(57)【要約】【課題】１フレームの撮影期間に、撮影タイミングが僅かにずれた３つ以上の画像を得る。【解決手段】第１及び第２フィールド別に、第１乃至第３回目の撮影を行ない、撮影の度に、各画素単位の信号電荷を各垂直転送路２７のそれぞれの電荷蓄積部２８に収集蓄積する。第１フィールドの第１回目の撮影による各画素単位の信号電荷、第２回目の撮影による各画素単位の信号電荷、及び第３回目の撮影による各画素単位の信号電荷は、第２フィールドが開始されると、各垂直転送路２７から各垂直蓄積バッファ２２に転送出力され、更に水平転送路２３を介して演算処理装置１２へと転送出力される。同様に、第２フィールドの第１回目の撮影による各画素単位の信号電荷、第２回目の撮影による各画素単位の信号電荷、及び第３回目の撮影による各画素単位の信号電荷は、次の第１フィールドが開始されると、転送出力される。【選択図】図１
2004289539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の垂直転送路毎に、複数の受光素子を垂直転送路に沿って配列し、各受光素子の信号電荷を該各受光素子から垂直転送路のそれぞれの電荷蓄積部へと転送出力し、各受光素子の信号電荷を垂直転送路の各電荷蓄積部間で転送するＣＣＤ型固体撮像装置の多相蓄積制御方法であって、
垂直転送路に沿う各受光素子を複数の画素単位に区分し、
撮影の後で、画素単位別に、信号電荷を垂直転送路の各電荷蓄積部間で双方向のいずれかに転送させつつ、画素単位の各受光素子の信号電荷を垂直転送路のそれぞれの電荷蓄積部に順次転送出力して、該各受光素子の信号電荷を１つの電荷蓄積部に収集蓄積し、
撮影の度に、画素単位別に、画素単位の各受光素子の信号電荷を収集蓄積する電荷蓄積部を変更し、画素単位の各受光素子の信号電荷を収集蓄積したそれぞれの電荷蓄積部間に少なくとも１つの空の電荷蓄積部を介在させることを特徴とするＣＣＤ型固体撮像装置の多相蓄積制御方法。
【請求項２】
画素単位の各受光素子の個数を４個とし、該各受光素子に対応する各電荷蓄積部の個数を８個としたことを特徴とする請求項１に記載のＣＣＤ型固体撮像装置の多相蓄積制御方法。
【請求項３】
撮影を３回行って、画素単位別に、画素単位の４個の受光素子の信号電荷を収集蓄積する電荷蓄積部を３回変更し、信号電荷を収集蓄積した３個の電荷蓄積部間に１つもしくは２つの空の電荷蓄積部を介在させることを特徴とする請求項２に記載のＣＣＤ型固体撮像装置の多相蓄積制御方法。
【請求項４】
請求項１に記載のＣＣＤ型固体撮像装置の多相蓄積制御方法を用いた実時間画像演算処理装置であって、
収集蓄積された全ての信号電荷は、各垂直転送路を通じて水平転送路へと転送出力され、更に水平転送路を通じて転送出力され、複数回の撮影別に、それぞれのラインバッファに振り分けられて処理されることを特徴とする請求項１に記載のＣＣＤ型固体撮像装置の多相蓄積制御方法を用いた実時間画像演算処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像を撮影して出力するＣＣＤ型固体撮像装置の多相蓄積制御方法及びそれを用いた実時間画像演算処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、高分解能電子顕微鏡用演算機能内蔵型ＣＣＤカメラと称されるものが開示されている。このＣＣＤカメラでは、垂直転送路毎に、複数の受光素子を垂直転送路に沿って配列し、複数組みの第１及び第２電荷蓄積部を各受光素子と垂直転送路間に配列して、第１及び第２電荷蓄積部をそれぞれの各受光素子に割り当てている。そして、１フレームの撮影期間に、正画像及び負画像を撮影し、正画像の撮影直後に、各受光素子の信号電荷をそれぞれの第１電荷蓄積部に転送して蓄積し、負画像の撮影直後に、各受光素子の信号電荷をそれぞれの第２電荷蓄積部に転送して蓄積している。更に、垂直転送路毎に、正画像を示す各第１電荷蓄積部の信号電荷及び負画像を示す各第２電荷蓄積部の信号電荷を垂直転送路から水平転送路へと転送出力し、正画像を示す各信号電荷及び負画像を示す各信号電荷を水平転送路からそれぞれのラインバッファに振り分けている。これにより、１フレームの撮影期間に、撮影タイミングが僅かにずれた正画像及び負画像という２つの画像を得ることができる。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２８８４０７７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のＣＣＤカメラでは、１フレームの撮影期間に、撮影タイミングが僅かにずれた２つの画像を得ることができても、３つ以上の画像を得ることができなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、１フレームの撮影期間に、撮影タイミングが僅かにずれた３つ以上の画像を得ることが可能なＣＣＤ型固体撮像装置の多相蓄積制御方法及びそれを用いた実時間画像演算処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、複数の垂直転送路毎に、複数の受光素子を垂直転送路に沿って配列し、各受光素子の信号電荷を該各受光素子から垂直転送路のそれぞれの電荷蓄積部へと転送出力し、各受光素子の信号電荷を垂直転送路の各電荷蓄積部間で転送するＣＣＤ型固体撮像装置の多相蓄積制御方法であって、垂直転送路に沿う各受光素子を複数の画素単位に区分し、撮影の後で、画素単位別に、信号電荷を垂直転送路の各電荷蓄積部間で双方向のいずれかに転送させつつ、画素単位の各受光素子の信号電荷を垂直転送路のそれぞれの電荷蓄積部に順次転送出力して、該各受光素子の信号電荷を１つの電荷蓄積部に収集蓄積し、撮影の度に、画素単位別に、画素単位の各受光素子の信号電荷を収集蓄積する電荷蓄積部を変更し、画素単位の各受光素子の信号電荷を収集蓄積したそれぞれの電荷蓄積部間に少なくとも１つの空の電荷蓄積部を介在させている。
【０００７】
この様な構成の本発明によれば、垂直転送路に沿う各受光素子を複数の画素単位に区分している。これにより、それぞれの画素単位に複数の受光素子が割り当てられる。そして、撮影の後で、画素単位別に、垂直転送路の各電荷蓄積部間で信号電荷を転送させつつ、つまり信号電荷を移動させつつ、画素単位の各受光素子の信号電荷を垂直転送路のそれぞれの電荷蓄積部に順次転送出力して、各受光素子の信号電荷を１つの電荷蓄積部に収集蓄積している。更に、撮影の度に、画素単位別に、画素単位の信号電荷を収集蓄積する電荷蓄積部を変更している。これにより、撮影タイミングが僅かにずれた３つ以上の画像を得ることができる。また、撮影の度に、画素単位の信号電荷を収集蓄積したそれぞれの電荷蓄積部間に少なくとも１つの空の電荷蓄積部を介在させている。このため、撮影タイミングが僅かにずれた各画像の信号電荷を垂直転送路を通じて転送出力するに際し、各画像の信号電荷が相互に干渉して混じり合わずに済む。
【０００８】
また、本発明においては、画素単位の各受光素子の個数を４個とし、該各受光素子に対応する各電荷蓄積部の個数を８個としている。
【０００９】
この様な各受光素子の個数及び各電荷蓄積部の個数の配分により、画素単位の各受光素子の信号電荷を収集蓄積したそれぞれの電荷蓄積部間に少なくとも１つの空の電荷蓄積部を介在させことができる。
【００１０】
更に、本発明においては、撮影を３回行って、画素単位別に、画素単位の４個の受光素子の信号電荷を収集蓄積する電荷蓄積部を３回変更し、信号電荷を収集蓄積した３個の電荷蓄積部間に１つもしくは２つの空の電荷蓄積部を介在させている。
【００１１】
この場合は、撮影タイミングが僅かにずれた３つの画像を得ることができる。
【００１２】
次に、本発明は、上記ＣＣＤ型固体撮像装置の多相蓄積制御方法を用いた実時間画像演算処理装置であって、収集蓄積された全ての信号電荷は、各垂直転送路を通じて水平転送路へと転送出力され、更に水平転送路を通じて転送出力され、複数回の撮影別に、それぞれのラインバッファに振り分けられて処理されている。
【００１３】
この様に収集蓄積された全ての信号電荷を複数回の撮影別にそれぞれのラインバッファに振り分ければ、複数回の撮影により得られたそれぞれの画像別に、画像を構成する各画素単位の信号電荷をラインバッファに蓄積することができる。従って、各ラインバッファからそれぞれの画像を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態であるＣＣＤカメラ及び演算処理装置を示すブロック図である。本実施形態では、ＣＣＤカメラ１１及び演算処理装置１２を備えている。
【００１６】
ＣＣＤカメラ１１は、一般的なＦＩＴ（Ｆｒａｍｅ  Ｉｎｔｅｒｌｉｎｅ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ−ＣＣＤ）であり、感光部２１、各垂直蓄積バッファ２２、及び水平転送路２３を備えている。
【００１７】
感光部２１は、各受光素子２５を水平方向及び垂直方向に配列し、垂直方向のライン毎に、各受光素子２５をそれぞれの電荷転送ゲート２６を介して垂直転送路２７に接続したものである。垂直転送路２７は、各電荷蓄積部２８を配列したものである。各受光素子２５は、光を受光して信号電荷に光電変換する。各受光素子２５の信号電荷は、それぞれの電荷転送ゲート２６を介して垂直転送路２７の各電荷蓄積部２８に転送出力され、各電荷蓄積部２８に蓄積される。垂直転送路２７の各電荷蓄積部２８は、それぞれの駆動電極２９を有している。各電荷蓄積部２８の駆動電極２９にそれぞれの駆動制御信号を印加することにより、各電荷蓄積部２８の信号電荷を上下方向に順次転送することができ、また各電荷蓄積部２８の信号電荷を下方向に繰り返し転送して垂直蓄積バッファ２２に出力することができる。
【００１８】
各垂直蓄積バッファ２２は、各垂直転送路２７と同様に、各電荷蓄積部２２ａを配列したものであり、各垂直転送路２７からの多数の信号電荷を入力して一時的に蓄積し、これらの信号電荷を水平転送路２３へと転送出力する。
【００１９】
一方、演算処理装置１２は、同期スイッチ３１、第１ラインバッファ３２、第２ラインバッファ３３、第３ラインバッファ３４、及び画像処理部３５を備えている。
【００２０】
同期スイッチ３１は、水平転送路２３を第１乃至第３ラインバッファ３２〜３４に順次切り換え接続しており、各垂直転送路２７からの多数の信号電荷を水平転送路２７を介して入力し、これらの信号電荷を第１乃至第３ラインバッファ３２〜３４に振り分けて出力する。後で述べる様に第１乃至第３ラインバッファ３２〜３４別に、ラインバッファ内の各信号電荷が１つの画像を示す。画像処理部３５は、第１乃至第３ラインバッファ３２〜３４の画像を入力し、各画像に対して画像処理を施す。
【００２１】
ここで、一般的なビデオカメラと同様に、図２に示す１フレームの期間を１／３０秒とし、１フレームに含まれる第１及び第２フィールドの期間をそれぞれ１／６０秒とする。
【００２２】
ＣＣＤカメラ１１では、１フレームの第１フィールドの期間で３回の撮影を行ない、第２フィールドの期間でも３回の撮影を行なう。そして、第１フィールドの第１回目の撮影の直後Ｔ１に、各受光素子２５の信号電荷をそれぞれの電荷転送ゲート２６を介して垂直転送路２７の各電荷蓄積部２８に転送出力し、第２回目の撮影の直後Ｔ２に、各受光素子２５の信号電荷を垂直転送路２７の各電荷蓄積部２８に転送出力し、第３回目の撮影の直後Ｔ３に、各受光素子２５の信号電荷を垂直転送路２７の各電荷蓄積部２８に転送出力している。更に、第１フィールドの第１回目の撮影による各信号電荷、第２回目の撮影による各信号電荷、及び第３回目の撮影による各信号電荷は、第２フィールドの開始直後Ｔ４に、各垂直転送路２７から各垂直蓄積バッファ２２に転送出力され、引き続いて各垂直蓄積バッファ２２から水平転送路２３へと交互に転送出力され、更に水平転送路２３から演算処理装置１２へと転送出力される。このとき、第１フィールドと同様に、第２フィールドの撮影が行われる。そして、次の第１フィールドが開始されると、第２フィールドの第１回目の撮影による各信号電荷、第２回目の撮影による各信号電荷、及び第３回目の撮影による各信号電荷が各垂直転送路２７→各垂直蓄積バッファ２２→水平転送路２３→演算処理装置１２へと転送出力される。以降同様に、第１及び第２フィールドが繰り返される。
【００２３】
演算処理装置１２では、第１及び第２フィールド別に、第１回目の撮影による各信号電荷、第２回目の撮影による各信号電荷、第３回目の撮影による各信号電荷を水平転送路２３から同期スイッチ３１へと交互に入力し、同期スイッチ３１の切り換えにより、第１回目の撮影による各信号電荷を第１ラインバッファ３２に蓄積し、第２回目の撮影による各信号電荷を第２ラインバッファ３３に蓄積し、第３回目の撮影による各信号電荷を第３ラインバッファ３４に蓄積する。
【００２４】
第１及び第２フィールドの第１回目の撮影による各信号電荷は、第１画像を示す。同様に、第１及び第２フィールドの第２回目の撮影による各信号電荷は、第２画像を示し、また第１及び第２フィールドの第３回目の撮影による各信号電荷は、第３画像を示す。
【００２５】
画像処理部３４は、第１及び第２フィールド別に、第１回目の撮影による各信号電荷、第２回目の撮影による各信号電荷、第３回目の撮影による各信号電荷を第１乃至第３ラインバッファ３２〜３４から入力し、第１乃至第３画像に対して画像処理を施す。
【００２６】
ここで、第１及び第２フィールドのいずれにおいても、第１乃至第３回目の撮影を行ない、その度に、各受光素子２５の信号電荷を垂直転送路２７の各電荷蓄積部２８に転送出力している。このとき、第１回目の撮影による各信号電荷、第２回目の撮影による各信号電荷、及び第３回目の撮影による各信号電荷が垂直転送路２７で干渉して混じり合ったならば、第１乃至第３画像が干渉して混じり合うことになり、第１乃至第３画像を別々に得ることができなくなる。
【００２７】
そこで、ＣＣＤカメラ１１では、垂直転送路２７毎に、垂直転送路２７に沿う各受光素子２５を複数の画素単位に区分し、画素単位別に、各受光素子２５の信号電荷を垂直転送路２７の１つの電荷蓄積部２８に収集蓄積している。そして、第１乃至第３回目の撮影の度に、画素単位別に、画素単位の信号電荷を収集蓄積する電荷蓄積部２８を変更し、かつ画素単位の信号電荷を収集蓄積したそれぞれの電荷蓄積部２８間に少なくとも１つの空の電荷蓄積部２８を介在させている。これにより、第１乃至第３画像の信号電荷が垂直転送路２７で干渉して混じり合わずに済む。
【００２８】
次に、図３、図４及び図５を参照しつつ、各受光素子２５の信号電荷を垂直転送路２７の１つの電荷蓄積部２８に収集蓄積するための制御手順を述べる。
【００２９】
まず、図３に示す様に１つの画素単位の各受光素子２５の個数を４個とし、４個の各受光素子２５に対応する各電荷蓄積部２８の個数を８個とする。そして、１つの画素単位の各受光素子を２５−１〜２５−４とし、８個の各電荷蓄積部を２８−１〜２８−８とし、８個の各駆動電極を２９−１〜２９−８とする。これは、一般的なＦＩＴでは、各電荷蓄積部２８を８個単位で制御しているためであり、８個の各駆動電極２９−１〜２９−８の駆動制御信号のタイミングを適宜に設定するだけで、各画素単位の信号電荷を１つの電荷蓄積部２８に収集蓄積することを可能にするためである。
【００３０】
また、図４及び図５において、各電荷蓄積部２８−１〜２８−８のうちの第１回目の撮影による信号電荷をＳ１とし、第２回目の撮影による信号電荷をＳ２とし、第３回目の撮影による信号電荷をＳ３とする。
【００３１】
更に、第１回目の撮影直後では、信号電荷Ｓ１のみが存在し、信号電荷Ｓ２及び信号電荷Ｓ３が存在しないが、説明の便宜上、信号電荷Ｓ２及び信号電荷Ｓ３も記入している。
【００３２】
さて、図４に示す様に時点ｔ１で第１回目の撮影を行なって、全ての受光素子２５で受光する。そして、時点ｔ２で受光素子２５−１の信号電荷Ｓ１を電荷転送ゲート２６を介して電荷蓄積部２８−１に転送出力する。
【００３３】
このとき、信号電荷Ｓ１を蓄積している電荷蓄積部２８−１と信号電荷Ｓ２を蓄積している電荷蓄積部２８−４間に２つの空の電荷蓄積部２８−２、２８−３が介在し、信号電荷Ｓ２を蓄積している電荷蓄積部２８−４と信号電荷Ｓ３を蓄積している電荷蓄積部２８−７間に２つの空の電荷蓄積部２８−５、２８−６が介在し、信号電荷Ｓ３を蓄積している電荷蓄積部２８−７と次の画素単位の信号電荷Ｓ１を蓄積している電荷蓄積部２８−１間に１つの空の電荷蓄積部２８−８が介在している。
【００３４】
この後、各駆動電極２９−１〜２９−８にそれぞれの駆動制御信号を加えることにより、時点ｔ４で信号電荷Ｓ１を電荷蓄積部２８−２に転送し、かつ信号電荷Ｓ２を電荷蓄積部２８−５に転送し、時点ｔ６で信号電荷Ｓ１を電荷蓄積部２８−３に転送し、かつ信号電荷Ｓ３を電荷蓄積部２８−８に転送する。
【００３５】
そして、時点ｔ８で受光素子２５−２の信号電荷Ｓ１を電荷転送ゲート２６を介して電荷蓄積部２８−３に転送出力する。
【００３６】
このとき、信号電荷Ｓ１を蓄積している電荷蓄積部２８と信号電荷Ｓ２を蓄積している他の電荷蓄積部２８間に空の電荷蓄積部２８−３もしくは２８−４が介在し、信号電荷Ｓ２を蓄積している電荷蓄積部２８と信号電荷Ｓ３を蓄積している他の電荷蓄積部２８間に空の電荷蓄積部２８−６もしくは２８−７が介在し、信号電荷Ｓ３を蓄積している電荷蓄積部２８と次の画素単位の信号電荷Ｓ１を蓄積している電荷蓄積部２８間に空の電荷蓄積部２８−８、２８−１、もしくは２８−２が介在している。
【００３７】
更に、各駆動電極２９−１〜２９−８にそれぞれの駆動制御信号を加えることにより、時点ｔ１０で信号電荷Ｓ２を電荷蓄積部２８−６に転送し、かつ信号電荷Ｓ３を次の画素単位の電荷蓄積部２８−１に転送し、時点ｔ１２で信号電荷Ｓ１を電荷蓄積部２８−４に転送し、かつ信号電荷Ｓ２を電荷蓄積部２８−７に転送し、時点ｔ１４で信号電荷Ｓ１を電荷蓄積部２８−５に転送し、かつ信号電荷Ｓ３を次の画素単位の電荷蓄積部２８−２に転送する。
【００３８】
そして、時点ｔ１６で受光素子２５−３の信号電荷Ｓ１を電荷転送ゲート２６を介して電荷蓄積部２８−５に転送出力する。
【００３９】
このとき、信号電荷Ｓ１を蓄積している電荷蓄積部２８と信号電荷Ｓ２を蓄積している他の電荷蓄積部２８間に空の電荷蓄積部２８−４、２８−５、もしくは２８−６が介在し、信号電荷Ｓ２を蓄積している電荷蓄積部２８と信号電荷Ｓ３を蓄積している他の電荷蓄積部２８間に空の電荷蓄積部２８−７、２８−８、もしくは２８−１が介在し、信号電荷Ｓ３を蓄積している電荷蓄積部２８と次の画素単位の信号電荷Ｓ１を蓄積している電荷蓄積部２８間に空の電荷蓄積部２８−２、２８−３、もしくは２８−４が介在している。
【００４０】
引き続いて、各駆動電極２９−１〜２９−８にそれぞれの駆動制御信号を加えることにより、図５に示す様に時点ｔ１８で信号電荷Ｓ２を電荷蓄積部２８−８に転送し、かつ信号電荷Ｓ３を次の画素単位の電荷蓄積部２８−３に転送し、時点ｔ２０で信号電荷Ｓ１を電荷蓄積部２８−６に転送し、かつ信号電荷Ｓ２を次の画素単位の電荷蓄積部２８−１に転送し、時点ｔ２２で信号電荷Ｓ１を電荷蓄積部２８−７に転送し、かつ信号電荷Ｓ３を次の画素単位の電荷蓄積部２８−４に転送する。
【００４１】
そして、時点ｔ２４で受光素子２５−４の信号電荷Ｓ１を電荷転送ゲート２６を介して電荷蓄積部２８−７に転送出力する。
【００４２】
このとき、信号電荷Ｓ１を蓄積している電荷蓄積部２８と信号電荷Ｓ２を蓄積している他の電荷蓄積部２８間に空の電荷蓄積部２８−６、２８−７、もしくは２８−８が介在し、信号電荷Ｓ２を蓄積している電荷蓄積部２８と信号電荷Ｓ３を蓄積している他の電荷蓄積部２８間に空の電荷蓄積部２８−１、２８−２、もしくは２８−３が介在し、信号電荷Ｓ３を蓄積している電荷蓄積部２８と次の画素単位の信号電荷Ｓ１を蓄積している電荷蓄積部２８間に空の電荷蓄積部２８−４、２８−５、もしくは２８−６が介在している。
【００４３】
この様に各信号電荷Ｓ１〜Ｓ３を各電荷蓄積部２８間で下方向に順次転送しつつ、第１回目の撮影による各受光素子２５−１〜２５−４の信号電荷Ｓ１をそれぞれの電荷蓄積部２８に転送出力して、第１回目の撮影による各受光素子を２５−１〜２５−４の信号電荷Ｓ１を１つの電荷蓄積部２８に収集蓄積している。また、各信号電荷Ｓ１〜Ｓ３を蓄積している各電荷蓄積部２８間に、少なくとも１つの空の電荷蓄積部２８を介在させているので、各信号電荷Ｓ１〜Ｓ３が相互に干渉して混じり合わずに済む。
【００４４】
この後、各駆動電極２９−１〜２９−８にそれぞれの駆動制御信号を加えることにより、時点ｔ２５〜ｔ３１で、各信号電荷Ｓ１〜Ｓ３を上方向に順次転送して、第２回目の撮影による信号電荷Ｓ２を電荷蓄積部２８−７まで転送する。
【００４５】
そして、第２回目の撮影を行なって、全ての受光素子２５で受光し、受光素子２５−４の信号電荷Ｓ２を電荷転送ゲート２６を介して電荷蓄積部２８−７に転送出力する。
【００４６】
このとき、各電荷蓄積部２８−１〜２８−８での各信号電荷Ｓ１〜Ｓ３の蓄積状態が図４の時点ｔ１５と同様である。
【００４７】
更に、各駆動電極２９−１〜２９−８にそれぞれの駆動制御信号を加えることにより、図４の時点ｔ１４、ｔ１３、…、ｔ９という逆の手順で、各信号電荷Ｓ１〜Ｓ３を上方向に順次転送して、第２回目の撮影による信号電荷Ｓ２を電荷蓄積部２８−５まで転送する。
【００４８】
そして、受光素子２５−３の信号電荷Ｓ２を電荷転送ゲート２６を介して電荷蓄積部２８−５に転送出力する。
【００４９】
以降同様に、各駆動電極２９−１〜２９−８にそれぞれの駆動制御信号を加えることにより、各信号電荷Ｓ１〜Ｓ３を上方向に順次転送して、第２回目の撮影による信号電荷Ｓ２を電荷蓄積部２８−３まで転送し、受光素子２５−２の信号電荷Ｓ２を電荷転送ゲート２６を介して電荷蓄積部２８−３に転送出力する。そして、各信号電荷Ｓ１〜Ｓ３を更に上方向に順次転送して、第２回目の撮影による信号電荷Ｓ２を電荷蓄積部２８−１まで転送し、受光素子２５−１の信号電荷Ｓ２を電荷転送ゲート２６を介して電荷蓄積部２８−１に転送出力する。これにより、第２回目の撮影による各受光素子２５−１〜２５−４の信号電荷Ｓ２が１つの電荷蓄積部２８に収集蓄積される。
【００５０】
次に、各駆動電極２９−１〜２９−８にそれぞれの駆動制御信号を加えることにより、各信号電荷Ｓ１〜Ｓ３を上方向に順次転送して、第３回目の撮影による信号電荷Ｓ３を電荷蓄積部２８−１まで転送する。
【００５１】
そして、第３回目の撮影を行なって、全ての受光素子２５で受光し、受光素子２５−１の信号電荷Ｓ３を電荷転送ゲート２６を介して電荷蓄積部２８−１に転送出力する。
【００５２】
この後、各駆動電極２９−１〜２９−８にそれぞれの駆動制御信号を加えることにより、各信号電荷Ｓ１〜Ｓ３を下方向に順次転送して、第３回目の撮影による信号電荷Ｓ３を電荷蓄積部２８−３まで転送し、受光素子２５−２の信号電荷Ｓ３を電荷転送ゲート２６を介して電荷蓄積部２８−３に転送出力する。そして、各信号電荷Ｓ１〜Ｓ３を下方向に順次転送して、第３回目の撮影による信号電荷Ｓ３を電荷蓄積部２８−５まで転送し、受光素子２５−３の信号電荷Ｓ３を電荷転送ゲート２６を介して電荷蓄積部２８−５に転送出力する。更に、各信号電荷Ｓ１〜Ｓ３を下方向に順次転送して、第３回目の撮影による信号電荷Ｓ３を電荷蓄積部２８−７まで転送し、受光素子２５−４の信号電荷Ｓ３を電荷転送ゲート２６を介して電荷蓄積部２８−７に転送出力する。これにより、第３回目の撮影による各受光素子２５−１〜２５−４の信号電荷Ｓ３が１つの電荷蓄積部２８に収集蓄積される。
【００５３】
勿論、各信号電荷Ｓ２及びＳ３の収集蓄積に際しても、各信号電荷Ｓ１〜Ｓ３を蓄積している各電荷蓄積部２８間に、少なくとも１つの空の電荷蓄積部２８を介在させて、各信号電荷Ｓ１〜Ｓ３が相互に干渉して混じり合わない様にする。
【００５４】
こうして第１及び第２フィールドのいずれにおいても、第１乃至第３回目の撮影を行ない、撮影の度に、各画素単位の信号電荷を各垂直転送路２７のそれぞれの電荷蓄積部２８に収集蓄積する。
【００５５】
そして、第１フィールドの第１回目の撮影による各画素単位の信号電荷、第２回目の撮影による各画素単位の信号電荷、及び第３回目の撮影による各画素単位の信号電荷は、第２フィールドが開始されると、各垂直転送路２７から各垂直蓄積バッファ２２に転送出力され、更に水平転送路２３を介して演算処理装置１２へと転送出力される。また、第２フィールドの第１回目の撮影による各画素単位の信号電荷、第２回目の撮影による各画素単位の信号電荷、及び第３回目の撮影による各画素単位の信号電荷は、次の第１フィールドが開始されると、各垂直転送路２７から各垂直蓄積バッファ２２に転送出力され、更に水平転送路２３を介して演算処理装置１２へと転送出力される。
【００５６】
演算処理装置１２では、第１及び第２フィールドの第１回目の撮影による第１画像の各画素単位の信号電荷を第１ラインバッファ３２を通じて取得し、第１及び第２フィールドの第２回目の撮影による第２画像の各画素単位の信号電荷を第２ラインバッファ３３を通じて取得し、第１及び第２フィールドの第３回目の撮影による第３画像の各画素単位の信号電荷を第３ラインバッファ３４を通じて取得し、第１乃至第３画像を画像処理部３４で処理する。
【００５７】
ところで、本発明の様に１フレームで３つの撮影タイミングのそれぞれの画像を読み出すことが可能になると、画像計測への応用範囲が広がる。この画像計測への応用を演算処理装置１２による処理として例示する。
【００５８】
例えば、Ｓｅｉｔｚ（補足説明して下さい）等の試みと同様に、光強度の二次元振動分布における振幅、位相、バックグラウンド強度の測定が実時間で行なえる。
【００５９】
Ｓｅｉｔｚ等は、光強度の振動を次式（１）に示される一般の正弦波と考え、この式における振幅Ａ、位相φ、バックグラウンドＢを決定するには少なくとも３点以上の時間ｔに関するサンプリングが必要であることから、４種類の電荷転送ゲートを有するＣＣＤを設計した。
【００６０】
【数１】
2004289539.tif 000003
【００６１】
本発明のＣＣＤ型固体撮像装置では、時間軸上の３区間のサンプリングを行なえるので、角振動数ωの光学的強度の振動における振幅Ａ、位相φ、バックグラウンドＢをそれぞれ計算することができる。
【００６２】
また、電子エネルギー損失分光イメージング（ＥＥＬＳイメージング）におけるバックグラウンド計算への応用が考えられる。
【００６３】
電子エネルギー損失分光イメージングにおけるバックグラウンド強度の計算法である３−ｗｉｎｄｏｗ法を実時間で実現可能である。図６は、バックグラウンド強度関数を示すグラフである。このグラフを参照しつつ、３−ｗｉｎｄｏｗ法によるバックグラウンド強度の計算を説明する。
【００６４】
３−ｗｉｎｄｏｗ法では、バックグラウンド強度を損失エネルギーＥの関数として次式（２）で近似する。
【００６５】
【数２】
2004289539.tif 000004
【００６６】
そして、２枚のｐｒｅ−ｅｄｇｅ像の強度を次式（３）で近似する。
【００６７】
【数３】
2004289539.tif 000005
【００６８】
更に、上記式（３）から次式（４）を導出する。
【００６９】
【数４】
2004289539.tif 000006
【００７０】
ここで、Ｅ３を次式（５）の様に設定する。
【００７１】
【数５】
2004289539.tif 000007
【００７２】
上記式（４）及び（５）から、次式（６）を導出する。
【００７３】
【数６】
2004289539.tif 000008
【００７４】
よって、図６のグラフに示すｒとＡｈは、次式（７）の様になり、２枚のｐｒｅ−ｅｄｇｅ像の強度と選択エネルギー範囲から求めることができる。
【００７５】
【数７】
2004289539.tif 000009
【００７６】
また、ｐｏｓｔ−ｅｄｇｅ像のバックグラウンド強度Ｉｂは、次式（８）で表わされる。
【００７７】
【数８】
2004289539.tif 000010
【００７８】
従って、上記式（７）と選択エネルギー範囲から、ｐｏｓｔ−ｅｄｇｅ像のバックグラウンド強度Ｉｂを求めることもできる。
【００７９】
本発明のＣＣＤ型固体撮像装置では、１フレームで、２枚のｐｒｅ−ｅｄｇｅ像と１枚のｐｏｓｔ−ｅｄｇｅ像を撮影することができる。これは、１フレーム内でバックグラウンド強度の計算が完了していることを意味し、フレーム毎に、バックグラウンド強度を減算した像を出力できることになる。
【００８０】
一般に、コアロス等のエネルギーロス像の強度が非常に弱いので、１フレームの実時間処理像では元素マッピングが困難である。しかしながら、３枚の像を長時間露光で撮影してから、３枚の像を用いてバックグラウンド強度の減算を行なうという手法と比較するならば、本発明のＣＣＤ型固体撮像装置を用いた方が、露光時間内のバックグラウンド成分の揺らぎの影響が少なくなる。長時間露光の手法では、露光時間の上限を試料ドリフトとの関係で設定することになる。これに対して本発明のＣＣＤ型固体撮像装置を用いた場合は、フレーム毎に、バックグラウンド強度を減算した像を保存して、後でドリフト補正を行ないながら積算することができる。
【００８１】
尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、多様に変形することができる。例えば、１つの画素単位の各受光素子の個数や、１つの画素単位の各受光素子に対応する各電荷蓄積部の個数を変更しても良い。また、画素単位の信号電荷を収集蓄積したそれぞれの電荷蓄積部間に少なくとも１つの空の電荷蓄積部が介在し、各画像の信号電荷が垂直転送路で干渉して混じり合わなければ、各電荷蓄積部間での信号電荷の転送手順を変更しても構わない。更に、１フィールドでの撮影回数を増加させても構わない。また、本発明は、ＦＩＴだけではなく、ＩＴ（Ｉｎｔｅｒｌｉｎｅ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ−ＣＣＤ）等の他の種類のＣＣＤ型固体撮像装置にも適用し得る。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明した様に本発明によれば、撮影の後で、画素単位別に、垂直転送路の各電荷蓄積部間で信号電荷を転送させつつ、つまり信号電荷を移動させつつ、画素単位の各受光素子の信号電荷を垂直転送路のそれぞれの電荷蓄積部に順次転送出力して、各受光素子の信号電荷を１つの電荷蓄積部に収集蓄積している。そして、撮影の度に、画素単位別に、画素単位の信号電荷を収集蓄積する電荷蓄積部を変更している。これにより、撮影タイミングが僅かにずれた３つ以上の画像を得ることができる。また、撮影の度に、画素単位の信号電荷を収集蓄積したそれぞれの電荷蓄積部間に少なくとも１つの空の電荷蓄積部を介在させている。このため、撮影タイミングが僅かにずれた各画像の信号電荷を垂直転送路を通じて転送出力するに際し、各画像の信号電荷が相互に干渉して混じり合わずに済む。
【００８３】
また、収集蓄積された全ての信号電荷を複数回の撮影別にそれぞれのラインバッファに振り分けているので、複数回の撮影により得られたそれぞれの画像別に、画像を構成する各画素単位の信号電荷をラインバッファに蓄積することができる。従って、各ラインバッファからそれぞれの画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるＣＣＤカメラ及び演算処理装置を示すブロック図である。
【図２】図１のＣＣＤカメラによる撮影タイミングを示すタイミングチャートである。
【図３】図１のＣＣＤカメラにおける１つの画素単位の各受光素子の個数、及び該各受光素子に対応する各電荷蓄積部の個数を示す図である。
【図４】図１のＣＣＤカメラにおける各受光素子及び垂直転送路での信号電荷の転送手順を示す遷移図である。
【図５】図４に引き続く信号電荷の転送手順を示す遷移図である。
【図６】損失エネルギーＥに対するバックグラウンド強度の特性を例示するグラフである。
【符号の説明】
１１    ＣＣＤカメラ
１２    演算処理装置
２１    感光部
２２    垂直蓄積バッファ
２３    水平転送路
２５    受光素子
２６    電荷転送ゲート
２７    垂直転送路
２８    電荷蓄積部
２９    駆動電極
３１    同期スイッチ
３２    第１ラインバッファ
３３    第２ラインバッファ
３４    第３ラインバッファ
３５    画像処理部
【図１】
2004289539.tif 000011
【図２】
2004289539.tif 000012
【図３】
2004289539.tif 000013
【図４】
2004289539.tif 000014
【図５】
2004289539.tif 000015
【図６】
2004289539.tif 000016