JP2889103B2 - 固体撮像素子の駆動方法 - Google Patents
固体撮像素子の駆動方法Info
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Description
ックレンジを拡大することができる固体撮像素子の駆動
方法に関するものである。
普及しており、低照度から高照度までの広い被写体照度
の範囲において鮮明な画像が得られるように、固体撮像
素子としては、より広いダイナミックレンジの実現が求
められている。
いて説明する。
4において、1は第1群の光電変換素子、2は第2群の
光電変換素子、3は第1群の光電変換素子1及び第2群
の光電変換素子2に蓄積された信号電荷を垂直方向に転
送する垂直転送部、4は垂直転送部3から転送される信
号電荷を水平方向に転送する水平転送部、5は水平転送
部4からの信号電荷を信号電圧に変換して出力する信号
電荷検出部、Voは信号電荷検出部5から出力される信
号出力をそれぞれ示している。また、本固体撮像素子
は、半導体基板に電圧を加えることにより、第1群の光
電変換素子1及び第2群の光電変換素子2に蓄積された
電荷を基板方向に排出する構造を有している。
ミングを示しており、図5において、BLKは帰線消去
信号、CH1は第1群の光電変換素子1から電荷を読み
出すタイミング、CH2は第2群の光電変換素子2から
電荷を読み出すタイミング、SUBは固体撮像素子の半
導体基板に電圧を加えて第1群の光電変換素子1及び第
2群の光電変換素子2に蓄積された電荷を基板方向に排
出するタイミングを示している。
固体撮像素子の駆動方法について説明する。
た信号電荷を垂直帰線消去期間内のCH1のaのタイミ
ングにおいて垂直転送部3に読み出し、次に、第2群の
光電変換素子2に蓄積された信号電荷を垂直帰線消去期
間内のCH2のbのタイミングにおいて垂直転送部3に
読み出す。その後、第1群の光電変換素子1から読み出
された信号電荷と第2群の光電変換素子2から読み出さ
れた信号電荷とを垂直転送部3において混合し、混合さ
れた信号電荷を水平転送部4を経て信号電荷検出部5に
転送し、信号電荷検出部5において信号出力Voに変換
する。
関係を示しており、グラフ1は固体撮像素子の駆動を行
なった時の被写体照度に対する信号出力Voの関係を示
し、グラフ2は固体撮像素子の駆動に加えて図5に示す
SUBのcのタイミングで半導体基板に電圧を印加し光
電変換部の電荷を基板方向に排出した時の被写体照度に
対する信号出力Voの関係を示している。図6に示すよ
うに、グラフ1では照度6で信号出力Voは飽和する。
これに対して第1群の光電変換素子1及び第2群の光電
変換素子2に蓄積された電荷をSUBのcのタイミング
で基板方向に排出し電荷蓄積時間を短くすることによ
り、グラフ2に示すように信号出力Voは照度7で飽和
する。つまりグラフ2の状態においてはグラフ1の状態
に比べて信号出力Voが飽和する照度は高くなる。
来の固体撮像素子の駆動方法によると、垂直帰線消去期
間内に読み出される信号電荷については、固体撮像素子
の光電変換特性が1つに限られているため、明暗差の大
きな被写体を撮像したときに高照度部の信号出力Voが
飽和しないように第1群及び第2群の光電変換素子1,
2の電荷蓄積時間を短くすると低照度部の信号出力Vo
が小さくなり映像信号のS/Nが悪くなり、逆に、低照
度部のS/Nを高くするために第1群及び第2群の光電
変換素子1,2の電荷蓄積時間を長くすると高照度部の
信号出力Voが飽和してしまう。
によると、固体撮像素子のダイナミックレンジに限界が
あり、低照度から高照度までの広い被写体照度の範囲に
おいて満足できる鮮明な画像が得られないという問題が
ある。
イナミックレンジを拡大し、低照度から高照度までの広
い被写体照度の範囲において鮮明な画像が得られるよう
にすることを目的とする。
め、請求項1の発明が具体的に講じた解決手段は、第1
群の光電変換素子と第2群の光電変換素子とが二次元的
に配列されてなる光電変換部と、該光電変換部に蓄積さ
れる信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、該垂
直転送部から転送されてくる信号電荷を水平方向に転送
する水平転送部と、該水平転送部からの信号電荷を信号
電圧又は信号電流に変換して出力する信号電荷検出部と
を備え、前記光電変換部に蓄積された電荷を任意に排出
することができる電荷排出構造を有する固体撮像素子の
駆動方法を対象とし、前記第1群の光電変換素子に蓄積
された電荷を前記垂直転送部へ読み出した後、前記光電
変換部に蓄積された電荷を排出し、次に、前記第2群の
光電変換素子に蓄積された電荷を前記垂直転送部へ読み
出し、次に、電荷蓄積時間が互いに異なる前記第1群の
光電変換素子から読み出した信号電荷と前記第2群の光
電変換素子から読み出した信号電荷とをそれぞれ独立に
前記信号電荷検出部から出力する構成とするものであ
る。
記電荷排出構造は半導体基板に電圧を加えることによっ
て前記光電変換部に蓄積された電荷を排出する構造であ
り、前記光電変換部に蓄積された電荷を排出する工程は
半導体基板に電圧を加えて前記光電変換部に蓄積された
電荷を排出する工程であるという構成を付加するもので
ある。
おいて第1群の光電変換素子1及び第2群の光電変換素
子2から読み出される信号電荷をそれぞれ独立して出力
するため、電荷蓄積時間が互いに異なる2つの信号出
力、すなわち互いに異なる2種の光電変換特性を有する
信号出力を同時に得ることができる。
を加えることによって光電変換部に蓄積された電荷を排
出するので、光電変換部に蓄積された電荷の排出が容易
である。
図4を参照しながら説明する。
明の一実施例に係る駆動方法が適用される固体撮像素子
と同様である。従って、ここでは、固体撮像素子の構造
についての説明は省略する。
子の駆動方法の駆動タイミングを示すものであり、図1
において、BLKは帰線消去信号、CH1は第1群の光
電変換素子1から電荷を読み出すタイミング、CH2は
第2群の光電変換素子2から電荷を読み出すタイミン
グ、SUBは固体撮像素子の半導体基板に電圧を加えて
第1群の光電変換素子1及び第2群の光電変換素子2に
蓄積された電荷を基板方向に排出するタイミング、T1
は第1群の光電変換素子1から読み出される信号電荷の
電荷蓄積時間、T2は第2群の光電変換素子2から読み
出される信号電荷の電荷蓄積時間をそれぞれ示してい
る。
子の駆動方法について説明する。
た信号電荷を垂直帰線消去期間内においてCH1のAの
タイミングで垂直転送部3に読み出し、その後、SUB
のCのタイミングで半導体基板に電圧を加えて第1群の
光電変換素子1及び第2群の光電変換素子2からなる光
電変換部の電荷を基板方向に排出した後、第2群の光電
変換素子2に蓄積された信号電荷をCH2のBのタイミ
ングで垂直転送部3に読み出す。次に、第1群の光電変
換素子1及び第2群の光電変換素子2から読み出された
それぞれの信号電荷を混合することなく水平転送部4を
経て信号電荷検出部5に転送し、信号電荷検出部5にお
いて信号出力Voに変換する。
出された信号電荷の電荷蓄積時間は、SUBのDのタイ
ミングで第1群の光電変換素子1及び第2群の光電変換
素子2からなる光電変換部の電荷を基板方向に排出して
からCH1のAのタイミングで垂直転送部3に読み出す
までの時間T1であり、第2群の光電変換素子2から読
み出された信号電荷の電荷蓄積時間はSUBのCのタイ
ミングで第1群の光電変換素子1及び第2群の光電変換
素子2からなる光電変換部の電荷を基板方向に排出して
からCH2のBのタイミングで垂直転送部3に読み出す
までの時間T2である。よって、両者の電荷蓄積時間の
関係はT2<<T1である。
方法における被写体照度に対する信号出力Voの関係を
示したものである。図2において、グラフ3は第1群の
光電変換素子1から読み出された信号電荷についての被
写体照度に対する信号出力Voの関係を示し、グラフ4
は第2群の光電変換素子2から読み出された信号電荷に
ついての被写体照度に対する信号出力Voの関係を示し
ている。電荷蓄積時間がT1である第1群の光電変換素
子1から読み出された信号電荷による信号出力Voは照
度8で飽和する。これに対して、電荷蓄積時間がT1よ
りも短い第2群の光電変換素子2から読み出された信号
電荷による信号出力Voは、第1群の光電変換素子1か
ら読み出された信号電荷による信号出力Voが飽和する
照度8よりも更に高い照度である照度9で飽和する。
第1群の光電変換素子1及び第2群の光電変換素子2か
ら読み出される信号電荷をそれぞれ独立して出力するこ
とにより、電荷蓄積時間が互いに異なる2つの信号出
力、すなわち互いに異なる2種の光電変換特性を有する
信号出力を同時に得ることができる。
際において、第1群の光電変換素子1から読み出された
信号出力Voが飽和するグラフ3に示す照度8よりも高
い高照度部については、グラフ4に示すような信号出力
Voが飽和に達していない第2群の光電変換素子2から
読み出された信号出力Voを映像信号として用い、照度
8よりも低い照度部については信号出力が大きい第1群
の光電変換素子1から読み出された信号出力Voを映像
信号として用いることにより、被写体の低照度の部分か
ら高照度な部分まで鮮明な映像信号が得られる。すなわ
ち、固体撮像素子のダイナミックレンジを拡大すること
ができる。
動方法における被写体照度に対する映像信号出力の関係
を示したものであり、照度8よりも低い照度部について
は信号出力が大きい第1群の光電変換素子1から読み出
された信号出力Voを映像信号として用い、照度8より
も高い照度部については第2群の光電変換素子2から読
み出された信号出力Voを映像信号として用いることに
よってグラフ5に示すような光電変換特性を得ることが
できる。
は、照度8付近の被写体照度では映像信号の輝度レベル
の変化は連続的ではないが、本実施例に係る固体撮像素
子の駆動方法によると、映像信号が飽和することなく被
写体の低照度の部分から高照度な部分まで鮮明な映像信
号が得ることができ、その効果は絶大である。
転送部を用いて駆動方法を説明したが、複数の水平転送
部を有する構成の固体撮像素子を用いてもよい。
に電圧を加えることにより光電変換素子に蓄積された電
荷を排出する構造の固体撮像素子を用いて駆動方法を説
明したが、光電変換素子に蓄積された電荷を任意に外部
に排出できる構造のものであれば如何なる構造の固体撮
像素子を用いてもよい。
係る固体撮像素子の駆動方法によると、垂直帰線消去期
間内において第1群の光電変換素子1及び第2群の光電
変換素子2から読み出される信号電荷をそれぞれ独立に
信号電荷検出部から出力するため、電荷蓄積時間が互い
に異なる2つの信号出力、すなわち互いに異なる2種の
光電変換特性を有する信号出力を同時に得ることができ
るので、明暗差の大きな被写体を撮像した際に、被写体
における照度分布に対応して前記2つの信号のいずれか
をサンプリングすることにより、高照度部及び低照度部
のいずれの部分においても、S/Nの悪化を招くことな
く固体撮像素子のダイナミックレンジを拡大することが
できる。
方法によると、半導体基板に電圧を加えることによって
光電変換部に蓄積された電荷を排出するので、光電変換
部に蓄積された電荷の排出が容易である。
法における駆動タイミングを示す図である。
駆動タイミングによる被写体照度に対する信号出力Vo
の関係を示す図である。
駆動タイミングによる被写体照度に対する映像信号出力
の関係を示す図である。
動方法が適用される固体撮像素子の模式図である。
イミングを示す図である。
グによる被写体照度に対する信号出力Voの関係を示す
図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 第1群の光電変換素子と第2群の光電変
換素子とが二次元的に配列されてなる光電変換部と、該
光電変換部に蓄積される信号電荷を垂直方向に転送する
垂直転送部と、該垂直転送部から転送されてくる信号電
荷を水平方向に転送する水平転送部と、該水平転送部か
らの信号電荷を信号電圧又は信号電流に変換して出力す
る信号電荷検出部とを備え、前記光電変換部に蓄積され
た電荷を任意に排出することができる電荷排出構造を有
する固体撮像素子の駆動方法であって、前記第1群の光
電変換素子に蓄積された電荷を前記垂直転送部へ読み出
した後、前記光電変換部に蓄積された電荷を排出し、次
に、前記第2群の光電変換素子に蓄積された電荷を前記
垂直転送部へ読み出し、次に、電荷蓄積時間が互いに異
なる前記第1群の光電変換素子から読み出した信号電荷
と前記第2群の光電変換素子から読み出した信号電荷と
をそれぞれ独立に前記信号電荷検出部から出力すること
を特徴とする固体撮像素子の駆動方法。 - 【請求項2】 前記電荷排出構造は半導体基板に電圧を
加えることによって前記光電変換部に蓄積された電荷を
排出する構造であり、前記光電変換部に蓄積された電荷
を排出する工程は半導体基板に電圧を加えて前記光電変
換部に蓄積された電荷を排出する工程であることを特徴
とする請求項1に記載の固体撮像素子の駆動方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5321527A JP2889103B2 (ja) | 1993-12-21 | 1993-12-21 | 固体撮像素子の駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5321527A JP2889103B2 (ja) | 1993-12-21 | 1993-12-21 | 固体撮像素子の駆動方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07177433A JPH07177433A (ja) | 1995-07-14 |
JP2889103B2 true JP2889103B2 (ja) | 1999-05-10 |
Family
ID=18133570
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5321527A Expired - Fee Related JP2889103B2 (ja) | 1993-12-21 | 1993-12-21 | 固体撮像素子の駆動方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2889103B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6903770B1 (en) | 1998-07-27 | 2005-06-07 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Digital camera which produces a single image based on two exposures |
-
1993
- 1993-12-21 JP JP5321527A patent/JP2889103B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07177433A (ja) | 1995-07-14 |
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