互いに間隔をあけて設けられている。複数の画像センサエレメント行が、該第１の方向に移動する該ターゲットの第２のエレメントセットを感知し、該画像センサエレメントからの光を対応する画素値に積算し、該画素値を、クロックレートにしたがって該画像センサエレメントの行に沿って該第１の方向にシフトさせるように構成されている。該複数の画像センサエレメント行が同数の画像センサエレメントを有する。該複数の画像センサエレメント行の各々が、他の画像センサエレメントとは長さが異なる画像センサエレメントを有する。測定モジュールが、該複数の画像センサエレメント行に接続されることにより、各画像センサエレメント行の画像センサエレメントによって感知された検出画像エレメントのシャープネスを測定し、かつ、該画像センサエレメントによって感知された最もシャープな検出画像エレメントを有する画像センサエレメント行を特定する。
【００２９】
いくつかの実施形態において、前記画像センサエレメントの２次元アレイがＴＤＩ撮像ＣＣＤアレイを含む。前記複数の画像センサエレメント行の各々が、ＴＤＩシフトレジスタを含む。前記複数の画像センサエレメント行の１つの画像センサエレメントが、前記２次元アレイの画像センサエレメントと長さが等しい。少なくとも３つの画像センサエレメント行が、互いに間隔をあけて設けられている。該少なくとも３つの画像センサエレメント行の少なくとも１つの画像センサエレメントが、前記２次元アレイの画像センサエレメントより長い長型画像センサエレメントであり、該少なくとも３つの画像センサエレメント行の少なくとも１つの画像センサエレメントが、該２次元アレイの画像センサエレメントより短い短型画像センサエレメントである。前記長型画像センサエレメントが、前記２次元アレイの画像センサエレメントよりも最大約３０％長く、前記短型画像センサエレメントが、前記２次元アレイの画像センサエレメントよりも最大約３０％短い。前記複数の画像センサエレメント行の１つの画像センサエレメントが、前記２次元アレイの画像センサエレメントと長さが等しい基準画像センサエレメントである。
【００３０】
特定の実施形態において、コントローラが、前記第１の方向に移動する前記ターゲットの速度または前記電荷パケットを前記２次元アレイの画像センサエレメントに沿って該第１の方向にシフトするクロックレートのいずれかを制御するように構成されている。基準画像センサエレメント行が最もシャープな検出画像エレメントを有する場合には該コントローラは調整を行わない。前記短型画像センサエレメント行が最もシャープな検出画像エレメントを有する場合には該コントローラは該ターゲットの速度を上昇させるか該クロックレートを低下させるかのいずれかを行う。前記長型画像センサエレメント行が最もシャープな検出画像エレメントを有する場合には該コントローラは該ターゲットの速度を低下させるか該クロックレートを上昇させるかのいずれかを行う。前記コントローラが、前記複数の画像センサエレメント行の画像センサエレメントの長さ間の差と、前記測定モジュールによって感知された該複数の画像センサエレメント行による検出画像エレメントのシャープネスとに基づいて、内挿または外挿によって、前記ターゲットの速度または前記クロックレートを調整するように構成されている。
【００３１】
いくつかの実施形態において、前記複数の画像センサエレメント行が互いに近接して設けられている。前記測定モジュールが複数の相関回路を備え、該相関回路の各々が前記複数の画像センサエレメント行の１つに接続されることにより、各画像センサエレメント行の画像センサエレメントによって感知された検出画像エレメントのシャープネスを測定する。前記測定モジュールが比較モジュールを備え、該比較モジュールが、前記複数の相関回路によって測定されたシャープネスを比較し、かつ、最もシャープな検出画像エレメントを有する画像センサエレメント行を特定するように構成されている。
【００３２】
本発明の別の局面によると、光学撮像方法は、第１の方向に移動するターゲットの画像の第１の部分を、該画像からの光を対応する画素値に積算するように構成された画像センサエレメントの２次元アレイに投影する工程と、該画素値を、クロックレートにしたがって該２次元アレイの画像センサエレメントに沿って該第１の方向にシフトする工程とを包含する。該２次元アレイの画像センサエレメントの各々が、投影された光をシフトされた画素値に積算し続ける。方法はさらに、該第１の方向に移動する該ターゲットの該画像の第２の部分を、該第１の方向に延びる、互いに間隔をあけて設けられた複数の画像センサエレメント行に投影する工程を包含する。該複数の画像センサエレメント行が同数の画像センサエレメントを有する。該複数の画像センサエレメント行の各々が、他の画像センサエレメント行と長さが異なる画像センサエレメントを有する。該画素値が、クロックレートにしたがって該複数の画像センサエレメント行の画像センサエレメントに沿って該第１の方向にシフトされる。該複数の画像センサエレメント行の各々の画像センサエレメントが、投影された光をシフトされた画素値に積算し続ける。方法はさらに、該複数の画像センサエレメント行の各々の画像センサエレメントによって感知された検出画像エレメントのシャープネスを測定する工程と、該画像センサエレメントによって感知された最もシャープな検出画像エレメントを有する画像センサエレメント行を特定する工程とを包含する。
【００３３】
本発明のさらに別の局面によると、撮像装置は、画像センサエレメントのＣＣＤアレイであって、該ＣＣＤアレイの画像センサエレメントに投影されて該画像センサエレメントのＣＣＤアレイに対して第１の方向に移動するターゲットの第１の画像エレメントセットから電荷パケットを生成し、且つ、該電荷パケットをクロックレートにしたがって該画像センサエレメントに沿って該第１の方向にシフトさせるように構成された、画像センサエレメントのＣＣＤアレイを備える。複数のＣＣＤシフトレジスタの各々が、該第１の方向に延びた複数の画像センサエレメントを含み、該ＣＣＤシフトレジスタの画像センサエレメントに投影されて該第１の方向に移動するターゲットの第２の画像エレメントセットから電荷パケットを生成し、且つ、該電荷パケットを該クロックレートにしたがって該画像センサエレメントに沿って該第１の方向にシフトさせる。該複数のＣＣＤシフトレジスタが同数の画像センサエレメントを有する。該複数のＣＣＤシフトレジスタの各々が、他のＣＣＤシフトレジスタの画像センサエレメントとは長さが異なる画像センサエレメントを有する。撮像装置はさらに、前記ＣＣＤシフトレジスタの各々の画像センサエレメントによって感知された検出画像エレメントのシャープネスを測定する手段と、該第１の方向に移動する該ターゲットの速度または該電荷パケットを該ＣＣＤアレイの画像センサエレメントに沿って該第１の方向にシフトさせるクロックレートのいずれかを、該ＣＣＤシフトレジスタの検出画像エレメントの測定されたシャープネスに基づいて制御するように構成されたコントローラとを備える。
【００３４】
いくつかの実施形態において、前記複数のＣＣＤシフトレジスタのうち少なくとも３つが互いに間隔をあけて設けられている。前記少なくとも３つのＣＣＤシフトレジスタの少なくとも１つの画像センサエレメントが、前記２次元アレイの画像センサエレメントより長い長型画像センサエレメントである。該少なくとも３つのＣＣＤシフトレジスタの少なくとも１つの画像センサエレメントが、該２次元アレイの画像センサエレメントより短い短型画像センサエレメントである。該複数のＣＣＤシフトレジスタの１つの画像センサエレメントが該２次元アレイの画像センサエレメントと長さが等しい基準画像センサエレメントである。前記基準画像センサエレメント行が最もシャープな検出画像エレメントを有する場合には前記コントローラは調整を行わず、前記短型画像センサエレメント行が最もシャープな検出画像エレメントを有する場合には該コントローラは前記ターゲットの速度を上昇させるか前記クロックレートを低下させるかのいずれかを行い、前記長型画像センサエレメント行が最もシャープな検出画像エレメントを有する場合には該コントローラは該ターゲットの速度を低下させるか該クロックレートを上昇させるかのいずれかを行う。
【００３５】
【発明の実施の形態】
図１は、画像センサエレメント１４の２次元アレイ１２を含む撮像装置１０を示す。アレイ１２は典型的には、１０００を越えるセンサエレメント１４を有し得る。各センサエレメント１４は、電荷パケットまたは画素値を生成し、画素値は、ターゲット１５の画像のうちエレメント１４に入射する部分の光の強度を示す。センサエレメント１４はＣＣＤ感光セルであり、好適には、各々が複数の上記セルを含む複数の時間遅延と積算（ＴＤＩ）シフトレジスタを含む。図示する特定の実施形態では、アレイ１２は時間遅延と積算（ＴＤＩ）撮像ＣＣＤアレイであり、撮像装置はＴＤＩイメージャ１０と呼ばれる。他の実施形態では、アレイ１２は画像の色または他の特徴に応答するセンサを含み得る。
【００３６】
アレイ１２は典型的には、半導体基板１６などの基板上に設けられる。アレイ１２は、光学画像の焦点面１８内に位置づけられる。光学画像１８は、カメラレンズ、スキャナなどのレンズ（図示せず）によって例えば従来の様式で焦点面１８に集束する。センサエレメント１４は、画像装置１０に投影された光学画像の第１の画像エレメントセットを感知する。ターゲット１５の光学画像は、アレイ１２に対して、矢印２０で示す方向に移動し、画像装置またはＴＤＩイメージャ１０の半導体基板１６の焦点面または表面１８に亘って走査される。この走査は、メインＴＤＩ撮像ＣＣＤアレイ１２に含まれるメインＴＤＩシフトレジスタの長さ方向に行われる。メインＴＤＩシフトレジスタは、クロック速度またはクロックレートにしたがってメインＴＤＩシフトレジスタに沿って画素値または電荷パケットをシフトするようにクロックされる。クロック速度またはクロックレートは理想的には、光学画像の動きに同期する。光学画像の所与の部分の光の光電効果によってメインＴＤＩシフトレジスタの１つの下で遊離された電子は、電荷パケットに収集され、電荷パケットが、光学画像の上記所与の部分と共にメインＴＤＩシフトレジスタによって移動する。電荷パケットは、ＴＤＩ方向２０と呼ばれ得る方向に、矢印２０に沿ってクロックレートにしたがって移動する。
【００３７】
電荷パケットが関連するＴＤＩシフトレジスタの端部に到達すると、それぞれ関連するＴＤＩシフトレジスタの端部にすでに到達している他のすべての電荷パケットと平行かつ同時に出力ＣＣＤシフトレジスタ２２に供給される。出力シフトレジスタ２２は、基板１６上に設けられている。出力シフトレジスタ２２は、与えられた電荷パケットのすべてを矢印２４で示す方向に順にシフトアウトし、一連の電荷パケットまたは画素値を出力線２６に提供する。出力線２６は典型的には、増幅器２８を含む。上記一連の電荷パケットの可変電荷レベルは、ＴＤＩ撮像ＣＣＤアレイ１２に亘って走査された、ターゲット１５の２次元光学画像から取られた画像ラインの可変光強度に対応する。
【００３８】
ＴＤＩイメージャ１０の画像がスメアされることを回避するために、電荷パケットが、ターゲット１５の画像がＴＤＩ撮像ＣＣＤアレイ１２の表面に亘って走査されるのと実質的に同じ速度でアレイ１２のメインＴＤＩシフトレジスタをシフトダウンすることを確実にするため、同期モジュール３０が設けられる。図１に示すように、最適化同期モジュール３０は、基板１６の焦点面１８上に設けられた画像センサエレメント３２の複数の行を含み、これにより、撮像装置１０に投影されたターゲット１５の光学画像の第２の画像エレメントセットを感知する。上記行は、矢印２０で示す画像移動方向に延びている。図１は、画像センサエレメントの３つの行３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを示す。本実施形態において、各行は、線形ＴＤＩ撮像アレイまたはＣＣＤシフトレジスタ３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃであり、これらは画素値または信号電荷を、レジスタに沿ってシフトするようにクロックされる。この動作は、電荷パケットをアレイ１２のメインＴＤＩシフトレジスタに沿ってシフトダウンするために用いられるクロックレートと同一のクロックレートにしたがって行われる。レジスタ３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃは、ＣＣＤアレイ１２と同一の基板１６の焦点面１８上に設けられるのが都合がよい。レジスタは好適には、互いに近接して位置づけられる。例えば、レジスタ３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃは概して、メインＴＤＩアレイ１２内のメインＴＤＩシフトレジスタ同様、互いに近接して設けられ得る。レジスタ３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃは、画像が画像装置１０によって捕捉されるシャープネスを自動的に検出し、かつ、向上したシャープネスを達成するためにターゲットの速度またはクロックレートのいずれかを正しい方向に調整するために用いられ得る出力を生成するために用いられる最適化または検出シフトレジスタである。
【００３９】
３つの最適化または検出シフトレジスタ３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃは、メインアレイ１２のメインＴＤＩシフトレジスタと同数の画像センサエレメント３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを有するが、画像センサエレメント３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは、ＴＤＩシフト方向２０に異なる電極長さＬＡ、ＬＢ、ＬＣを有する。その結果、３つのシフトレジスタ３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃは、異なる電極ピッチを有する。図１において、画像センサエレメント３２Ｂは、画像センサエレメント３２Ａよりも長い電極長さを有している（ＬＢ＞ＬＡ）。画像センサエレメント３２Ｃは、画像センサエレメント３２Ｂよりも長い電極長さを有している（ＬＣ＞ＬＢ）。図１において電極長さは実際のサイズに合わせて示されているわけではなく、本発明を説明するために大きめに示されている。画像が各シフトレジスタ３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃに亘って走査される速度は同一である。しかし、信号電荷または画素値が各シフトレジスタ３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃに沿って移動する速度は、電極長さＬＡ、ＬＢ、ＬＣまたは電極ピッチに比例する。したがって、第１のシフトレジスタ３４Ａは最も低い画素値速度を有し、第３のシフトレジスタ３４Ｃは最も高い画素値速度を有する。
【００４０】
シフトレジスタ３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃからの出力は、検出された画像のシャープネスに関して互いに比較され、それにより、画像センサエレメントのアレイ１２用に画像のシャープネスを最適化するためには、ターゲットの速度またはクロックレートをいずれの方向に調整するべきかが決定される。図１に示すように、第１のシフトレジスタ３４Ａの出力は、第１の増幅器３６Ａによって検出され、信号が第１の測定モジュール３８Ａ内で測定される。第２のシフトレジスタ３４Ｂの出力は、第２の増幅器３６Ｂによって検出され、信号が第２の測定モジュール３８Ｂ内で測定される。第３のシフトレジスタ３４Ｃの出力は、第３の増幅器３６Ｃによって検出され、信号が第３の測定モジュール３８Ｃ内で測定される。様々な適切な測定モジュールが用いられ得る。１つの測定手法は、３つのシフトレジスタ３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃからの３つの信号の傾斜を検出する従来の外部回路を用いてシャープネスを決定する。別の手法は、タップされたＣＣＤ遅延ラインまたは合致するフィルタを用いて、信号のシャープネスを測定する。このような手法は、図２に示す相関回路４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃを用いて実施され得る。図２に示すように、相関回路４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃは例えばＣＣＤ撮像装置１０の一部として設計され得る。
【００４１】
図１に示す特定の実施形態において、第２の画像センサエレメント３２Ｂの電極長さＬＢは、メインＣＣＤアレイ１２の画像センサエレメント１４の電極長さと同一である。第２のシフトレジスタ３４Ｂが３つのレジスタのうち最もシャープな画像を検出した場合、そのことは、ＣＣＤアレイ１２のクロックレートとレジスタ３４Ｂの画像の速度との同期が、他の２つのレジスタ３４Ａおよび３２Ｃの画像の速度との同期よりも良好であることを示す。
【００４２】
第１のシフトレジスタ３４Ａの出力が３つのレジスタのうち最もシャープな画像を示す場合、そのことは、画像走査速度がメインＣＣＤアレイ１２には低すぎることを示す。（その理由は、第１のシフトレジスタ３４Ａの画素値速度が第２のシフトレジスタ３４Ｂの画素値速度よりも低ければ、クロックレートが同一の場合、シャープな画像が生成されるからである。）第２のシフトレジスタ３４Ｂの出力が最もシャープな画像を検出するまで、ターゲットの速度が上昇するか、クロックレートが低下するかのいずれかでなければならない。
【００４３】
第３のシフトレジスタ３４Ｃの出力が３つのレジスタのうち最もシャープな画像を示す場合、そのことは、画像走査速度がメインＣＣＤアレイ１２には高すぎることを示す。（その理由は、第３のシフトレジスタ３４Ｃの画素値速度が第２のシフトレジスタ３４Ｂの画素値速度よりも高ければ、クロックレートが同一の場合、シャープな画像が生成されるからである。）第２のシフトレジスタ３４Ｂの出力が最もシャープな画像を検出するまで、ターゲットの速度が低下するか、クロックレートが上昇するかのいずれかでなければならない。
【００４４】
図１に見られるように、測定モジュール３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃの出力は、比較器または比較モジュール４２に供給され、比較器または比較モジュール４２が測定されたシャープネスを比較して、最もシャープな画像を特定する。比較モジュール４２の出力は、クロックタイミング生成器４４に供給され、クロックタイミング生成器４４が最もシャープな画像を達成するようにセンサ１４のクロックレートを調整する。調整されたクロックは、クロック駆動器またはクロック駆動器４６のセットに供給されて、アレイ１２内の画素値がシフトされる。あるいは、比較モジュール４２の出力がターゲットタイミング生成器５４に供給され、ターゲットタイミング生成器５４が、最もシャープな画像を達成するように第１の方向に移動するターゲットの速度を調整する。ターゲット１５の調整された速度は、ターゲット駆動器５６に供給され、ターゲット１５を第１の方向に移動させる。上述したように、第２のシフトレジスタ３４Ｂが最もシャープな画像を検出した場合は調整は行われない。第１のシフトレジスタ３４Ａが最もシャープな画像を検出した場合は、ターゲットの速度が上昇するかクロックレートが低下する。第３のシフトレジスタ３４Ｃが最もシャープな画像を検出した場合は、ターゲットの速度が低下するかクロックレートが上昇する。調整量は、シフトレジスタ３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃのセンサエレメント３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ間の長さの差とシャープネスの測定結果とに基づいて、内挿または外挿によって決定され得る。
【００４５】
図２は、相関回路４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃを示し、これらはそれぞれ、図１の増幅器３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃから、３つのシフトレジスタ３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃの出力を受け取る。各シフトレジスタにおいて、センサエレメント３２によって感知された画素値または画像エレメントは、順にシフトアウトされ、増幅され、対応する相関器または相関回路４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃに供給される。各相関回路４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃは、これもまた撮像装置１０の基板１６上に設けられたＣＣＤ回路である。相関回路４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃは、ＣＣＤレジスタに沿って位置づけられた異なるタップセット間で信号を相関する。例えば図２は、各相関回路４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ内のＣＣＤレジスタまたは遅延タップライン６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃを示す。各遅延タップライン６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃは、２つの出力ライン６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃおよび６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃを有する。これら２つの出力ラインは異なる増幅器６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃに接続されて、相関信号６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃを生成する。
【００４６】
３つの相関回路４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃからの信号６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃは、図１の比較モジュール４２に供給され、いずれが最もシャープな画像を有するかが決定される。例えば、比較モジュール４２は、画像内のシャープな遷移（例えば、黒から白への遷移および白から黒への遷移）を表す信号６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ内の様々なスパイクを比較し得る。黒／白または白／黒遷移が起こり遷移点が２つの出力ライン６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃと６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃとの間にタップされた遅延ライン６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃの中間部に移された場合、このタップされた遅延ライン６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃは、信号６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ内にピークを生成する。ピークの振幅は画像のシャープネスに比例する。このように比較モジュール４２は、３つの信号６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃのピークの振幅を比較することにより最もシャープな画像を特定し得る。シフトレジスタ３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃは好適には、画像のほぼ同一の領域を検出するように物理的に近接している。これにより、比較がより意味のあるものになる。例えば、レジスタ３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃは概して、メインＴＤＩアレイ１２内のメインＴＤＩシフトレジスタ同様、互いに近接して設けられ得る。この適用に適した相関回路および比較モジュールとしては公知のものが用いられ得る。
【００４７】
ＴＤＩアレイ１２および最適化シフトレジスタ３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃは、Ｎ個のステージ（走査方向２０の画像センサの数）を有する。一方、ＣＣＤ遅延アレイライン６３Ａ、６３Ｂ、６３ＣはＭ個のステージを有する。２つの数、ＭおよびＮは同一である必要はない。さらに、最適化シフトレジスタ３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃは他の実施形態では異なる数のステージを有し得る。加えて、最適化シフトレジスタ３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃからの３つの出力（電荷パケット）がそれぞれ対応するＣＣＤタップされた遅延ライン６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃに直接供給された場合、出力増幅器３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃは省略され得る。
【００４８】
特定の実施形態において、最適化モジュール３０は、第２のシフトレジスタ３４Ｂの出力を、最もシャープな画像として常に維持するように構成され得る。第１のシフトレジスタ３４Ａおよび第３のシフトレジスタ３４Ｃからの出力は、同じ量だけ低下し得る（ＬＢ−ＬＡ≒ＬＣ−ＬＢ）。この微調整スキームは比較モジュール４２内で実施され得、それによりクロックタイミング生成器４４またはターゲットタイミング生成器５４のいずれかを制御するために望ましい信号を生成する。
【００４９】
所望の最適化を提供するためにシフトレジスタ３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ間の電極長さの差が選択され得る。典型的には、第１の電極長さＬＡおよび第３の電極長さＬＣは第２の電極長さＬＢの約１０％〜３０％以内であるが、特定の用途ではこの範囲外の長さも用いられ得る。さらに最適化シフトレジスタ３４の数は、他の実施形態では異なり得る。２つのシフトレジスタ３４を用いた場合も、撮像装置１０の画像をある程度シャープにすることができるが、最低３つのシフトレジスタを用いることが概して好ましい。シフトレジスタ３４は大きなスペースを必要としないため、撮像装置１０のタイミングをより精密に微調整して最適化することにより、より迅速かつ正確に最良のシャープネスを達成するために、より多くの数のシフトレジスタ３４が用いられ得る。
【００５０】
撮像装置の最適化スキームは正確で比較的単純であり、最適化デバイスは構築が比較的容易で安価である。特定の実施形態において、ＴＤＩ撮像ＣＣＤアレイ１２と、出力シフトレジスタ２２と、最適化シフトレジスタ３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃと、相関回路４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃはすべて単一の半導体基板１６上に形成されるのが都合がよい。
【００５１】
本発明の実施形態は、動く物体またはターゲットの画像の速度を、動くターゲットを追跡するために用いられる画像センサエレメントのクロッキングに同期させる装置および方法に向けられている。一実施形態において、撮像装置は、画像センサエレメントの２次元アレイであって、該画像センサエレメントの該２次元アレイに対して、第１の方向に移動するターゲットの第１の画像エレメントセットを感知し、該第１の画像エレメントセットからの光を対応する画素値に積算し、該画素値を、クロックレートにしたがって該第１の方向に該画像センサエレメントに沿ってシフトさせる、画像センサエレメントの２次元アレイを含む。第１の方向に延びる複数の画像センサエレメント行が互いに間隔をあけて設けられている。複数の画像センサエレメント行が、該第１の方向に移動する該ターゲットの第２のエレメントセットを感知し、該画像センサエレメントからの光を対応する画素値に積算し、該画素値を、クロックレートにしたがって該画像センサエレメントの行に沿って該第１の方向にシフトさせるように構成されている。該複数の画像センサエレメント行が同数の画像センサエレメントを有する。該複数の画像センサエレメント行の各々が、他の画像センサエレメントとは長さが異なる画像センサエレメントを有する。測定モジュールが、該複数の画像センサエレメント行に接続されることにより、各画像センサエレメント行の画像センサエレメントによって感知された検出画像エレメントのシャープネスを測定し、かつ、該画像センサエレメントによって感知された最もシャープな検出画像を有する画像センサエレメント行を特定する。複数のＣＣＤレジスタからの出力のシャープネスを比較することにより、画像センサエレメントのアレイ用に画像のシャープネスを最適化するためには、ターゲットの速度またはクロックレートをいずれの方向に調整するべきかを決定することができる。
【００５２】
上述した装置および方法の構成は単に、本発明の原理の適用を説明するためだけのものである。特許請求の範囲に規定される本発明の思想および範囲から逸脱することなく多くの他の実施形態および改変がなされ得る。例えば、最適化シフトレジスタ用に画像のシャープネスを測定するために種々の方法が用いられ得るし、最もシャープな画像を特定するために画像を比較する種々の方法が用いられ得る。したがって本発明の範囲は、上述の記載に限定されることなく、特許請求の範囲およびその均等物に鑑みて決定されるべきである。
【００５３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明は、画像センサエレメントの２次元アレイであって、該画像センサエレメントの２次元アレイに対して、第１の方向に移動するターゲットの第１の画像エレメントセットを感知し、該第１の画像エレメントセットからの光を対応する画素値に積算し、該画素値を、クロックレートにしたがって該画像センサエレメントに沿って該第１の方向にシフトさせる、画像センサエレメントの２次元アレイと、互いに間隔をあけて設けられた、第１の方向に延びる複数の画像センサエレメント行であって、該第１の方向に移動する該ターゲットの第２のエレメントセットを感知し、該画像センサエレメントからの光を対応する画素値に積算し、該画素値を、クロックレートにしたがって該画像センサエレメントの行に沿って該第１の方向にシフトさせるように構成された複数の画像センサエレメント行であって、該複数の画像センサエレメント行が同数の画像センサエレメントを有し、該複数の画像センサエレメント行の各々が、他の画像センサエレメントとは長さが異なる画像センサエレメントを有する、複数の画像センサエレメント行と、測定モジュールであって、該複数の画像センサエレメント行に接続されることにより、各画像センサエレメント行の画像センサエレメントによって感知された検出画像エレメントのシャープネスを測定し、かつ、該画像センサエレメントによって感知された最もシャープな検出画像エレメントを有する画像センサエレメント行を特定する、測定モジュールと、を備えている。これにより、電荷パケットが、画像がＣＣＤアレイの表面に亘って走査されるのと同一の速度でシフトレジスタをシフトダウンすることができ、ＴＤＩ撮像ＣＣＤアレイが画像をスメアすることなく適切に機能することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による画像装置の簡素化された模式図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態による、図１の撮像装置内の画像シャープネス最適化モジュールの簡素化された模式図である。
【符号の説明】
１０　撮像装置
１２　２次元アレイ
１４　画像センサエレメント
１５　ターゲット
１６　半導体基板
１８　焦点面
２２　出力ＣＣＤシフトレジスタ
２６　出力線
２８　増幅器
３０　同期モジュール
３２Ａ　画像センサエレメントの行
３２Ｂ　画像センサエレメントの行
３２Ｃ　画像センサエレメントの行
３４Ａ　線形ＴＤＩ撮像アレイ
３４Ｂ　線形ＴＤＩ撮像アレイ
３４Ｃ　線形ＴＤＩ撮像アレイ
３６Ａ　第１の増幅器
３６Ｂ　第２の増幅器
３６Ｃ　第３の増幅器
３８Ａ　第１の測定モジュール
３８Ｂ　第２の測定モジュール
３８Ｃ　第３の測定モジュール
４２　比較器
４４　クロックタイミング生成器
４６　クロック駆動器
５４　ターゲットタイミング生成器
５５　ターゲット駆動器
【図１】
2004007625.tif 000003
【図２】
2004007625.tif 000004