(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズを備えた固体撮像装置において、
該装置に備えた固体撮像素子の受光面の前にレンズから入射する光学像の一部を遮光する水平方向に移動可能で、かつ撮像素子の通常動作時における画像信号の各コマの最初に電荷が出力される画素を含む任意の面積に縮小制限できる遮光板と、前記遮光板を水平方向に移動制御するための移動制御器と、前記固体撮像素子を制御するパルス発生器とを備え、
かつ前記水平方向に移動する遮光板の移動が、前記遮光板を水平方向に移動制御するための前記移動制御器の操作によって行われ、前記移動制御器にあらかじめ設定された遮光板の位置状態から任意の位置状態を選択することにより、あらかじめその位置状態に適合するようパルス発生器に設定された前記固体撮像素子の制御パルスが自動的に選択・発生されるようにして、前記遮光板の位置状態を選択するだけであらかじめ設定された数種の速度の高速撮影が可能になり、
さらに前記パルス発生器の動作により、前記遮光板で遮光された遮光領域内の水平方向の画素列の各画素からの電荷と次の水平方向の画素列の前記受光領域内の各画素からの電荷とを水平転送ＣＣＤで加算することにより、前記遮光板で縮小制限された受光領域内の各画素の単位時間あたりの電荷読み出し回数を受光面全体の画素からの電荷を読み出す通常動作時の読み出し回数より増加させられるようにしたことを特徴とする高速撮影装置。
【請求項２】
レンズを備えた固体撮像装置において、
該装置に備えた固体撮像素子の受光面の前にレンズから入射する光学像の一部を遮光する垂直方向に移動可能で、かつ撮像素子の通常動作時における画像信号の各コマの最初に電荷が出力される画素を含む任意の面積に縮小制限できる遮光板と、前記遮光板を垂直方向に移動制御するための移動制御器と、前記固体撮像素子を制御するパルス発生器とを備え、
かつ前記垂直方向に移動する遮光板の移動が、前記遮光板を垂直方向に移動制御するための前記移動制御器の操作によって行われ、前記移動制御器にあらかじめ設定された遮光板の位置状態から任意の位置状態を選択することにより、あらかじめその位置状態に適合するようパルス発生器に設定された前記固体撮像素子の制御パルスが自動的に選択・発生されるようにして、前記遮光板の位置状態を選択するだけであらかじめ設定された数種の速度の高速撮影が可能になり、
さらに前記パルス発生器の動作により、前記遮光板で遮光された遮光領域内の各画素からの電荷と次のコマの前記受光領域内の各画素からの電荷とを垂直転送ＣＣＤで加算することにより、前記遮光板で制限された受光領域内の各画素の単位時間あたりの電荷読み出し回数を受光面全体の画素からの電荷を読み出す通常動作時の読み出し回数より増加させられるようにしたことを特徴とする高速撮影装置。
【請求項３】
レンズを備えた固体撮像装置において、
該装置に備えた固体撮像素子の受光面の前にレンズから入射する光学像の一部を遮光する水平方向及び垂直方向に移動可能で、かつ撮像素子の通常動作時における画像信号の各コマの最初に電荷が出力される画素を含む任意の面積に縮小制限できる遮光板と、前記遮光板をそれぞれ水平方向及び垂直方向に移動制御するための移動制御器と、前記固体撮像素子を制御するパルス発生器とを備え、
かつ前記水平方向及び垂直方向に移動する遮光板の移動が、前記遮光板をそれぞれ水平方向及び垂直方向に移動制御するための前記移動制御器の操作によって行われ、前記移動制御器にあらかじめ設定された複数の遮光板の位置状態から任意の位置状態を選択することにより、あらかじめその位置状態に適合するようパルス発生器に設定された前記固体撮像素子の制御パルスが自動的に選択・発生されるようにして、前記複数の遮光板の位置状態を選択するだけであらかじめ設定された数種の速度の高速撮影が可能になり、
さらに前記パルス発生器の動作により、前記遮光板で遮光された遮光領域内の水平方向の画素列の各画素からの電荷と次の水平方向の画素列の前記受光領域内の各画素からの電荷とを水平転送ＣＣＤで加算し、
また前記遮光板で遮光された遮光領域内の各画素からの電荷と次のコマの前記受光領域内の各画素からの電荷とを垂直転送ＣＣＤで加算することにより、前記遮光板で制限された受光領域内の各画素の単位時間あたりの電荷読み出し回数を受光面全体の画素からの電荷を読み出す通常動作時の読み出し回数より増加させられるようにしたことを特徴とする高速撮影装置。
【請求項４】
前記固体撮像素子から出力される画像信号が、水平方向及び垂直方向に移動する遮光板によって任意の面積に縮小制限された前記受光領域の各画素からの電荷に基づく画像信号と、前記遮光板によって遮光される遮光領域と前記受光領域の境界付近にあって光の回り込み等により遮光板で完全に遮光されない恐れのある部分の各画素からの電荷に基づく画像信号とでなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高速撮影装置。
【請求項５】
前記高速撮影装置の垂直転送手段又は該垂直転送手段の一部にパーシャルスキャンを用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の高速撮影装置。
【請求項６】
前記固体撮像素子が、電荷転送型固体撮像素子であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の高速撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子の受光面の一部を遮光して前記受光面の受光領域内の画素数を減らし、かつ前記受光面の横縦比をも変化させて、高速撮影を可能にする装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像素子から読み出す垂直方向の画素数を通常より少なく設定し、単位時間の画像のコマ数を通常より多く撮影して記録し、通常のコマ数で再生してスローモーションのテレビジョン画像を得るパーシャルスキャンと呼ばれる高速撮影手段がある。しかし、画面の垂直及び水平の両方向にわたって固体撮像素子から読み出す画素数を通常より適宜に少なくして撮影・記録・再生し、高速撮影画像を得る手段はなかった。
前記パーシャルスキャンを、図３の固体撮像素子の動作を説明する模式図、図４の従来例の高速撮影を説明する図、図５の従来例の高速撮影の波形図によって説明する。なお以降は、説明の便宜上垂直ブランキング期間を無視して説明する。
【０００３】
図４に有効画素が水平方向に１３００列、垂直方向に１０３０行の正方行列に配列された固体撮像素子の受光面９に、文字Ａの光学像が入射されている例を示した。
いまこの固体撮像素子が、図４（ａ）に示すように、通常は前記１０３０行の水平画素列を毎秒１２回の割合、つまり全画素の電荷を毎秒１２コマの画像信号として得ているものとする。
これに対して図４（ｂ）は、前記固体撮像素子の上部及び下部の水平画素列の各４１５行分の電荷読み出し、つまり水平／垂直走査を行わず、中央部の２００行のみを走査してこの部分の画像信号のみを得る例を示している。この場合の垂直走査作動時間は、画素列の行数が減じた分だけ短くなり通常時の約１／５ですむので、固体撮像素子から出力される画像信号の毎秒コマ数は通常時の約５倍の約６０コマとなる。ただしこの場合は図４（b）に示す文字Ａの点線部分は画像信号として出力されず、実線部分のみが固体撮像素子の端子から画像信号として出力されることになる。
図５（ａ）に図４（ａ）に示した通常の垂直走査時、つまり全画面の１２コマの画像信号を得る場合の、また図５（ｂ）に図４（ｂ）に示した中央部の２００行の画素列をのみを走査して画像信号を得ることによって高速撮影した場合の画像信号波形を示す。
【０００４】
図３の固体撮像素子１の動作を説明する模式図はインターライン型固体撮像素子の場合を示し、以下前述と同様に水平方向に１３００列、垂直方向に１０３０行の画素配列でなるものとしてその基本動作を説明する。
各画素５に蓄積された電荷は、各画素５に対応したシフトレジスタである垂直転送レジスタ４を備えた垂直転送ＣＣＤ７にフレームシフトパルスにより一斉に転送される。前記垂直転送レジスタ４に転送された電荷は、更に転送ゲートパルスにより各垂直転送ＣＣＤ７の上方の垂直転送レジスタ４から下方の垂直転送レジスタ４の１行ごと順次下方向に転送される。
また各垂直転送ＣＣＤ７の最下部に位置する垂直転送レジスタ４の各電荷は、各垂直転送ＣＣＤ７に対応した水平転送ＣＣＤ８の水平転送レジスタ６に並列に転送され、更に、クロックパルスにより水平転送ＣＣＤ８の右側の水平転送レジスタ６から順次左側の水平転送レジスタ６に転送され、増幅器１０で増幅等の処理をして端子１４を介し画像信号として出力される。
【０００５】
このようなインターライン型固体撮像素子において、図４（ｂ）に示し（０００３）項で説明したパーシャルスキャンを行う場合の動作原理について次に説明する。
水平転送ＣＣＤ８に転送された１３００列、１０３０行の電荷を端子１４から画像信号として出力するのに要する時間、つまり１水平走査期間に例えば２０回の転送ゲートパルスを印加すると１水平走査期間内に２０行分の画素の電荷が水平転送ＣＣＤ８に転送されることになる。この走査を２０水平走査期間繰り返し、更に１水平走査期間だけ１５回前記転送ゲートパルスを印加して１５行分の画素の電荷を水平転送ＣＣＤに転送すれば、合計２１水平走査期間内に４１５行分の画素の電荷が水平転送ＣＣＤ８に転送されることになる。
ところでこの２１水平走査期間中、水平転送ＣＣＤ８には前記クロックパルスを加えないでおくと、水平転送ＣＣＤ８の各水平転送レジスタ６には４１５行分の電荷が加算され、蓄積されることになり、次にクロックパルスが印可されたときこれら加算・蓄積された電荷は、１行分の画像信号として端子１４からは出力されるが、この出力画像信号は半導体メモリ等の記録媒体に記録しないか、また記録したとしても再生又は読み出さないことによってスローモーション再生画像に出力されないよう処理される。
次に、前記２００行の各画素の電荷の読み出しを通常の方法で行い、前記磁気ディスク又は半導体メモリ等の記録媒体にいったん蓄積し、その次に続く４１５行を上述の４１５行と同様に処理した後、前記記録媒体からＮＴＳＣ方式等の通常走査方式で再生又は読み出せば、前記２００行分のスローモーションのテレビ画像を得ることができる。
このようにして任意の行数の電荷のみを画像信号として取り出すことができ、画像信号として取り出す画素の行数が少ないほど高速撮影となるのは言うまでもない。
なお画像信号として取り出すのは、前記例の固体撮像素子の中央部の画像に限られるものではなく、上部又は下部の画像でもよい。さらに、高速撮影用に特別製作された固体撮像素子を用いる場合もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述したパーシャルスキャンで高速撮影を行うために前記画像として取り出す画素の行数を極端に少なくすると、出力される画像の垂直解像度の低下及び横縦比の変化が問題となる。また、垂直解像度の犠牲にもかかわらず撮影の高速化が充分ではない。
そこで、横縦ともに適度に画素数を減じることによって必要な画素の読み出し時間を縮めれば、効率のよい高速撮影の実現が期待できる。しかし、横、すなわち各行からの読み出す画素数を減じて読出時間を短縮する手段の実現は、従来においては非常に困難なことであった。
本発明は、このような背景においてなされ、通常の固体撮像素子を用い、任意に設定した撮影速度及び画面の横縦比に基づき固体撮像素子の受光面の一部を遮光し、前記受光面の受光領域と遮光領域のそれぞれの部分の画素の電荷が垂直転送及び水平転送ＣＣＤで加算され、その電荷を読み出すことにより、適当な垂直解像度及び横縦比であるとともに効率のよい高速撮影ができる高速撮影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】
本発明者は、上記に鑑み鋭意研究の結果、次の手段によりこの問題を解決した。
（１）レンズを備えた固体撮像装置において、
該装置に備えた固体撮像素子の受光面の前にレンズから入射する光学像の一部を遮光する水平方向に移動可能で、かつ撮像素子の通常動作時における画像信号の各コマの最初に電荷が出力される画素を含む任意の面積に縮小制限できる遮光板と、前記遮光板を水平方向に移動制御するための移動制御器と、前記固体撮像素子を制御するパルス発生器とを備え、
かつ前記水平方向に移動する遮光板の移動が、前記遮光板を水平方向に移動制御するための前記移動制御器の操作によって行われ、前記移動制御器にあらかじめ設定された遮光板の位置状態から任意の位置状態を選択することにより、あらかじめその位置状態に適合するようパルス発生器に設定された前記固体撮像素子の制御パルスが自動的に選択・発生されるようにして、前記遮光板の位置状態を選択するだけであらかじめ設定された数種の速度の高速撮影が可能になり、
さらに前記パルス発生器の動作により、前記遮光板で遮光された遮光領域内の水平方向の画素列の各画素からの電荷と次の水平方向の画素列の前記受光領域内の各画素からの電荷とを水平転送ＣＣＤで加算することにより、前記遮光板で縮小制限された受光領域内の各画素の単位時間あたりの電荷読み出し回数を受光面全体の画素からの電荷を読み出す通常動作時の読み出し回数より増加させられるようにしたことを特徴とする高速撮影装置。
【０００８】
（２）レンズを備えた固体撮像装置において、
該装置に備えた固体撮像素子の受光面の前にレンズから入射する光学像の一部を遮光する垂直方向に移動可能で、かつ撮像素子の通常動作時における画像信号の各コマの最初に電荷が出力される画素を含む任意の面積に縮小制限できる遮光板と、前記遮光板を垂直方向に移動制御するための移動制御器と、前記固体撮像素子を制御するパルス発生器とを備え、
かつ前記垂直方向に移動する遮光板の移動が、前記遮光板を垂直方向に移動制御するための前記移動制御器の操作によって行われ、前記移動制御器にあらかじめ設定された遮光板の位置状態から任意の位置状態を選択することにより、あらかじめその位置状態に適合するようパルス発生器に設定された前記固体撮像素子の制御パルスが自動的に選択・発生されるようにして、前記遮光板の位置状態を選択するだけであらかじめ設定された数種の速度の高速撮影が可能になり、
さらに前記パルス発生器の動作により、前記遮光板で遮光された遮光領域内の各画素からの電荷と次のコマの前記受光領域内の各画素からの電荷とを垂直転送ＣＣＤで加算することにより、前記遮光板で制限された受光領域内の各画素の単位時間あたりの電荷読み出し回数を受光面全体の画素からの電荷を読み出す通常動作時の読み出し回数より増加させられるようにしたことを特徴とする高速撮影装置。
【０００９】
（３）レンズを備えた固体撮像装置において、
該装置に備えた固体撮像素子の受光面の前にレンズから入射する光学像の一部を遮光する水平方向及び垂直方向に移動可能で、かつ撮像素子の通常動作時における画像信号の各コマの最初に電荷が出力される画素を含む任意の面積に縮小制限できる遮光板と、前記遮光板をそれぞれ水平方向及び垂直方向に移動制御するための移動制御器と、前記固体撮像素子を制御するパルス発生器とを備え、
かつ前記水平方向及び垂直方向に移動する遮光板の移動が、前記遮光板をそれぞれ水平方向及び垂直方向に移動制御するための前記移動制御器の操作によって行われ、前記移動制御器にあらかじめ設定された複数の遮光板の位置状態から任意の位置状態を選択することにより、あらかじめその位置状態に適合するようパルス発生器に設定された前記固体撮像素子の制御パルスが自動的に選択・発生されるようにして、前記複数の遮光板の位置状態を選択するだけであらかじめ設定された数種の速度の高速撮影が可能になり、
さらに前記パルス発生器の動作により、前記遮光板で遮光された遮光領域内の水平方向の画素列の各画素からの電荷と次の水平方向の画素列の前記受光領域内の各画素からの電荷とを水平転送ＣＣＤで加算し、
また前記遮光板で遮光された遮光領域内の各画素からの電荷と次のコマの前記受光領域内の各画素からの電荷とを垂直転送ＣＣＤで加算することにより、前記遮光板で制限された受光領域内の各画素の単位時間あたりの電荷読み出し回数を受光面全体の画素からの電荷を読み出す通常動作時の読み出し回数より増加させられるようにしたことを特徴とする高速撮影装置。
【００１０】
（４）前記固体撮像素子から出力される画像信号が、水平方向及び垂直方向に移動する遮光板によって任意の面積に縮小制限された前記受光領域の各画素からの電荷に基づく画像信号と、前記遮光板によって遮光される遮光領域と前記受光領域の境界付近にあって光の回り込み等により遮光板で完全に遮光されない恐れのある部分の各画素からの電荷に基づく画像信号とでなることを特徴とする前記（１）〜（３）項のいずれか１項に記載の高速撮影装置。
【００１１】
（５）前記高速撮影装置の垂直転送手段又は該垂直転送手段の一部にパーシャルスキャンを用いることを特徴とする前記（１）〜（４）項のいずれか１項に記載の高速撮影装置。
【００１２】
（６）前記固体撮像素子が、電荷転送型固体撮像素子であることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれか１項に記載の高速撮影装置。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を実施例の図によって説明する。
図１は本発明実施例の高速撮影装置の要部斜視図、図２は本発明実施例の高速撮影装置の高速撮影を説明する図、図３は固体撮像素子の動作を説明する模式図である。
図において、１は固体撮像素子、２は遮光板、３はレンズ、４は垂直転送レジスタ、５は画素、６は水平転送レジスタ、７は垂直転送ＣＣＤ、８は水平転送ＣＣＤ、９は受光面、１０は増幅器、１１は受光領域、１２はパルス発生器、１３は移動制御器、１４は端子である。
【００１５】
図１に本発明の実施例として示す高速撮影装置の要部は、レンズ３，固体撮像素子１、該固体撮像素子１の受光面９の前に配置された２枚の遮光板２ｘ、２ｙ、前記遮光板２ｘ、２ｙの位置をそれぞれ左右、上下方向に個別に移動制御する２つの移動制御器１３ｘ、１３ｙ、及び前記固体撮像素子１の受光面９への入射光が前記遮光板２x、２yによって遮られることによって縮小・制限された受光領域１１の画素及び前記受光領域と前記遮光板２ｘ、２ｙとによって生じる前記受光面９の遮光領域との境界付近の画素の電荷を読み出すのに適したタイミングのフレームシフトパルス、転送ゲートパルス、クロックパルスを発生するパルス発生器１２とで構成されている。
【００１６】
まず本発明の動作原理を図１〜３によって説明しておく。以後の説明は、図３のインターライン形固体撮像素子１の受光面９が、水平方向に１０２４列、垂直方向に７８６行のフォトダイオード等の光電変換素子の正方行列配置によって構成されているものとして行う。
いま前記受光面９の受光領域１１を、２枚の遮光板２ｘ、２ｙによって、通常の撮影の際に固体撮像素子１の端子１４に最初の画像信号として出力される画素、すなわち受光面９の左下角に位置する画素を含む水平方向、垂直方向各４００画素に縮小・制限されているものとすると、レンズ３からの光学像は、前記受光領域１１に入射した部分だけが端子１４から画像信号として出力されることになる。すなわち図２に実線で示した文字Ｍだけが画像信号として出力され、遮光板２ｘ、２ｙで遮光されて受光面９に到着し得ない図２に点線で示した文字Ｆ、Ｈ、Ｋは、画像信号として出力されない。なお図２の文字の反転はレンズ３の作用によるものであり、自明のこととして説明は省略する。
なお遮光板２ｘ、２ｙは手動又はステップモータやその他の駆動装置を備えた移動制御器１３ｘ、１３ｙによって移動できるので、受光領域１１は、受光面９の左下角に位置する画素を含む必要はあるものの水平方向、垂直方向に各４００画素に限られず、任意の画素数に設定できるのは言うまでもない。
【００１７】
最初に垂直転送ＣＣＤ７の電荷転送動作について図３により説明する。図３のインターライン形固体撮像素子１の基本動作は（０００２）項で説明したので、以後は受光領域１１が受光面９の左下角に位置する画素を含む必要はあるものの水平方向、垂直方向に各４００画素に縮小・制限された場合の動作について述べる。ここで説明の便のため、受光面９の水平方向に並ぶ画素列を、最下部の行を第１行とし、それから上方に第２行から第７６８行までの番号を付けておく。
固体撮像素子１の垂直走査は、各垂直転送ＣＣＤ７に転送ゲートパルスを印加することにより第１行の各画素５の電荷から順次各行の各画素の電荷を水平転送ＣＣＤ８に転送することで行われているが、いま第５００行の各画素５の電荷が水平転送レジスタ６に転送された時にフレームシフトパルスを固体撮像素子１に印加すると、各画素に蓄積されていた電荷が一斉にそれぞれの画素に対応した垂直転送レジスタ４に転送される。
しかしこの時、本来の通常の動作では第５００行に続いて水平転送ＣＣＤ８に読み出されるはずの第５０１から最終の第７６８行までの２６８行分の電荷は、垂直転送ＣＣＤ７の最下段から数えて１番目から２６８番目までの垂直転送レジスタに転送されている。 したがって、この１番目から２６８番目までの垂直転送レジスタでは、先のコマに係わる第５０１行から第７６８行までの各画素の電荷と次のコマの第１行から第２６８行の画素の電荷とがそれぞれ加算されて存在することになる。なお、２６９番目以上の垂直転送レジスタ４には先のコマに係わる画素の電荷は既に下方に転送されて空の状態であるので、次のコマに係わる画素の電荷が転送されてきても前記加算の現象は起こらない。
【００１８】
ところで先に遮光板２ｙで制限された受光領域１１を４００行としたのにも係わらずここでは５００行分の電荷を画像信号として出力するよう説明したのは、後述する光の回り込み等によって受光領域と遮光領域の境界付近の遮光領域部分に蓄積される不要な電荷を次のコマの画像信号に加算しないないようにするためである。これによって遮光板２ｙで完全に遮光されて入射光学像に係わる電荷の存在しない部分としての第５０１行以上が電荷加算に関与することになり、かつ該画素５で発生するノイズ電荷も入射光学像に係わる電荷に比べてごく小さく、前記１番目から２６８番目の垂直転送レジスタでの電荷加算による画像信号への影響は無視できる。
上述の動作は第１行から第５００行までの垂直走査の繰り返しと等価であり、出力される画像信号には第１行から第４００行までの有効画像信号と、第４０１行から第５００行までの、光の回り込み等による画質劣化を防ぐために出力される不要な信号とが含まれることになる。
【００１９】
次に、水平転送ＣＣＤ８の電荷転送動作について説明する。ここで説明の便のため水平転送ＣＣＤ８の各垂直方向の画素列を、左端から右端に向けて順次第１列から第１０２４列までの番号を付けておく。また水平転送ＣＣＤ８の水平転送レジスタ６も左端から右端に向けて第１レジスタから第１０２４レジスタまで番号を付けておく。
固体撮像素子１の水平走査は、水平転送ＣＣＤ８にクロックパルスを印可することにより、第１レジスタの電荷から第１０２４レジスタの電荷まで順次端子１４に転送されて画像信号として出力されることで行われるが、いま水平転送ＣＣＤ８の左端にある第１レジスタから第５２０レジスタまでの電荷が端子１４から出力された時、各垂直転送ＣＣＤ６に転送ゲートパルスを印可すると、垂直転送ＣＣＤ７の最下段の垂直転送レジスタ４の電荷がそれに対応した水平転送レジスタ６に転送される。
しかしこの時、本来の通常の動作では第５２０レジスタに蓄積されていた電荷に続いて端子１４に出力されるはずの第５２１レジスタから最終の第１０２４レジスタまでに蓄えられていた電荷は、水平転送ＣＣＤ８の第１レジスタから第５０４レジスタに転送されている。したがって、第１レジスタから第５０４レジスタまでの水平転送レジスタ６では、先の行の第５２１列から第１０２４列までの画素列に係わる電荷と次の行の第１列から第５０４列に係わる電荷とがそれぞれ加算されて存在することになる。なお、第５２１レジスタから第１０２４レジスタは、先の行の画素の電荷が既に左方に転送されて空の状態になっているので、次の行に係わる画素の電荷が転送されてきても前記加算の現象は起こらない。
【００２０】
ところで先に遮蔽板２ｘで制限された受光領域１１を４００行としたのにも係わらずここでは５２０列分の電荷を画像信号として出力するよう説明したのは、後述する光の回り込み等によって受光領域と遮光領域の境界付近の遮光領域部分に蓄積される不要な電荷を次の行の画像信号に加算しないないようにするためである。これによって遮光板２ｘで完全に遮光されて入射光学像に係わる電荷の存在しない部分としての第５２１列以上が電荷加算に関与することになり、かつ該画素で発生するノイズ電荷も入射光学像に係わる電荷に比べてごく小さく、前記第１レジスタから第５０４レジスタまでの電荷加算による画像信号への影響は無視できることになる。
上述の動作は第１列から第５２０列までの水平走査の繰り返しと等価であり、出力される画像信号には第１列から第４００列までの有効画像信号と、第４０１列から第５２０列までの、光の回り込み等による画質劣化を防ぐために出力される不要な信号とが含まれることになる。
【００２１】
上記垂直転送ＣＣＤ７及び水平転送ＣＣＤ８の電荷転送動作を同時に実行すれば、特殊な固体撮像素子を用いることなく通常の撮影時より多くのコマ数の画像信号が出力できる。例えば固体撮像素子１の全画素を毎秒２０コマの画像信号として出力しているものとした場合、通常時と制限時との出力される画素数の比、（１０２４×７６８）／（５２０×５００）は約３となり、毎秒コマ数は６０コマとなる。なお、前述における水平走査範囲５２０画素、垂直走査範囲５００画素は、垂直方向・水平方向各５００画素等であってもよい。
また、前記受光領域１１を水平方向・垂直方向各２００画素とし、光の回り込み等の影響を受ける遮光領域の境界部分を水平方向・垂直方向ともそれぞれ８０画素とすれば、通常時と制限時との出力される画素数の比、（１０２４×７６８）／（２８０×２８０）は約１０となり、１０倍のコマ数になる。さらに本装置にコンピュータを用いた場合、水平方向・垂直方向それぞれ２５６画素などの２進数や、又は水平方向・垂直方向を５１２画素、３８４画素として横縦比４：３となる画像などが適宜設定できる。
【００２２】
なお、本発明の特徴の一つは、前述のように端子１４から出力される画像信号に受光領域１１からの画像信号はもちろんのこと、前記受光領域１１と遮光領域の境界付近の遮光領域の部分からの画像信号も含まれているということである。固体撮像素子１の受光面９を構成するフォトセンサ等の光電変換素子と遮光板２ｘ、２ｙの間には保護用透明ガラス及び空気層又は気体層等が存在するので、例えば、ステンレス等金属板による薄い遮光板２ｘ、２ｙを用いても、受光面９の遮光領域の境界付近には、レンズ３の性状にもよるが光の回り込み又は散乱等により例えば８０画素程度の幅の完全には遮光できない部分が生じ、この部分から画像信号を発生することになる。この遮光領域１１の境界部に発生する画像信号を端子１４から出力するのは、該境界附近の光の回り込み又は散乱等により完全に遮光できない部分の画素からの電荷が、固体撮像素子１の垂直転送ＣＣＤ７、及び水平転送ＣＣＤ８において受光領域１１の次のコマ及び次の行の画素からの電荷とが加算されないようにするためであり、これによって出力画像信号の画質は損なわれることがなくなる。しかしこの遮光領域１１の境界部に発生する画像信号は、本来は不要な画像信号であり、この不要な画像信号は後述する画像処理手段によって最終的には排除される。
【００２３】
図１に示す本発明の実施例では、レンズ３の光学像が結像する固体撮像素子１の受光面９の一部が遮光板２ｘ、２ｙによって遮光され、前記受光面９の左下角の画素５を含む一つの受光領域１１に縮小・制限されている。前記遮光板２ｘ、２ｙは手動又は移動制御器１３ｘ、１３ｙの操作により任意の位置に移動・設定できる。
パルス発生器１２は、前記受光領域１１の画素５からの電荷を画像信号として端子１４から的確に出力するのに適したフレームシフトパルス、転送ゲートパルス、クロックパルス等を設定する手段を備え、該パルスを発生し固体撮像素子１の電荷転送動作を制御する。これらパルスは前記受光領域１１の面積及びその横縦比に基づいて設定される。
固体撮像素子１における電荷転送動作は、前述の垂直転送ＣＣＤ７及び水平転送ＣＣＤ８の電荷転送動作で説明したとおりであり、垂直・水平の二つの電荷転送動作を同時に実施し、水平転送ＣＣＤ８からの出力を増幅器１０で増幅その他の処理を行い、通常より多くのコマ数の画像信号出力として端子１４から出力され、図示しない半導体メモリ等の記録媒体にいったん蓄積してから、ＮＴＳＣ方式等の通常走査方式で再生又は読み出せば、スローモーションのテレビジョン画像を得ることができる。
前記の画像信号出力は、前述のとおり受光領域１１からの有効画像信号のほか、受光領域１１と遮光領域との境界附近の遮光領域の部分からの不要画像信号も含んでいる。この不要画像信号は、最終的には前記記録媒体に蓄積しないか、又は蓄積してもその部分を再生又は読み出しさないような画像処理手段で排除される。
【００２４】
前述した垂直転送ＣＣＤ７の電荷転送動作、又はその一部の動作に、従来の技術の項に記載したパーシャルスキャンの垂直転送手段を用いることもできる。前述のように、パーシャルスキャンでは垂直転送に係る遮光手段は特に必要ないので、遮光板２ｘが削除でき装置が簡素化できる。
また、前記移動制御器１３が、あらかじめ設定された遮光板２ｘ、２ｙの複数の位置状態から任意の位置状態を選択することにより、その位置状態に適合するようあらかじめ設定された前記固体撮像素子１の複数種の制御パルスが選択されて前記パルス発生器１２から発生され、前記遮光板２ｘ、２ｙの位置状態を切り替えるだけで、あらかじめ設定された数種の速度の高速撮影が可能になる。
さらに前記遮光は、レンズを含む特殊光学系による遮光手段を用いてさらに効果的な遮光を行うこともできる。
さらにまた、固体撮像素子１として、インターライン型固体撮像素子を用いて説明したが、例えば、フレームインターライントランスファ型等の電荷転送型固体撮像素子であってもよい。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、次のような効果が発揮できる。
１、本願請求項１〜３の発明によれば、固体撮像素子の受光領域の水平方向・垂直方向の画素数を任意に設定でき、撮影速度に基づいた最適な垂直画素数及び水平画素数による任意の横縦比の高速撮影画像が、特殊な固体撮像素子を用いることなく得られる高速撮影装置を容易に提供できる。
また、あらかじめ複数の遮光板位置状態を設定し、その中から任意の位置状態を選択することにより、移動制御器がその位置状態に前記遮光板を移動・設定するとともに、該位置状態に適合するようあらかじめ設定された前記固体撮像素子の制御パルスが選択されてパルス発生器から発生されるので、前記遮光板の位置状態を切り替えるだけで、あらかじめ設定された数種の速度の高速撮影が可能になる。
さらに、前記遮光板が移動制御器の操作により任意の遮光位置に設定でき、また、パルス発生器も前記遮光板の位置に基づく制御パルスが設定できるので、一式の装置で被写体の性状又は目的に応じた撮影が可能になる。
【００２６】
２、さらに、本願請求項４の発明によれば前記固体撮像素子の画像信号出力に受光領域と遮光領域との境界附近の遮光領域部分から出力される画像信号を含むので、該境界附近の光の回り込み又は散乱等により完全に遮光できない部分の画像信号が、固体撮像素子内で受光領域の次のコマ及び次の画素行に加算されることがなく、出力画像信号の画質を損なうことがない。
【００２７】
３、前項の効果に加え、本願請求項５の発明によれば、前記固体撮像素子の垂直転送ＣＣＤの電荷転送動作、又は該電荷転送動作の一部にパーシャルスキャンを用いることにより垂直転送に係る垂直方向の遮光板が削除でき、装置の簡素化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の高速撮影装置の要部斜視図
【図２】本発明実施例の高速撮影装置の高速撮影を説明する図
【図３】固体撮像素子の動作を説明する模式図
【図４】従来例の高速撮影を説明する図
【図５】従来例の高速撮影の波形図
【符号の説明】
１：固体撮像素子              ２ｘ、２ｙ：遮光板
３：レンズ                    ４：垂直転送レジスタ
５：画素                      ６：水平転送レジスタ
７：垂直転送ＣＣＤ            ８：水平転送ＣＣＤ
９：受光面                    １０：増幅器
１１：受光領域                １２：パルス発生器
１３ｘ、１３ｙ：移動制御器    １４：端子
１５：垂直走査期間
【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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