[发明专利]固体摄像元件及其驱动方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体摄像元件及其驱动方法，更详细地说，涉及一种适合于拍摄破坏、爆炸、燃烧等高速现象的能够高速进行动作的固体摄像元件及其驱动方法。

背景技术

以往，开发出一种例如用于在短时间内连续地拍摄爆炸、破坏、燃烧、碰撞、放电等高速现象的高速摄像装置(高速摄像机)(参照非专利文献1等)。在这种高速摄像装置中，需要进行100万帧/秒程度以上的极高速度的拍摄。因此，利用一种与以往通常利用于摄像机、数字照相机等的摄像元件不同的、具有特殊结构的能够高速进行动作的固体摄像元件。

以往，作为这种固体摄像元件而利用专利文献1等所记载的摄像元件。该文献所记载的固体摄像元件被称为像素周边记录型摄像元件(IS-CCD)。概要地说明该摄像元件。

在上述像素周边记录型摄像元件中，作为受光部的每个光电二极管分别具备蓄积用CCD，该蓄积用CCD与记录帧数量相应，兼备信号传输功能，在拍摄中，将由光电二极管通过光电转换而生成的像素信号依次传输到蓄积用CCD。在拍摄结束之后汇总存储在蓄积用CCD中的与记录帧数量相应的像素信号并按顺序读出，在摄像元件的外部再现与记录帧数量相应的图像。在拍摄中对于超过记录帧数量的像素信号，按从旧到新的顺序废除，从而在蓄积用CCD中始终保持与规定帧数量相应的最新的像素信号。因此，在拍摄结束时如果中止向蓄积用CCD传输像素信号，则得到从该时刻起在时间上追溯与记录帧数量相应时间的时刻与该时刻之间的最新的图像。

这样，像素周边记录型摄像元件与在每得到一帧的图像信号时都需要将该图像信号取出到外部的一般的摄像元件不同，具有能够以非常高的速度得到多帧的连续图像这种特征。然而，由于半导体芯片面积、消耗电力等各种限制，能够装载到一个摄像元件的蓄积用CCD的数量是有限的。因此，能够高速拍摄的帧数受到限制，例如在非专利文献1记载的装置中，能够高速拍摄的帧数为100左右。当然，虽然这种程度的帧数也存在很多用途，但是，由于拍摄对象的现象、被摄体的种类等不同，也存在不要求那种程度的(例如10万帧/秒程度)高速性而想要进行更长时间的拍摄或者更多帧数的拍摄的情况。然而，在上述像素周边记录型摄像元件中难以满足这种拍摄要求。

因此，为了支持连续记录帧数受到限制但是超高速的拍摄以及高速性较差但是记录帧数不受到限制的拍摄这两种拍摄，需要一起使用上述那样的CCD方式的像素周边记录型摄像元件以及公知的例如CMOS方式的摄像元件。这种摄像装置成本较高。

另外，在上述那样的高速拍摄中，与作为观察对象的现象的发生定时同步地进行拍摄很重要，当从外部提供触发信号时，根据该触发信号来控制拍摄的结束、拍摄的开始。为了生成这种触发信号，通常使用例如接触传感器、位置传感器、震动传感器、压力传感器等其它传感器。然而，在难以使被摄体与这种传感器之间的距离接近的情况、捕捉被摄体的自发的变化来进行拍摄的情况，或者对显微镜下的微小物体进行拍摄的情况下等，利用上述方法往往难以得到适当的触发信号。

针对这种问题，在专利文献2记载的摄像装置中，在摄像透镜的后方设置分束器、半透半反镜等光分割单元，将入射光分为二个来分别导入到不同的摄像装置。将该两台摄像装置中的一台专用于监视来对图像的急剧变化进行检测，利用由此得到的触发信号来控制利用另一台摄像装置所得到的图像信号的存储的开始、结束。然而，在以往的这种摄像装置中，需要将来自摄像对象物的入射光分割为多个的光学系统部件，并且摄像装置(摄像元件)也需要准备多个。因此，装置的规模变大，难以降低成本。另外，也难以实现装置的小型化和轻量化。

专利文献1：日本特开2001-345441号公报

专利文献2：日本特开平5-336420号公报

非专利文献1：近藤ほか5名、「高速度ビデオカメラHyperVision HPV-1の開発」、島津評論、島津評論編集部、2005年9月30日発行、第62巻、第1·2号、p.79-86

发明内容

发明要解决的问题

本发明是鉴于上述问题而完成的，其第一目的在于提供一种能够同时并行地进行记录帧数受到限制但是超高速的拍摄以及高速性较差但是记录帧数不受到限制的拍摄这两者的固体摄像元件及其驱动方法。

另外，本发明的第二目的在于提供一种能够在某种程度长时间内的拍摄中捕捉所得到的图像中的被摄体的变化、作为观测对象的现象的发生等并能够高速拍摄该变化、现象的固体摄像元件及其驱动方法。

用于解决问题的方案