JP2545120B2 - Imaging device - Google Patents

Imaging device

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JP2545120B2
JP2545120B2 JP63239996A JP23999688A JP2545120B2 JP 2545120 B2 JP2545120 B2 JP 2545120B2 JP 63239996 A JP63239996 A JP 63239996A JP 23999688 A JP23999688 A JP 23999688A JP 2545120 B2 JP2545120 B2 JP 2545120B2
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vertical transfer
light receiving
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image sensor
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佳孝 太田
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Konica Minolta Inc
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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、撮像装置に関し、更に詳しくは固体撮像素
子を使用するに適した撮像装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image pickup apparatus, and more particularly to an image pickup apparatus suitable for using a solid-state image pickup element.

(発明の背景) 固体撮像素子は、写真フィルムに比較して輝度に対す
るダイナミックレンジ(ラチチュード)が非常に狭いこ
とが知られている。このため、輝度レベル差の大きい風
景、例えば晴れた日の室外撮影を行う場合、高輝度部分
を白くとんでしまい、逆に低輝度部分では黒くつぶれて
しまうことが多かった。
(Background of the Invention) It is known that a solid-state image sensor has a very narrow dynamic range (latitude) with respect to luminance as compared with a photographic film. For this reason, when a landscape with a large difference in brightness level, for example, outdoor shooting on a sunny day is performed, the high-luminance portion is often blown white, and conversely, the low-luminance portion is often blackened.

通常の固体撮像素子(CCD,MOS等)では、入射光量と
発生電荷とはリニアな関係(γ=1)である。この様子
を第19図に示す。
In a normal solid-state image sensor (CCD, MOS, etc.), the amount of incident light and the generated charge have a linear relationship (γ = 1). This is shown in FIG.

この場合、信号のダイナミックレンジが狭く、かつ高
輝度部分では直ぐに飽和してしまう。このため、出力画
像の高輝度部分は白くとんでしまい、被写体中のコント
ラストを判別することができなかった。
In this case, the signal has a narrow dynamic range and is saturated immediately in a high-luminance portion. For this reason, the high-brightness portion of the output image is blown out in white, and the contrast in the subject cannot be discriminated.

このような欠点を解決するものとして、固体撮像素子
にニー(Knee;膝)特性を持たせることが、1978年テレ
ビジョン学会全国大会報43頁〜44頁「CCDイメージセン
サのKnee特性制御」に提案されている。また、本件出願
人も特願昭62−87393号で、CCDのニー特性についての提
案を行っている。
As a solution to such a drawback, it is necessary to give the solid-state image sensor a knee characteristic in “The Knee characteristic control of the CCD image sensor” in pp. 43-44 of the 1978 National Conference of the Television Society. Proposed. The applicant of the present application also proposes the knee characteristics of CCD in Japanese Patent Application No. 62-87393.

このニー特性とは、第20図に示すように入射光量と発
生電荷の関係にニー特性を持たせることにより、輝度に
対するダイナミックレンジを広げるものである。
The knee characteristic is to widen the dynamic range with respect to the brightness by giving the knee characteristic to the relationship between the incident light amount and the generated charge as shown in FIG.

(発明が解決しようとする課題) 以上のようなニー特性により入射ダイナミックレンジ
を広げているが、受光部の蓄積電荷量又は受光部,転送
部間移動電圧を精度良く、かつ各画素間のばらつきがな
く、そして高速に制御するのは極めて困難である。
(Problems to be Solved by the Invention) Although the incident dynamic range is widened by the knee characteristics as described above, the accumulated charge amount of the light-receiving portion or the moving voltage between the light-receiving portion and the transfer portion is accurate and the variation between pixels is large. , And it is extremely difficult to control at high speed.

本発明は上記した問題点に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、固体撮像素子のダイナミックレ
ンジを十分に利用し、かつ広い輝度範囲の光電変換出力
を得ることの可能な撮像装置を実現することにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object thereof is an imaging device capable of sufficiently utilizing the dynamic range of a solid-state imaging device and obtaining photoelectric conversion output in a wide luminance range. Is to realize.

(課題を解決するための手段) 上記課題を解決する本発明は、外部からの入射光を電
荷に変換する受光部,受光部からの電荷を垂直方向に転
送する垂直転送部,垂直転送部からの電荷を水平方向に
転送する水平転送部を備えた固体撮像素子と、この固体
撮像素子に駆動パルスを供給する固体撮像素子駆動手段
とを有し、前記固体撮像素子駆動手段は、1垂直走査期
間内に複数の異なる時間間隔の信号読出しのためのパル
スを出力し、受光部で発生した電荷を複数回の異なる時
間間隔に分けて垂直転送部に移動させ、この電荷を垂直
転送部上で加算して読出すよう構成したことを特徴とす
るものである。
(Means for Solving the Problems) According to the present invention for solving the above problems, a light receiving unit for converting incident light from the outside into electric charges, a vertical transfer unit for vertically transferring electric charges from the light receiving unit, and a vertical transfer unit are provided. A solid-state image sensor having a horizontal transfer unit for horizontally transferring the electric charges of the solid-state image sensor and a solid-state image sensor driving unit for supplying a driving pulse to the solid-state image sensor, and the solid-state image sensor driving unit performs one vertical scanning. During the period, a pulse for reading out signals at different time intervals is output, the charges generated in the light receiving section are divided into a plurality of different time intervals and moved to the vertical transfer section, and the charges are transferred on the vertical transfer section. It is characterized in that it is configured to add and read.

(作用) 固体撮像素子から電荷を読み出すときは各画素の受光
部の蓄積電荷を複数回の異なる時間間隔に分けて垂直転
送部に移動させ、垂直転送部上で加算してから読出す。
(Operation) When the electric charge is read from the solid-state image sensor, the electric charge accumulated in the light receiving portion of each pixel is moved to the vertical transfer portion at a plurality of different time intervals, added on the vertical transfer portion, and then read.

(実施例) 以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明す
る。
(Example) With reference to drawings, the Example of this invention is described in detail below.

第1図は本発明の一実施例の要部の構成を示す構成図
である。この図において、1は固体撮像素子であり、一
例としてインターラインCCDの場合について説明する。
2は受光量に応じた電荷を発生する受光部、3は受光部
で発生した電荷を垂直方向に転送する垂直転送部、4は
垂直転送部からの電荷を水平方向に転送する水平転送部
である。ここでは、3×4画素分を示している。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a main part of one embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 1 is a solid-state image sensor, and an example of an interline CCD will be described as an example.
Reference numeral 2 is a light receiving portion that generates electric charges according to the amount of received light, 3 is a vertical transfer portion that vertically transfers the electric charges generated in the light receiving portion, and 4 is a horizontal transfer portion that horizontally transfers the electric charges from the vertical transfer portion. is there. Here, 3 × 4 pixels are shown.

また、この固体撮像素子1の受光部2と垂直転送部3
のポテンシャルは第2図もしくは第3図のようになって
いるものとする。すなわち、転送部は受光部の5倍の電
荷を蓄えることが可能であるとする。
Further, the light receiving portion 2 and the vertical transfer portion 3 of the solid-state image pickup device 1
The potential of is as shown in FIG. 2 or FIG. In other words, it is assumed that the transfer unit can store five times the charge of the light receiving unit.

第4図はこの固体撮像素子1を駆動する際の駆動パル
スを示すタイムチャートである。尚、この駆動パルスを
発生する固体撮像素子駆動回路は、周知の回路に若干の
変更を加えることにより実現できるものであり、詳細な
回路構成は省略する。
FIG. 4 is a time chart showing drive pulses when driving the solid-state imaging device 1. The solid-state image sensor drive circuit that generates this drive pulse can be realized by making some modifications to a known circuit, and detailed circuit configuration will be omitted.

以下、第1図乃至第4図を参照して本発明の実施例の
動作を説明する。
The operation of the embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

この第4図のAが露光,Bが読出しの期間であるとする
と、Aの最初にφV1〜φV4に対応する画素の電荷を垂直
転送部に移した後、逆転送により電荷を捨てる。その
後、5回(C1,C2,C3,C4,C5)に分けて受光部2から垂直
転送部3への電荷移動を行い、垂直転送部3上で加算し
たものをBの期間に読み出す。この5回の電荷移動のタ
イミングを変えることにより、光量と出力信号の電圧と
の関係が変化する。
Assuming that A in FIG. 4 is an exposure period and B is a reading period, the charges of the pixels corresponding to .phi.V1 to .phi.V4 are transferred to the vertical transfer section at the beginning of A, and then the charges are discarded by the reverse transfer. After that, the charges are transferred from the light receiving section 2 to the vertical transfer section 3 in five times (C1, C2, C3, C4, C5), and the addition on the vertical transfer section 3 is read in the period B. By changing the timing of the charge transfer five times, the relationship between the light amount and the voltage of the output signal changes.

次に、この光量と出力信号の電圧との関係について説
明する。
Next, the relationship between the amount of light and the voltage of the output signal will be described.

第5図は、電荷蓄積時間と蓄積電荷量との関係を示す
特性図である。この図のt1,…,t5で受光部から垂直転送
部への電荷移動を行う。また、Q0は受光部2の飽和電荷
量である。ここで、実線,破線等は各輝度における電荷
のたまりかたを示している。ここでの輝度の比は、実線
A,破線B,…の順に2倍ずつになっている。また、ここで
はC1=C2=C3=C4=4×C5の場合を示している。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the charge accumulation time and the accumulated charge amount. At t 1 , ..., T 5 in this figure, charges are transferred from the light receiving portion to the vertical transfer portion. Further, Q 0 is the saturated charge amount of the light receiving section 2. Here, a solid line, a broken line, etc. show how electric charges are accumulated at each luminance. The luminance ratio here is the solid line
It doubles in the order of A, broken line B, .... Further, here, the case of C1 = C2 = C3 = C4 = 4 × C5 is shown.

各画素の出力電圧はt1,t2,t3,t4,t5の各時点での画素
の電荷量を加算したものに比例し、この様子を第6図に
示す。この図は、輝度Lと出力電圧Vとの関係を示して
いる。ここで、LAは第5図の特性Aにおける輝度、LB
第5図の特性Bにおける輝度、LCは第5図の特性Cにお
ける輝度、LDは第5図の特性Dにおける輝度である。ま
た、特性は従来の露光を行った場合と特性、は第5
図に示した露光(C1=C2=C3=C4=4×C5)を行った場
合の特性、はC1=C2=C3=C4=8×C5の露光を行った
場合の特性である。
The output voltage of each pixel is proportional to the sum of the charge amounts of the pixels at the times of t 1 , t 2 , t 3 , t 4 , and t 5 , and this state is shown in FIG. This figure shows the relationship between the luminance L and the output voltage V. Here, L A is the luminance in the characteristic A of FIG. 5, L B is the luminance in the characteristic B of FIG. 5, L C is the luminance in the characteristic C of FIG. 5, and L D is the luminance in the characteristic D of FIG. Is. The characteristics are the same as those when the conventional exposure is performed,
The characteristic when the exposure (C1 = C2 = C3 = C4 = 4 × C5) shown in the figure is the characteristic when the exposure of C1 = C2 = C3 = C4 = 8 × C5 is performed.

この図の及びから明らかなように、第5図の露光
を行うことにより、高輝度域(LA〜LC)で出力が圧縮さ
れることで、通常の露光に比較して約3倍のダイナミッ
クレンジが得られる。
As is clear from and in this figure, by performing the exposure of FIG. 5, the output is compressed in the high luminance region (L A to L C ), which is about three times as high as that of the normal exposure. A dynamic range can be obtained.

また、C1=C2=C3=C4=8×C5の露光を行うと、LA
LDの高輝度域で出力が圧縮されて、ダイナミックレンジ
は約7倍になる。
When C1 = C2 = C3 = C4 = 8 × C5 is exposed, L A ~
The output is compressed in the high luminance range of L D , and the dynamic range becomes about 7 times.

ところで、以上の動作で重要なのはC1〜C5の比率であ
って、絶対値は重要ではない。例えば、レンズのF値が
2.8のときとF値が4のときとでは、第6図の特性の形
は変わらないが、輝度が2倍になる。また、C1〜C5の比
率をそのままにして時間を半分にすると、第6図の特性
の形は変わらずに輝度が2倍になる。
By the way, the ratio of C1 to C5 is important in the above operation, and the absolute value is not important. For example, if the F value of the lens is
Although the shape of the characteristic in FIG. 6 does not change between 2.8 and when the F value is 4, the brightness is doubled. Further, if the ratio of C1 to C5 is left unchanged and the time is halved, the shape of the characteristic of FIG. 6 does not change and the luminance doubles.

一例として、t1−t0=t2−t1=t3−t2=t4−t3=1/25
0秒,t5−t4=1/1000秒として説明する。輝度LCの画素は
t0〜t1,t1〜t2,t2〜t3,t3〜t4の各期間の初めの1/1000
秒で信号が飽和し(第5図C)、残りの時間は露光時間
としては意味がない。最後の1/1000秒(t4〜t5)では飽
和が起こらないため、露光時間として意味がある。従っ
て、この画素については実質的な露光時間は5×1/1000
=1/200秒となる。同様に、輝度LBの画素はt0〜t1,t1
t2,t2〜t3,t3〜t4の各期間の初めの1/500秒で信号が飽
和し(第5図B)、残りの時間は露光時間としては意味
がない。最後の1/1000秒(t4〜t5)では飽和が起こらな
いため、露光時間として意味がある。従って、この画素
については実質的な露光時間は4×1/500+1/1000=1/1
11秒となる。また同様に、輝度LAの画素はt0〜t1,t1〜t
2,t2〜t3,t3〜t4の各期間の初めの1/250秒で信号が飽和
し(第5図A)、残りの時間は露光時間としては意味が
ない。最後の1/1000秒(t4〜t5)では飽和が起こらない
ため、露光時間として意味がある。従って、この画素に
ついては実質的な露光時間は4×1/250+1/1000=1/59
秒となる。輝度LAより暗い画素は、全ての露光時間が有
効なので、同様に1/59秒となる。すなわち、暗い画素の
露光時間を長めにし、明るい画素の露光時間を短めにす
ることによりダイナミックレンジを広げていることにな
る。
As an example, t 1 −t 0 = t 2 −t 1 = t 3 −t 2 = t 4 −t 3 = 1/25
0 seconds, described as t 5 -t 4 = 1/1000 seconds. The pixel of brightness L C is
t 0 ~t 1, t 1 ~t 2, t 2 ~t 3, t 3 1/1000 of the beginning of each period of ~t 4
The signal saturates in seconds (Fig. 5C) and the remaining time is meaningless as the exposure time. Since the saturation does not occur in the last 1/1000 second (t 4 to t 5 ), it is meaningful as the exposure time. Therefore, the actual exposure time for this pixel is 5 × 1/1000.
= 1/200 second. Similarly, the pixel of the luminance L B t 0 ~t 1, t 1 ~
t 2, t 2 ~t 3, the signal at 1/500 second at the beginning of each period of t 3 ~t 4 saturates (FIG. 5 B), is meaningless as the rest of the time exposure time. Since the saturation does not occur in the last 1/1000 second (t 4 to t 5 ), it is meaningful as the exposure time. Therefore, the actual exposure time for this pixel is 4 × 1/500 + 1/1000 = 1/1
It will be 11 seconds. Similarly, the pixels of the brightness L A are t 0 to t 1 , t 1 to t.
2, t 2 ~t 3, t 3 signal at 1/250 sec at the beginning of each period of ~t 4 is saturated (FIG. 5 A), is meaningless as the rest of the time exposure time. Since the saturation does not occur in the last 1/1000 second (t 4 to t 5 ), it is meaningful as the exposure time. Therefore, the actual exposure time for this pixel is 4 x 1/250 + 1/1000 = 1/59
Seconds. Pixels darker than the brightness L A are all 1/59 seconds because all exposure times are valid. That is, the dynamic range is widened by increasing the exposure time of dark pixels and shortening the exposure time of bright pixels.

第7図は、C1=C2=4×C3=4×C4=16×C5の場合を
示した特性図である。この図でも輝度はA,B,…,Eまでそ
れぞれ2倍ずつになっている。このような露光を行った
ときの輝度と出力電圧との関係を示したのが第8図であ
る。この第8図は通常の露光を行ったときの特性であ
る。この特性では、暗部では良好な出力が得られるが、
輝度が少し大きくなると飽和してしまう。従って、ダイ
ナミックレンジが極めて狭い。または絞りまたはシャ
ッター速度を調節して通常の露光を行ったときの特性で
ある。このようにすると、ダイナミックレンジはある程
度広がるが、暗部では出力が小さくS/Nが悪くなる。従
って、この場合も満足な結果が得られない。に示す方
法は第7図で説明した方法である。この特性は、暗部で
は十分な出力が得られ、かつ高輝度部でも飽和すること
がない。そして、中間部の傾きは高輝度部と低輝度部の
中間であり、見易い画像が得られる。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a case of C1 = C2 = 4 × C3 = 4 × C4 = 16 × C5. In this figure, the brightness is doubled up to A, B, ..., E. FIG. 8 shows the relationship between the luminance and the output voltage when such exposure is performed. FIG. 8 shows the characteristics when ordinary exposure is performed. With this characteristic, good output can be obtained in the dark area,
It becomes saturated when the brightness increases a little. Therefore, the dynamic range is extremely narrow. It is also a characteristic when normal exposure is performed by adjusting the aperture or shutter speed. If this is done, the dynamic range will be expanded to some extent, but the output will be small and the S / N will be poor in dark areas. Therefore, also in this case, a satisfactory result cannot be obtained. The method shown in is the method described in FIG. With this characteristic, a sufficient output can be obtained in the dark area, and it is not saturated even in the high brightness area. Then, the inclination of the intermediate portion is between the high luminance portion and the low luminance portion, and an image that is easy to see can be obtained.

第9図は、C1=4×C2=4×C3=4×C4=16×C5の場
合を示した特性図である。この図でも輝度はA,B,…,Eま
でそれぞれ2倍ずつになっている。このような露光を行
ったときの輝度と出力電圧との関係を示したのが第10図
である。輝度と出力の特性は、第8図の場合と同様に2
箇所で折れ曲がっているが、折れ曲がるポイント及び傾
きが若干異なっている。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a case of C1 = 4 × C2 = 4 × C3 = 4 × C4 = 16 × C5. In this figure, the brightness is doubled up to A, B, ..., E. FIG. 10 shows the relationship between the luminance and the output voltage when such exposure is performed. The brightness and output characteristics are the same as in the case of FIG.
Although it is bent at some points, the bending point and the inclination are slightly different.

このように、C1〜C5の組み合わせを変えることで、輝
度−出力電圧特性を自由に設計することができる。ま
た、以上の例では露光時間の種類は3種類であったが、
4種類や5種類にすることも可能である。更に、露光,
電荷移動の回数は5回だけでなく、受光部と転送部の容
量の比に応じて増減することが可能である。
In this way, by changing the combination of C1 to C5, the luminance-output voltage characteristic can be freely designed. Also, in the above example, there are three types of exposure time,
It is also possible to use four or five types. In addition, the exposure,
The number of times of charge transfer is not limited to 5, but can be increased or decreased depending on the ratio of the capacities of the light receiving section and the transfer section.

尚、通常のCCDではフィールドの撮影しか出来ない
が、奇数フィールドと偶数フィールドでそれぞれ別個に
垂直転送部を有するCCDではフレーム撮影も可能であ
る。
Note that while normal CCDs can only shoot fields, CCDs that have separate vertical transfer units for odd fields and even fields can also shoot frames.

以上の説明は静止画を撮影する場合であるが、上記の
奇数フィールドと偶数フィールドでそれぞれ別個に垂直
転送部を有するCCD若しくはFIT−CCDの場合は、動画に
も適用することが可能である。
The above description is for the case of shooting a still image, but in the case of the CCD or the FIT-CCD having the above-mentioned odd field and even field which have separate vertical transfer portions, it can be applied to a moving image.

第11図はFIT−CCDの構造を示す構成図である。この図
において、第1図と同一物には同一番号を付し、その説
明は省略する。第1図に示したCCDと異なる点は、各画
素に対応して電荷を記憶するメモリ部5を有しているこ
とである。
FIG. 11 is a block diagram showing the structure of FIT-CCD. In this figure, the same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. The difference from the CCD shown in FIG. 1 is that it has a memory unit 5 for storing charges corresponding to each pixel.

このFIT−CCDをフィールド蓄積モードで駆動するため
のパルスを第12図に示す。すなわち、受光部と垂直転送
部の間で複数回電荷移動を行って、露光終了後に垂直転
送部上の電荷を高速にメモリ部に転送し、メモリ部から
ビデオレートで読み出す。メモリ部で読出しを行ってい
る期間に、受光部では次のフィールドの露光を行ってい
る。ここで、ビデオ信号として出力するために、C1+C2
+C3+C4+C5≦1/60秒という条件が加わるが、それ以外
は静止画の場合と同じである。この場合通常は、C1+C2
+C3+C4+C5=1/60秒であるが、途中で信号電荷の掃き
出しができるようなCCD(例えば、オーバーフロードレ
イン(OFD)に電荷を捨てることが可能なCCD)の場合
は、C1+C2+C3+C4+C5<1/60秒とすることもできる。
FIG. 12 shows pulses for driving the FIT-CCD in the field storage mode. That is, charge transfer is performed a plurality of times between the light receiving unit and the vertical transfer unit, and after the exposure is completed, the charges on the vertical transfer unit are transferred to the memory unit at high speed and read from the memory unit at the video rate. While the memory unit is reading, the light receiving unit is exposing the next field. Here, in order to output as a video signal, C1 + C2
+ C3 + C4 + C5 ≤ 1/60 second condition is added, but other than that, it is the same as for still images. In this case, normally C1 + C2
+ C3 + C4 + C5 = 1/60 seconds, but in the case of a CCD that can sweep out the signal charge in the middle (for example, a CCD that can discard the charge to the overflow drain (OFD)), C1 + C2 + C3 + C4 + C5 <1/60 seconds You can also do it.

また、このFIT−CCDをフレーム蓄積モードで駆動する
ためのパルスを第13図に示す。ここでは、まず逆転送に
より電荷の掃き出しを行う。そして、受光部と垂直転送
部の間で複数回電荷移動を行って、露光終了後に垂直転
送部上の電荷を高速にメモリ部に転送し、メモリ部から
ビデオレートで読み出す。メモリ部で読出しを行ってい
る期間に、受光部では次のフィールドの露光を行ってい
る。各フィールドごとにC1+C2+C3+C4+C5≦1/60秒の
露光を行うことも同じである。また、OFDに電荷を捨て
ることができるFIT−CCDでは、逆転送のパルス列の代わ
りにOFCGへのパルスが加わる。
Further, FIG. 13 shows pulses for driving the FIT-CCD in the frame accumulation mode. Here, charges are first swept out by reverse transfer. Then, charges are transferred between the light receiving portion and the vertical transfer portion a plurality of times, and after the exposure is completed, the charges on the vertical transfer portion are transferred to the memory portion at high speed and read from the memory portion at the video rate. While the memory unit is reading, the light receiving unit is exposing the next field. It is the same as performing exposure of C1 + C2 + C3 + C4 + C5 ≦ 1/60 seconds for each field. Further, in FIT-CCD capable of discarding charges in OFD, a pulse to OFCG is added instead of the pulse train for reverse transfer.

フレーム蓄積モードの他の例として、第15図に示すよ
うなものも考えられる。この場合は、逆転送の掃き出し
がなく、また片側のフィールドの信号に対し露光,蓄
積,電荷移動を行っている期間は他のフィールドの信号
は動かせないので、その間露光,蓄積を続けることにな
る。従って、この場合は、C1≧1/60秒,C1+C2+C3+C4
+C5=1/30秒という条件がつく。
As another example of the frame accumulation mode, the one shown in FIG. 15 can be considered. In this case, the reverse transfer is not swept out, and the signal of the other field cannot be moved while the signal of the field on one side is being exposed, accumulated, and moved, so that the exposure and accumulation are continued during that period. . Therefore, in this case, C1 ≧ 1/60 seconds, C1 + C2 + C3 + C4
The condition of + C5 = 1/30 seconds is added.

フレーム蓄積モードの更に他の例として、第16図に示
すようなものも考えられる。これは、OFDに電荷を捨て
ることができるCCDを使用した例である。OFDへ電荷を捨
てることができるので、第15図の場合のような条件はつ
かない。
As another example of the frame accumulation mode, the one shown in FIG. 16 is also conceivable. This is an example of using a CCD that can discard charges in OFD. Since the charge can be dumped into OFD, the condition as in the case of FIG. 15 does not apply.

OFDに電荷を捨てる際に片側のフィールドのみ捨てる
ような制御が可能であれば、第17図のようなパルスで駆
動し、条件としてはC1+C2+C3+C4+C5≦1/30秒だけで
ある。但し、OFDに電荷を捨てる際に両側のフィールド
の信号が捨てられてしまうものでは、その影響を考慮す
る必要がある。すなわち、第16図に示した場合は良い
が、第18図のような場合はC3の露光・蓄積時間はC3′で
ある。
If control is possible such that only one side of the field is discarded when the charges are discarded in OFD, the pulse is driven as shown in FIG. 17, and the condition is only C1 + C2 + C3 + C4 + C5 ≦ 1/30 seconds. However, if the signals of the fields on both sides are discarded when the charges are discarded in the OFD, it is necessary to consider the effect. That is, the case shown in FIG. 16 is good, but in the case shown in FIG. 18, the exposure / accumulation time of C3 is C3 ′.

奇数フィールドと偶数フィールドでそれぞれ別個に垂
直転送部を有するCCDでは、各フィールドそれぞれ全く
任意のタイミングで受光部−垂直転送部間の移動ができ
るので、C1+C2+C3+C4+C5=1/30秒の条件のもとでは
自由にC1〜C5を設定できる。C1+C2+C3+C4+C5<1/30
秒にできるか否かは、OFDに電荷を捨てることができる
かによる。
With a CCD that has separate vertical transfer sections for odd fields and even fields, each field can be moved between the light-receiving section and the vertical transfer section at any timing, so under the condition of C1 + C2 + C3 + C4 + C5 = 1/30 seconds You can freely set C1 to C5. C1 + C2 + C3 + C4 + C5 <1/30
Whether or not it can be done in seconds depends on whether the charge can be discarded in OFD.

尚、C1〜C5の比率により特性が決定されるため、比率
を固定したままで、全体の露光時間を調節することによ
り、影響可能輝度範囲をシフトすることができる。
Since the characteristic is determined by the ratio of C1 to C5, the influential luminance range can be shifted by adjusting the total exposure time while keeping the ratio fixed.

また、画像の内容によって最適な輝度−出力電圧特性
カーブが異なることがあるが、この様なときでも、パル
スのタイミングを変えることで容易に対応することがで
きる。
Also, the optimum luminance-output voltage characteristic curve may differ depending on the content of the image, but even in such a case, it can be easily dealt with by changing the pulse timing.

(発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明では、受光部で発
生した電荷を、受光部と垂直転送部の容量に応じて複数
回に分けて読出し、垂直転送部上で加算して読み出すよ
うにした。このため、高輝度域でも固体撮像素子の出力
が飽和せず、ダイナミックレンジが広がる。従って、固
体撮像素子のダイナミックレンジを十分に利用し、かつ
広い輝度範囲の光電変換出力を得ることの可能な撮像装
置を実現することができる。
(Effects of the Invention) As described in detail above, in the present invention, the charges generated in the light receiving section are read out in a plurality of times according to the capacities of the light receiving section and the vertical transfer section, and are added on the vertical transfer section. I read it. For this reason, the output of the solid-state imaging device is not saturated even in the high brightness region, and the dynamic range is expanded. Therefore, it is possible to realize an image pickup apparatus which can fully utilize the dynamic range of the solid-state image pickup element and can obtain photoelectric conversion output in a wide luminance range.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例の構成を示す構成図、第2図
及び第3図は固体撮像素子のポテンシャルを示す説明
図、第4図は駆動パルスを示すタイムチャート、第5図
乃至第10図は本発明の固体撮像素子の特性図、第11図は
FIT−CCDの構成を示す構成図、第12図乃至第18図は駆動
パルスの他の例を示すタイムチャート、第19図及び第20
図は従来の固体撮像素子の特性図である。 1……固体撮像素子、2……受光部 3……垂直転送部、4……水平転送部
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are explanatory diagrams showing a potential of a solid-state image pickup device, FIG. 4 is a time chart showing a driving pulse, and FIGS. FIG. 10 is a characteristic diagram of the solid-state imaging device of the present invention, and FIG. 11 is
The configuration diagram showing the configuration of the FIT-CCD, FIGS. 12 to 18 are time charts showing other examples of drive pulses, FIGS. 19 and 20.
The figure is a characteristic diagram of a conventional solid-state imaging device. 1 ... Solid-state image sensor, 2 ... Light receiving unit 3 ... Vertical transfer unit, 4 ... Horizontal transfer unit

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】外部からの入射光を電荷に変換する受光
部,受光部からの電荷を垂直方向に転送する垂直転送
部,垂直転送部からの電荷を水平方向に転送する水平転
送部を備えた固体撮像素子と、 この固体撮像素子に駆動パルスを供給する固体撮像素子
駆動手段とを有し、 前記固体撮像素子駆動手段は、1垂直走査期間内に複数
の異なる時間間隔の信号読出しのためのパルスを出力
し、 受光部で発生した電荷を複数回の異なる時間間隔に分け
て垂直転送部に移動させ、この電荷を垂直転送部上で加
算して読出すよう構成したことを特徴とする撮像装置。
1. A light receiving portion for converting incident light from the outside into an electric charge, a vertical transfer portion for vertically transferring the electric charge from the light receiving portion, and a horizontal transfer portion for horizontally transferring the electric charge from the vertical transfer portion. A solid-state image sensor, and solid-state image sensor driving means for supplying a driving pulse to the solid-state image sensor. The solid-state image sensor driving means is for reading signals at a plurality of different time intervals within one vertical scanning period. Is configured to output the pulse of, the charge generated in the light receiving unit is moved to the vertical transfer unit at a plurality of different time intervals, and the charges are added and read on the vertical transfer unit. Imaging device.
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