(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
夫々１つの光電変換素子とこの光電変換素子からの映像情報を一時的に記憶する１つの画素メモリとを有する画素を縦・横に複数個有する画素ブロックを縦・横に複数個有し、且つ上記画素ブロックの各画素の露光が異なる時刻になるよう制御する手段と、上記各画素ブロックの同じ番地に位置する画素の露光が同じ時刻になるよう制御する手段とを有する固体撮像素子より成ることを特徴とする高速度ビデオカメラ。
【請求項２】
上記固体撮像素子から読み出された１枚の映像を上記各画素ブロックの同じ番地に位置する画素ごとに分離し固体撮像素子の元の座標位置に配置した上で、空いた座標位置の映像信号を補間して出力することを特徴とする請求項１記載の高速度ビデオカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高速度ビデオカメラ、特に、固体撮像素子を使用した高速度ビデオカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
工業用などに使われているＣＭＯＳ型あるいはＣＣＤ型固体撮像素子を用いた高速度かめらにおいては、高速度撮影の手段として、画素を高速度で走査し順次読み出すカメラ（第１の方式）を採るものがある。また画面を複数個の画素を有する画素ブロックに分けて各ブロック内の画素を並列に出力することができ、各ブロックを順次読み出すことによって高い撮影高度を得る方式（第２の方式）もある。また各画素の中に複数個のメモリを実装し露光時間ごとに異なるメモリに映像信号を記憶させ、後からこのメモリの信号を読み出すことによって、さらに高い撮影速度を得る方式（第３の方式）もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した公知の読み出し方式において、第１と第２の方式の撮影速度は全ての画素を順次読み出すことに要する時間によってほぼ決定される。第３の公知の読み出し方式では、撮影速度は露光時間と各画素の光電変換素子から画素内のメモリへ転送する時間によって決定される。この方式では全ての画素を読み出す時間は撮影速度に関係がないので高い撮影速度が得られるが、固体撮像素子は画素内のメモリへ転送すると同時に（全画素数）×（各画素のメモリの個数）の膨大な数のメモリを一斉に駆動して映像情報を１つ隣のメモリに転送しなければならない。この転送駆動を短時間に行うことは困難なため撮影速度は制限されている。
【０００４】
本発明の目的は全ての画素を読み出す時間によって決まる制限をなくし、膨大な数のメモリを駆動する困難さによる制限をなくしてより高い撮影速度を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の高速度ビデオカメラは、夫々１つの光電変換素子とこの光電変換素子からの映像情報を一時的に記憶する１つの画素メモリとを有する画素を縦・横に複数個有する画素ブロックを縦・横に複数個有し、且つ上記画素ブロックの各画素の露光が異なる時刻になるよう制御する手段と、上記各画素ブロックの同じ番地に位置する画素の露光が同じ時刻になるよう制御する手段とを有する固体撮像素子より成ることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の高速度ビデオカメラは、上記固体撮像素子から読み出された１枚の映像を上記各画素ブロックの同じ番地に位置する画素ごとに分離し固体撮像素子の元の座標位置に配置した上で、空いた座標位置の映像信号を補間して出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の高速度ビデオカメラの撮影速度は画素ブロックの画素間の露光の時刻差によって決まり、全ての画素を読み出す時間には影響されない。この時刻差は露光開始から画素内のメモリへ映像信号を転送し終るまでの時間であり、ごく短い時間に設定することができるので非常に高い撮影速度が得られる。光電変換素子からメモリへ映像信号を同時に転送する数は撮像素子中の画素ブロック数に等しく、この数は少ないため転送駆動に困難さは発生しない。
【０００８】
次に、本発明の高速度ビデオカメラは固体撮像素子から読み出された１枚の映像を各画素ブロックの同じ番地の画素ごとに取り出し固体撮像素子の元の座標位置に配置して、異なる露光時間の映像に分離する。この分離した映像は情報のない画素が多く存在するので、適切な画素補間方式によってこれら映像の空いた座標位置の映像情報を創り出す。この結果、非常に高い速度で撮影された映像を解像度を損なわずに得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の高速度ビデオカメラ基本ブロック図である。
【図２】本発明の固体撮像素子の各画素に番地がふられた１例を示す説明図である。
【図３】図２を例とした１つの画素ブロックの構造を示す説明図である。
【図４】本発明の固体撮像素子を動作させる時のタイミング説明図である。
【図５】本発明の高速度ビデオカメラ内の補間処理回路の処理手順を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下図面によって本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は本発明の高速度ビデオカメラの基本ブロック図である。
【００１２】
本発明おいては、被写体からの入射光を固体撮像素子１で撮影し、固体撮像素子１をカメラ制御回路４によって制御して高速度での撮影とその映像情報の読み出しを行うようにするとともに、この映像情報を記録回路２によって記録せしめる。ここでは図２に示すように縦４画素×横４画素を有する画素ブロックを縦２５６個×横２５６個有する縦１０２４画素×横１０２４画素の固体撮像素子１を例にとり本発明の実施例を説明する。各画素ブロックの縦４画素×横４画素の合計１６画素に対して番地１から１６を割り当て、画素ブロック中の座標位置が同じであれば同じ番地とする。
【００１３】
図３は縦４画素×横４画素を有する１つの画素ブロックの構造を示す図であり、番地１の画素７から番地１６の画素１４までの各画素７〜１４には光電変換素子５と、光電変換素子５からの映像情報を一時的に記憶する画素メモリ６とを有せしめる。
【００１４】
本発明においては補間処理回路３をカメラ制御回路４により制御し、記録回路２から読み出された１枚の映像を各画素ブロックの同じ番地の画素ごとに分離し、固体撮像素子１の元の座標位置に配置した上で空いた座標位置の映像情報を補間して出力せしめる。
【００１５】
まず、画素メモリ６は被写体を固体撮像素子１により高速度で撮影する直前に、全画素のメモリクリア制御線２５によって前に記憶された映像信号を消去する。図４は本発明の固体撮像素子１を動作させる時のタイミング図であり、全ての画素のメモリクリア時間を３７で示す。この後、各画素ブロックにある番地１の画素の露光が同じ時刻になるよう、全ての画素ブロックの露光制御線１７に信号を与え、番地１の画素７の光電変換素子５から１枚目の映像信号を得る。同じく露光終了の直後に、全ての画素ブロックのメモリ転送制御線２１に信号を与えることにより映像信号を光電変換素子５から画素メモリ６へ転送し記憶せしめる。全ての番地１の画素の露光時間は３８であり、全ての番地１の画素のメモリ転送時間は３９である。これらの制御信号はカメラ制御回路４から固体撮像素子１に与えられる。同様に、２枚目の映像信号は図３に示す露光制御線１８とメモリ転送制御線２２によって番地２の画素８の光電変換素子５から画素メモリ６へ転送し記憶せしめる。図４において番地２の画素の露光時間は４０、番地２の画素メモリのメモリ転送時間は４１である。同様に、３枚目から１６枚目の映像信号は番地３の画素９から番地１６の画素１４までの画素メモリ６に記憶せしめる。制御は露光制御線１９と、２０と、２７〜３０およびメモリ転送制御線２３と、２４と、３１〜３４によって行なう。図４において番地３の画素の露光時間は４２、番地１５と番地１６の画素の露光時間は４４と４６、番地３，１５及び１６の画素のメモリ転送時間は４３、４５及び４７である。このようにして１６枚の高速度の撮影が終わった後、図４の時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの１フレームの時間をかけて、全ての画素の映像信号を図３に示す行４ｍの読み出し制御線２６ないし行４ｍ＋３の読み出し制御線３５によって順次読み出す。ここでｍは０から２５５の値をとる。
【００１６】
図４において、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１および時刻Ｔ１から時刻Ｔ２の時間は１フレームの時間であり、全ての画素を読み出すのに必要な時間を表す。また時刻ｔ１から時刻ｔ２の時間は露光時間の時刻差であり、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３から時刻ｔ１６、ｔ１７まで等間隔である。この時刻差の逆数が撮影速度である。仮に１フレームの時間が１ミリ秒で露光時間の時刻差が１マイクロ秒とすれば、１００万コマ毎秒の撮影速度で２５６画素×２５６画素分の１６枚の映像情報が、１ミリ秒毎に１０００回得られることになる。従来の固体撮像素子ないしカメラは全ての画素を読み出す時間によって撮影速度が決まっていたが、本発明のカメラの撮影速度は露光時間の時刻差によって決まる。
【００１７】
先に述べたように、固体撮像素子１から読み出した映像情報は記録回路２に記憶する。図５では読み出された１フレームの映像を４８で示す。補間処理回路３は記録回路２からこの映像４８を得て、各画素ブロックの同じ番地の画素ごとに分離し固体撮像素子１の元の座標位置に配置する。その映像が図５に示す番地１の画素を分離した映像４９、番地２の画素を分離した映像５０および番地１６の画素を分離した映像５１である。次に補間処理回路３は空いた座標位置の映像情報を創り出す。これは映像４９から補間処理で創りだされた映像５２、映像５０から補間処理で創り出された映像５３及び映像５１から補間処理で創り出された映像５４などである。先の数字を例にとると、１００万コマ毎秒の撮影速度で１０２４画素×１０２４画素相当の１６枚の映像が出力できることになる。
【００１８】
本発明の固体撮像素子においては従来の固体撮像素子の露光制御線とメモリ転送制御線を１本から複数本に増やすことにより飛躍的に高い撮影速度を得ているが、複数本の露光制御線とメモリ転送制御線をそれぞれ１本として扱えば、従来の固体撮像素子と同じ動作をさせることもでき、幅広い使い方が可能である。
【符号の説明】
【００１９】
１  固体撮像素子
２  記録回路
３  補間処理回路
４  カメラ制御回路
５  光電変換素子
６  画素メモリ
７  番地１の画素
８  番地２の画素
９  番地３の画素
１０  番地４の画素
１１  番地１３の画素
１２  番地１４の画素
１３  番地１５の画素
１４  番地１６の画素
１５  固体撮像素子の読み出し回路
１６  画素ブロック
１７  番地１の画素の露光制御線
１８  番地２の画素の露光制御線
１９  番地３の画素の露光制御線
２０  番地４の画素の露光制御線
２１  番地１の画素のメモリ転送制御線
２２  番地２の画素のメモリ転送制御線
２３  番地３の画素のメモリ転送制御線
２４  番地４の画素のメモリ転送制御線
２５  全画素のメモリクリア制御線
２６  行４ｍの読み出し制御線
２７  番地１３の画素の露光制御線
２８  番地１４の画素の露光制御線
２９  番地１５の画素の露光制御線
３０  番地１６の画素の露光制御線
３１  番地１３の画素のメモリ転送制御線
３２  番地１４の画素のメモリ転送制御線
３３  番地１５の画素のメモリ転送制御線
３４  番地１６の画素のメモリ転送制御線
３５  行４ｍ＋３の読み出し制御線
３６  フレームパルス信号
３７  全ての画素のメモリクリア時間
３８  番地１の画素の露光時間
３９  番地１の画素のメモリ転送時間
４０  番地２の画素の露光時間
４１  番地２の画素のメモリ転送時間
４２  番地３の画素の露光時間
４３  番地３の画素のメモリ転送時間
４４  番地１５の画素の露光時間
４５  番地１５の画素のメモリ転送時間
４６  番地１６の画素の露光時間
４７  番地１６の画素のメモリ転送時間
４８  読み出された１フレームの映像
４９  番地１の画素を分離した映像
５０  番地２の画素を分離した映像
５１  番地１６の画素を分離した映像
５２  ４９の映像から補間処理で創り出された映像
５３  ５０の映像から補間処理で創り出された映像
５４  ５１の映像から補間処理で創り出された映像
【要約】
【課題】従来のビデオカメラにおいては、固体撮像素子の露光制御線とメモリ転送制御線が１本であり、ビデオカメラの撮影速度が全画素の読み出し時間が長くなる欠点があった。
【解決手段】本発明の高速度ビデオカメラは、夫々１つの光電変換素子とこの光電変換素子からの映像情報を一時的に記憶する１つの画素メモリとを有する画素を縦・横に複数個有する画素ブロックを縦・横に複数個有し、且つ上記画素ブロックの各画素の露光が異なる時刻になるよう制御する手段と、上記各画素ブロックの同じ番地に位置する画素の露光が同じ時刻になるよう制御する手段とを有する固体撮像素子より成ることを特徴とする。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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