JP3441741B2 - Solid-state imaging device - Google Patents
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Landscapes
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Description
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置に係り、
特にランダムアクセス手段を備えた固体撮像装置に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image pickup device ,
In particular, the present invention relates to a solid-state image pickup device provided with a random access means.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、固体撮像装置において画像信号を
取り込む場合、同一画面内に明るい部分と暗い部分があ
り、どちらか一方に合わせて露光すると、明るい部分が
飽和して白く飛んだり、暗い部分が黒くつぶれたりする
という現象があり、再生画像を著しく劣化させていた。2. Description of the Related Art Conventionally, when capturing an image signal in a solid-state image pickup device, there are a bright portion and a dark portion in the same screen, and when exposure is performed in accordance with either one, the bright portion is saturated and the white portion or the dark portion is blown. However, the reproduced image was significantly deteriorated.
【0003】この現象を改善する方法として、1回目の
露光後に画像信号を画像メモリに記憶するとともに、明
るい部分か暗い部分を検出し、露光量を調節して2回目
の露光を行い、再度画像信号の読み直しを行うことで、
1回目の露光で画像が劣化した部分のみ画像メモリを書
き換えるという方法がある。As a method for improving this phenomenon, the image signal is stored in the image memory after the first exposure, the bright portion or the dark portion is detected, the exposure amount is adjusted, the second exposure is performed, and the image is re-imaged. By rereading the signal,
There is a method of rewriting the image memory only in a portion where the image is deteriorated by the first exposure.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
CCDイメージセンサやMOS型イメージセンサ等の水
平方向・垂直方向に配列された複数の画素を用いた固体
撮像素子は、上記の改善方法では2回目の露光後に全て
の画素の読み出しを行わなければならないので、読み直
しを行った回数だけ撮影時間が長くなるという問題点
や、画像信号を記憶するためのメモリが必要であるた
め、装置の小型化やコストの低減がむずかしいと言った
問題点があった。However, the solid-state image pickup device using a plurality of pixels arranged in the horizontal direction and the vertical direction, such as the conventional CCD image sensor or MOS type image sensor, is the second one in the above improvement method. Since all pixels have to be read out after the exposure of, the problem that the photographing time becomes longer by the number of times of re-reading, and the memory for storing the image signal is required, so that the device can be downsized and There was a problem that cost reduction was difficult.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置
は、垂直方向及び水平方向に画素を複数備え、各画素
が、光電変換素子と、水平アドレス及び垂直アドレスの
指定をそれぞれ受けることによって前記光電変換素子に
蓄積した電荷を掃き出すリセット手段と、水平アドレス
及び垂直方向のアドレスの指定をそれぞれ受けることに
よって前記光電変換素子に蓄積した電荷を信号としてサ
ンプルホールドするサンプルホールド手段と、水平アド
レス及び垂直方向のアドレスの指定をそれぞれ受けるこ
とによって前記画素から選択的に前記信号を読み出すア
クセス手段とを含んでなる撮像領域と、 水平アドレス、
垂直アドレスを指定することにより所望の画素を指定し
て、指定された画素の前記アクセス手段を制御し、水平
アドレス、垂直アドレスを指定することにより所望の画
素を指定して、指定された画素の前記リセット手段を制
御し、水平アドレス、垂直アドレスを指定することによ
り所望の画素を指定して、指定された画素の前記サンプ
ルホールド手段を制御するデコーダと、を設けた固体撮
像素子と、 前記固体撮像素子の前記デコーダによって読
み出された撮像領域に含まれる複数の画素からの信号
と、所定の基準レベル信号とを比較する比較手段と、 前
記固体撮像素子の露光条件を制御する露光制御手段と、
読み出された前記信号のレベルが所定の信号レベルの範
囲外にあると前記比較手段により判断された第1の画素
のリセット手段及びサンプルホールド手段を動作させ、
読み出された前記信号のレベルが所定の信号レベルの範
囲内にあると前記比較手段により判断された第2の画素
のリセット手段及びサンプルホールド手段を動作させな
いように、前記デコーダに制御信号を送るとともに、露
光条件を他の条件に設定するために前記露光制御手段に
制御信号を送り、さらに、新たに設定された露光条件で
得られる前記第1の画素に含まれる光電変換素子からの
信号をサンプルホールドし、この信号のレベルが所定の
信号レベルに範囲内にあると前記比較手段により判断さ
れたときに、前記第1の画素及び前記第2の画素を含む
複数の画素の信号を信号処理回路へ出力するように前記
デコーダへ制御信号 を送る制御信号発生手段と、 を備え
たことを特徴とする。 Solid-state imaging according to the present inventionapparatus
IsEach pixel has multiple pixels in the vertical and horizontal directions.
Of the photoelectric conversion element and the horizontal and vertical addresses
By receiving each designation, the photoelectric conversion element
Reset means to sweep out accumulated charge and horizontal address
And to receive vertical address designation respectively
Therefore, the charge accumulated in the photoelectric conversion element is used as a signal.
Sample hold means for sample hold and horizontal add
Address and vertical address designation respectively.
And to selectively read the signal from the pixel.
An imaging area including access means, Horizontal address,
Specify the desired pixel by specifying the vertical address
Control the access means of a specified pixel,
Specify the desired address by specifying the address and vertical address.
Specify the element to control the resetting means of the specified pixel.
By specifying the horizontal address and vertical address.
The desired pixel is specified, and the sample of the specified pixel is
A solid-state imaging device provided with a decoder for controlling the hold means.
An image element, Read by the decoder of the solid-state image sensor
Signals from multiple pixels included in the projected imaging area
And a comparison means for comparing a predetermined reference level signal, Previous
Exposure control means for controlling the exposure conditions of the solid-state image sensor;
The level of the read signal is within a predetermined signal level range.
The first pixel determined by the comparison means to be outside the area
To operate the reset means and the sample hold means of
The level of the read signal is within a predetermined signal level range.
The second pixel which is judged by the comparing means to be in the area
Do not operate the reset means and sample hold means of
Control signal to the decoder,
The exposure control means for setting the light condition to another condition
Send a control signal and then set the exposure condition
From the photoelectric conversion element included in the first pixel obtained
The signal is sampled and held, and the level of this signal is
The comparison means determines that the signal level is within the range.
When included, the first pixel and the second pixel are included
In order to output the signals of a plurality of pixels to the signal processing circuit,
Control signal to decoder Control signal generating means for sending Equipped with
It is characterized by that.
【0006】本発明の固体撮像装置は、垂直方向及び水
平方向に画素を複数備え、各画素が、光電変換素子と、
水平アドレス及び垂直アドレスの指定をそれぞれ受ける
ことによって前記光電変換素子に蓄積した電荷を掃き出
すリセット手段と、水平アドレス及び垂直方向のアドレ
スの指定をそれぞれ受けることによって前記光電変換素
子に蓄積した電荷を信号としてサンプルホールドするサ
ンプルホールド手段と、水平アドレス及び垂直方向のア
ドレスの指定をそれぞれ受けることによって前記画素か
ら選択的に前記信号を読み出すアクセス手段とを含んで
なる撮像領域と、 水平アドレス、垂直アドレスを指定す
ることにより所望の画素を指定して、指定された画素の
前記アクセス手段を制御し、水平アドレス、垂直アドレ
スを指定することにより所望の画素を指定して、指定さ
れた画素の前記リセット手段を制御し、水平アドレス、
垂直アドレスを指定することにより所望の画素を指定し
て、指定された画素の前記サンプルホールド手段を制御
するデコーダと、を設けた固体撮像素子と、 前記固体撮
像素子の前記デコーダによって読み出された撮像領域に
含まれる複数の画素からの信号と、所定の基準レベル信
号とを比較する比較手段と、 前記固体撮像素子の露光条
件を制御する露光制御手段と、 読み出された前記信号の
レベルが所定の信号レベルの範囲外にあると前記比較手
段により判断された第1の画素のアドレスを記憶するメ
モリと、 前記第1の画素のリセット手段及びサンプルホ
ールド手段を動作させ、読み出された前記信号のレベル
が所定の信号レベルの範囲内にあると前記比較手段によ
り判断された第2の画素のリセット手段及びサンプルホ
ールド手段を動作させないように、前記デコーダに制御
信号を送るとともに、前記比較手段の比較結果に基づき
決められた露光条件に設定するために前記露光制御手段
に制御信号を送り、設定された該露光条件で得られる前
記第1の画素に含まれる光電変換素子からの信号をサン
プルホールドし、前記第1の画素及び前記第2の画素を
含む複数の画素の信号を信号処理回路へ出力するように
前記デコーダへ制御信号を送る制御信号発生手段と、 を
備えたことを特徴とする。 The solid-state image pickup device of the present invention has a vertical direction and a water
A plurality of pixels are provided in the horizontal direction, and each pixel has a photoelectric conversion element,
Receives horizontal and vertical address designations
To sweep out the charge accumulated in the photoelectric conversion element
Reset means, horizontal address and vertical address.
The photoelectric conversion element
A sampler that holds the charge accumulated in the child as a signal.
Sample hold means and horizontal address and vertical direction
Depending on the designation of the dress, each pixel
Access means for selectively reading the signal from
Image pickup area, horizontal address, vertical address
By specifying the desired pixel by
It controls the access means and controls horizontal address and vertical address.
Specify the desired pixel by specifying the
The resetting means of the selected pixel, a horizontal address,
Specify the desired pixel by specifying the vertical address
Control the sample and hold means for a specified pixel
A decoder for, and the solid-state image sensor provided with the solid shooting
In the imaging area read by the decoder of the image element
Signals from multiple pixels included and a predetermined reference level signal
And a light exposure section of the solid-state image sensor.
Exposure control means for controlling the condition, and the read signal
If the level is outside the predetermined signal level range, the comparison
A memory for storing the address of the first pixel determined by the step.
Memory, a reset means for the first pixel and a sample host.
Level of the signal read by operating the field means.
Is within the range of the predetermined signal level, the comparing means
Second pixel reset means and sample host
Control the decoder so as not to operate the field means
Based on the comparison result of the comparison means while sending a signal
The exposure control means for setting a predetermined exposure condition
Before sending the control signal to the set exposure condition
The signal from the photoelectric conversion element included in the first pixel is sampled.
Pull and hold the first pixel and the second pixel
Output the signal of multiple pixels including to the signal processing circuit
A control signal generating means for sending a control signal to the decoder, the
It is characterized by having.
【0007】[0007]
【0008】[0008]
【0009】本発明の固体撮像装置は、全画素の光電変
換素子からの信号を各画素に設けられたサンプルホール
ド手段によりサンプルホールドし、サンプルホールドさ
れた信号を読み出して、露光量が多すぎて信号が飽和し
ている画素があるか、又は露光量が少なすぎて信号レベ
ルが小さい画素があるかを検知し(サンプルホールドさ
れた信号のレベルが所定の信号レベル範囲内にあるか否
かを検知する)、この検知結果に基づいて、露光量が多
すぎたり、露光量が少なすぎたりしている画素のみをリ
セットし、露光量を調整して再度露光を行ない、リセッ
トされた画素の光電変換素子からの信号をサンプルホー
ルドし、サンプルホールドされた全画素の信号のレベル
が所定の信号レベル範囲にある場合に、全画素からの信
号をサンプルホールド手段から所定の順序で読み出すも
のである。In the solid-state image pickup device of the present invention, the signals from the photoelectric conversion elements of all pixels are sample-held by the sample-hold means provided in each pixel, the sample-held signals are read out, and the exposure amount is too large. It detects whether there is a pixel where the signal is saturated or there is a pixel where the signal level is low due to too little exposure (whether the level of the sampled and held signal is within a predetermined signal level range or not). Based on the detection result, only the pixels that have too much exposure or too little exposure are reset, the exposure is adjusted and the exposure is performed again. The signals from the conversion elements are sampled and held, and when the signal levels of all the sampled and held pixels are within a predetermined signal level range, the signals from all the pixels are sampled and held. It is intended to be read from the de means in a predetermined order.
【0010】本発明によれば、新たな露光を必要とする
場合であっても、リセット動作、サンプルホールド動作
は、必要とされる画素だけですみ、その他の画素の信号
は先の露光による信号を保持したままとすることができ
るので、新たな露光後にサンプルホールド手段から読み
出される全画素の信号は、既に必要とされる画素が新た
な露光による信号に書き換えられた信号となるため、先
の露光による画像信号を記憶しておくための外部メモリ
等は不要となる。According to the present invention, even when a new exposure is required, the reset operation and the sample hold operation are performed only for the required pixels, and the signals of the other pixels are the signals obtained by the previous exposure. Since it is possible to keep the above values, the signals of all the pixels read from the sample hold means after the new exposure become the signals in which the already required pixels are rewritten by the signals of the new exposure. An external memory or the like for storing the image signal obtained by exposure is unnecessary.
【0011】[0011]
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
【0012】[第1の実施例]図1および図2は、本発
明の特徴を最もよく表す図である。図1は、本発明によ
る固体撮像素子の概略的構成を示していて、1がH方向
・V方向に配列された複数の画素を有する撮像領域、2
が撮像領域1を構成する一つの画素、3,4,および5
が夫々、ランダムアクセス回路,ランダムリセット回
路,およびランダムサンプル回路のH方向デコーダであ
る。6がH方向アドレス線、7,8,および9が夫々、
ランダムアクセス回路,ランダムリセット回路,および
ランダムサンプル回路のV方向デコーダである。10が
V方向アドレス線、11がデータ線、12が出力回路、
13が固体撮像素子の出力端子、14がH方向デコーダ
の制御線、15がV方向デコーダの制御線である。[First Embodiment] FIGS. 1 and 2 best show the features of the present invention. FIG. 1 shows a schematic configuration of a solid-state image sensor according to the present invention, in which 1 is an imaging region having a plurality of pixels arranged in the H direction and V direction, and 2 is an imaging region.
Is one pixel, 3, 4, and 5 that make up the imaging region 1.
Are H-direction decoders of a random access circuit, a random reset circuit, and a random sample circuit, respectively. 6 is the address line in the H direction, 7, 8 and 9 are respectively
It is a V direction decoder of a random access circuit, a random reset circuit, and a random sample circuit. 10 is a V direction address line, 11 is a data line, 12 is an output circuit,
Reference numeral 13 is an output terminal of the solid-state image sensor, 14 is a control line of the H-direction decoder, and 15 is a control line of the V-direction decoder.
【0013】図2は、固体撮像素子の画素2を示してい
て、D1,C1が光電変換素子であるフォトダイオード
および蓄積容量、T1がフォトダイオードD1をリセッ
トするリセットトランジスタ、T2,T3が初段のソー
スフォロア回路、T4がサンプルトランジスタ、C2が
サンプル容量、T5,T6が二段目のソースフォロア回
路、T7がゲートをV方向アクセスアドレス線に接続し
てあるV方向アクセスパストランジスタ、T8がゲート
をH方向アクセスアドレス線に接続してあるH方向アク
セスパストランジスタ、T9がゲートをV方向リセット
アドレス線に接続してあるV方向リセットパストランジ
スタ、T10がゲートをH方向リセットアドレス線に接
続してあるH方向リセットパストランジスタ、T11が
ゲートをV方向サンプルアドレス線に接続してあるV方
向サンプルパストランジスタ、T12がゲートをH方向
サンプルアドレス線に接続してあるH方向サンプルパス
トランジスタ、16がデータ線11に接続している画素
の出力端子である。FIG. 2 shows a pixel 2 of the solid-state image pickup device, in which D1 and C1 are photodiodes and storage capacitors which are photoelectric conversion elements, T1 is a reset transistor for resetting the photodiode D1, and T2 and T3 are the first stage. A source follower circuit, T4 is a sample transistor, C2 is a sample capacitor, T5 and T6 are second-stage source follower circuits, T7 is a V direction access pass transistor whose gate is connected to a V direction access address line, and T8 is a gate. An H-direction access pass transistor connected to the H-direction access address line, T9 a V-direction reset pass transistor whose gate is connected to the V-direction reset address line, and T10 a gate connected to the H-direction reset address line. H-direction reset pass transistor, T11 gates in V-direction The V-direction sample pass transistor connected to the pull address line, T12 is the H-direction sample pass transistor whose gate is connected to the H-direction sample address line, and 16 is the output terminal of the pixel connected to the data line 11. .
【0014】以下、図1及び図2を用いて上記固体撮像
素子の信号読み出し動作について説明する。The signal read operation of the solid-state image pickup device will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.
【0015】まず、図2に示したH方向リセットパルス
φHrおよびV方向リセットパルスφVrを加え、H方
向リセットパストランジスタT10およびV方向リセッ
トパストランジスタT9をオンすることで、リセットト
ランジスタT1をオンして、蓄積容量C1に蓄積してい
る電荷を掃き出す。First, the H-direction reset pulse φHr and the V-direction reset pulse φVr shown in FIG. 2 are applied to turn on the H-direction reset pass transistor T10 and the V-direction reset pass transistor T9, thereby turning on the reset transistor T1. , Sweep out the electric charge stored in the storage capacitor C1.
【0016】次に、リセットトランジスタT1をオフし
て、フォトダイオードD1を必要なだけ露光し、蓄積容
量C1に電荷を蓄積する。この時、初段のソースフォロ
ア回路によって、電荷量が電圧値に変換されているの
で、H方向サンプルパルスφHsおよびV方向サンプル
パルスφVsを加え、H方向サンプルパストランジスタ
T12およびV方向サンプルパストランジスタT11を
オンすることで、サンプルトランジスタT4をオンし
て、その電圧値をサンプル容量C2に保持する。Next, the reset transistor T1 is turned off, the photodiode D1 is exposed as much as necessary, and the charge is stored in the storage capacitor C1. At this time, since the charge amount is converted into the voltage value by the source follower circuit in the first stage, the H direction sample pulse φHs and the V direction sample pulse φVs are added to the H direction sample pass transistor T12 and the V direction sample pass transistor T11. By turning on, the sample transistor T4 is turned on and the voltage value thereof is held in the sample capacitor C2.
【0017】次に、サンプルトランジスタT4をオフす
る。サンプル容量C2に保持された電圧値は、再度サン
プルパルスによってサンプルトランジスタT4がオンす
るまでその電圧値を保持することができる。そして、そ
の電圧値は、H方向アクセスパルスφHaおよびV方向
アクセスパルスφVaを加え、H方向アクセスパストラ
ンジスタT8およびV方向アクセスパストランジスタT
7をオンすることで、画素の出力端子16から出力され
る。出力された電圧値は、図1に示したデータ線11、
出力回路12および固体撮像素子の出力端子13を通っ
て、画像信号として固体撮像素子から出力される。Next, the sample transistor T4 is turned off. The voltage value held in the sample capacitor C2 can be held until the sample transistor T4 is turned on again by the sample pulse. The voltage value of the H-direction access pass transistor T8 and the V-direction access pass transistor T8 is obtained by adding the H-direction access pulse φHa and the V-direction access pulse φVa.
By turning on 7, the output is made from the output terminal 16 of the pixel. The output voltage value is the data line 11 shown in FIG.
An image signal is output from the solid-state image sensor through the output circuit 12 and the output terminal 13 of the solid-state image sensor.
【0018】図3は、図1に示す固体撮像素子を用いた
固体撮像装置のうち、固体撮像素子の周辺回路を示した
ブロック図であり、17が固体撮像素子、18が比較
器、19が制御信号発生器、20が露光量を調節する手
段としてのシャッタと絞り、21が画像信号線である。FIG. 3 is a block diagram showing a peripheral circuit of the solid-state image pickup device in the solid-state image pickup device using the solid-state image pickup device shown in FIG. 1, in which 17 is a solid-state image pickup device, 18 is a comparator, and 19 is a comparator. A control signal generator, 20 is a shutter and diaphragm as means for adjusting the exposure amount, and 21 is an image signal line.
【0019】それでは、図1、図2および図3を用いて
本発明の第1の実施例による信号読み出し動作について
説明する。Now, the signal read operation according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2 and 3.
【0020】まず、固体撮像素子17のランダムリセッ
ト回路を動作させて、全画素のフォトダイオードD1お
よび蓄積容量C1の電荷を所定の順序でリセットし、あ
る露光条件で1回目の露光を行った後、ランダムサンプ
ル回路を動作させて、全画素のフォトダイオードD1お
よび蓄積容量C1に蓄積している電荷を電圧変換して所
定の順序でサンプルホールドする。First, the random reset circuit of the solid-state image pickup device 17 is operated to reset the charges of the photodiode D1 and the storage capacitor C1 of all pixels in a predetermined order, and after the first exposure is performed under a certain exposure condition. The random sampling circuit is operated to convert the charges accumulated in the photodiode D1 and the storage capacitor C1 of all pixels into a voltage and sample and hold the charges in a predetermined order.
【0021】次に、ランダムアクセス回路を動作させ
て、全画素がサンプルホールドしている画像信号を所定
の順序で読み出し、固体撮像素子17から出力する。比
較器18では、制御信号発生器19より所定の基準信号
を受け取り、画像信号との比較を行い、その結果を制御
信号発生器19に戻す。ここで、所定の基準信号を低く
設定し、暗い部分が検出できるようにした場合について
説明する。制御信号発生器19では、現在比較している
信号が所定の基準信号より低い場合、固体撮像素子17
の同じアドレスの画素をリセットして2回目の露光を始
める。2回目の露光では、露光時間を長くするか、シャ
ッタと絞り20を調節するかして、露光量を増加させ
る。2回目の露光後、検出された暗い部分に対応する画
素の信号をサンプルホールドした後、固体撮像素子17
から読み出し、比較器18で再度比較を行い、その結
果、良好と判断されれば、全画素の信号を所定の順序で
読み出し、固体撮像素子17から出力し、画像信号線2
1を通して信号処理回路等に出力する。この動作を、必
要回数繰り返すことで、暗い部分の感度を高めることが
できるのでダイナミックレンジの拡大が実現できる。そ
して、この動作を繰り返しても、毎回全画素を読む必要
がないので、撮影時間が長くなるという問題点は解決さ
れる。また、所定の基準信号を高く設定し、明るい部分
が検出できるようにすることもできる。この場合は、2
回目の露光の時、露光時間を短くしたり、シャッタと絞
り20を調節したりして、露光量を減少させることで明
るい部分が飽和して白く飛んでしまうことを防ぐことが
できるのでダイナミックレンジの拡大が実現できる。さ
らに、同一画素が同時に明るい部分と暗い部分になるこ
とはないので、制御信号発生器19より低い設定の基準
信号と高い設定の基準信号を比較器18に送ることで、
明るい部分と暗い部分の判定を行い、それぞれに2回目
の露光条件を決めることができるので、明るい部分と暗
い部分の両方のダイナミックレンジの拡大が実現でき
る。そして、本発明によれば、画像信号を記憶するため
の画像メモリが必要でなくなるため、装置の小型化やコ
ストの低減が可能となる。Next, the random access circuit is operated to read out the image signals sampled and held by all pixels in a predetermined order and output from the solid-state image pickup device 17. The comparator 18 receives a predetermined reference signal from the control signal generator 19, compares it with the image signal, and returns the result to the control signal generator 19. Here, a case where a predetermined reference signal is set low so that a dark portion can be detected will be described. In the control signal generator 19, if the signal currently being compared is lower than a predetermined reference signal, the solid-state image sensor 17
The pixel of the same address is reset and the second exposure is started. In the second exposure, the exposure amount is increased by lengthening the exposure time or adjusting the shutter and diaphragm 20. After the second exposure, after the signal of the pixel corresponding to the detected dark portion is sampled and held, the solid-state imaging device 17
If the result is judged to be good, the signals of all pixels are read out in a predetermined order and output from the solid-state image sensor 17, and the image signal line 2 is read.
It is output to a signal processing circuit or the like through 1. By repeating this operation a necessary number of times, it is possible to increase the sensitivity of the dark part, and thus it is possible to expand the dynamic range. Then, even if this operation is repeated, it is not necessary to read all pixels every time, so that the problem that the photographing time becomes long is solved. It is also possible to set a predetermined reference signal high so that a bright portion can be detected. In this case, 2
At the time of the second exposure, it is possible to prevent the bright portion from being saturated and flying white by reducing the exposure amount by shortening the exposure time or adjusting the shutter and diaphragm 20. Can be expanded. Further, since the same pixel does not become a bright portion and a dark portion at the same time, by sending a reference signal with a lower setting and a reference signal with a higher setting to the comparator 18,
Since it is possible to determine the bright part and the dark part and determine the second exposure condition for each, it is possible to expand the dynamic range of both the bright part and the dark part. Further, according to the present invention, the image memory for storing the image signal is not required, so that the device can be downsized and the cost can be reduced.
【0022】[第2の実施例]図4は、本発明の第2の
実施例を示すブロック図で、図3の制御信号発生器19
に、22のアドレスメモリが接続されたものとなってい
る。本実施例では、第1の実施例と同様に、1回目の露
光後、全画素の画像信号を所定の順序で読み出し、比較
器18で、所定の基準信号との比較を行った後、2回目
の露光が必要と判断された画素のアドレスをアドレスメ
モリ22に記憶するようになっている。この時、制御信
号発生器19は、2回目の露光が必要と判断された画素
のアドレスをアドレスメモリ22に記憶するとともに、
比較器18から送られてくる情報から2回目の露光条件
を計算する。全画素の画像信号の比較が終った後、アド
レスメモリ22に記憶された画素をリセットし、制御信
号発生器19が計算した露光条件で露光を行い、次に、
アドレスメモリ22に記憶された画素の信号をサンプル
ホールドする。第1の実施例では、2回目の露光後の画
素の信号を比較器18で再度比較を行っているが第2の
実施例では、2回目の露光が必要と判断された画素の信
号から計算した露光条件で露光を行っているので、再度
比較を行わなくてもよい。そして、全画素の信号を所定
の順序で読み出し、固体撮像素子17から出力し、画像
信号線21を通して信号処理回路等に出力する。これに
より、暗い部分の感度を高めたり明るい部分が飽和して
白く飛んでしまうことを防ぐことができるのでダイナミ
ックレンジの拡大が実現できる。そして、2回の露光だ
けでダイナミックレンジの拡大が実現できるので、更に
撮影時間を短縮することができる。また、明るい部分と
暗い部分の両方のダイナミックレンジを拡大するために
は、制御信号発生器19より低い設定の基準信号と高い
設定の基準信号を比較器18に送ることで、明るい部分
と暗い部分の判定を行い、それぞれに2回目の露光条件
を計算するとともに、アドレスメモリ22の内部を2つ
に分割して明るい部分と暗い部分のアドレスを記憶する
か、アドレスメモリを別々に持つかすればよい。そし
て、第2の実施例におけるアドレスメモリ22は、画像
信号を記憶するための画像メモリに比べて小さな容量で
済むので装置の小型化やコストの低減が可能となる。[Second Embodiment] FIG. 4 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention. The control signal generator 19 shown in FIG.
In addition, 22 address memories are connected. In the present embodiment, as in the first embodiment, after the first exposure, the image signals of all pixels are read out in a predetermined order, the comparator 18 compares them with a predetermined reference signal, and then 2 The address of the pixel determined to require the second exposure is stored in the address memory 22. At this time, the control signal generator 19 stores the address of the pixel determined to require the second exposure in the address memory 22, and
The second exposure condition is calculated from the information sent from the comparator 18. After the comparison of the image signals of all pixels is completed, the pixels stored in the address memory 22 are reset, exposure is performed under the exposure condition calculated by the control signal generator 19, and then,
The pixel signals stored in the address memory 22 are sampled and held. In the first embodiment, the signal of the pixel after the second exposure is compared again by the comparator 18, but in the second embodiment, it is calculated from the signal of the pixel determined to require the second exposure. Since the exposure is performed under the above exposure conditions, it is not necessary to perform the comparison again. Then, the signals of all pixels are read out in a predetermined order, output from the solid-state image sensor 17, and output to the signal processing circuit or the like through the image signal line 21. As a result, it is possible to increase the sensitivity of the dark portion and prevent the bright portion from being saturated and flying white, so that the dynamic range can be expanded. Since the dynamic range can be expanded by only two exposures, the shooting time can be further shortened. Further, in order to expand the dynamic range of both the bright part and the dark part, the reference signal of the lower setting and the reference signal of the higher setting are sent to the comparator 18 from the control signal generator 19, so that the bright part and the dark part are transmitted. And the second exposure condition is calculated for each, and the inside of the address memory 22 is divided into two to store the addresses of the bright portion and the dark portion, or the address memories may be provided separately. . Since the address memory 22 in the second embodiment has a smaller capacity than the image memory for storing the image signal, the device can be downsized and the cost can be reduced.
【0023】[第3の実施例]図5は、図2で用いた固
体撮像素子17の画素2の別な構成を示す図で、H方向
リセットパストランジスタT10を省略して、H方向リ
セットパルスφHrを電源の代りに接続し、H方向サン
プルパストランジスタT12を省略して、H方向サンプ
ルパルスφHsを電源の代りに接続したものとなってい
る。これにより、画素2の構成を簡略化している。[Third Embodiment] FIG. 5 is a diagram showing another configuration of the pixel 2 of the solid-state image pickup device 17 used in FIG. 2, in which the H-direction reset pass transistor T10 is omitted and the H-direction reset pulse is used. φHr is connected instead of the power supply, the H-direction sample pass transistor T12 is omitted, and the H-direction sample pulse φHs is connected instead of the power supply. This simplifies the configuration of the pixel 2.
【0024】[第4の実施例]図6は、図2で用いた固
体撮像素子17の画素2の別な構成を示す図で、V方向
リセットパストランジスタT9を省略して、V方向リセ
ットパルスφVrを電源の代りに接続し、V方向サンプ
ルパストランジスタT11を省略して、V方向サンプル
パルスφVsを電源Vddの代りに接続したものとなっ
ている。これにより、画素2の構成を簡略化している。[Fourth Embodiment] FIG. 6 is a diagram showing another configuration of the pixel 2 of the solid-state image pickup device 17 used in FIG. 2, in which the V-direction reset pass transistor T9 is omitted and the V-direction reset pulse is omitted. φVr is connected instead of the power supply, the V direction sample pass transistor T11 is omitted, and the V direction sample pulse φVs is connected instead of the power supply Vdd. This simplifies the configuration of the pixel 2.
【0025】なお、本発明の実施例において、H方向リ
セットパルスφHrおよびV方向リセットパルスφVr
は、互いに入れ代っていてもよいし、H方向サンプルパ
ルスφHsおよびV方向サンプルパルスφVsも、互い
に入れ代っていてもよいし、H方向アクセスパルスφH
aおよびV方向アクセスパルスφVaも、互いに入れ代
っていてもよい。In the embodiment of the present invention, the H-direction reset pulse φHr and the V-direction reset pulse φVr are used.
May be replaced with each other, H-direction sample pulse φHs and V-direction sample pulse φVs may be replaced with each other, and H-direction access pulse φH
The a-direction access pulse and the V-direction access pulse φVa may be replaced with each other.
【0026】[0026]
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、画
像信号として不適切な部分に対応する画素だけを再露光
して読み直しさせることができるので、暗い部分の感度
を高めたり、明るい部分が飽和して白く飛んでしまうこ
とを防ぐことができるのでダイナミックレンジの拡大を
実現するとともに、撮影時間の短縮が可能となる。ま
た、画素1つ1つがサンプルホールド手段を備えている
ので、画像信号を記憶するための画像メモリが不要とな
り、装置の小型化やコストの低減が可能となる。As described above, according to the present invention, it is possible to re-expose and re-read only the pixels corresponding to the portion unsuitable as the image signal, so that the sensitivity of the dark portion can be increased or the bright portion can be brightened. Since it is possible to prevent the part from being saturated and flying white, it is possible to expand the dynamic range and shorten the shooting time. Further, since each pixel is provided with the sample hold means, the image memory for storing the image signal is not required, and the device can be downsized and the cost can be reduced.
【図1】本発明による固体撮像素子の概略的構成図であ
る。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a solid-state image sensor according to the present invention.
【図2】固体撮像素子の画素を示す回路構成図である。FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing pixels of a solid-state image sensor.
【図3】本発明の第1の実施例を示すブロック図であ
る。FIG. 3 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第2の実施例を示すブロック図であ
る。FIG. 4 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第3の実施例を示す画素の回路構成図
である。FIG. 5 is a circuit configuration diagram of a pixel showing a third embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第3の実施例を示す画素の回路構成図
である。FIG. 6 is a circuit configuration diagram of a pixel showing a third embodiment of the present invention.
1 撮像領域 2 画素 3 ランダムアクス回路のH方向デコーダ 4 ランダムリセット回路のH方向デコーダ 5 ランダムサンプル回路のH方向デコーダ 6 H方向アドレス線 7 ランダムアクセス回路のV方向デコーダ 8 ランダムリセット回路のV方向デコーダ 9 ランダムサンプル回路のV方向デコーダ 10 V方向アドレス線 11 データ線 12 出力回路 13 固体撮像素子の出力端子 14 H方向デコーダの制御線 15 V方向デコーダの制御線 16 画素の出力端子 17 固体撮像素子 18 比較器 19 制御信号発生器 20 シャッタ,絞り 21 画像信号線 22 アドレスメモリ 1 Imaging area 2 pixels 3 R-axis decoder H-direction decoder 4 H direction decoder of random reset circuit 5 H direction decoder of random sampling circuit 6 H direction address line 7 V direction decoder of random access circuit 8 V direction decoder of random reset circuit 9 Random sampling circuit V direction decoder 10 V direction address line 11 data lines 12 Output circuit 13 Output terminal of solid-state image sensor 14 H direction decoder control line 15 V direction decoder control line 16 pixel output terminal 17 Solid-state image sensor 18 Comparator 19 Control signal generator 20 shutter, diaphragm 21 Image signal line 22 address memory
Claims (2)
え、各画素が、光電変換素子と、水平アドレス及び垂直
アドレスの指定をそれぞれ受けることによって前記光電
変換素子に蓄積した電荷を掃き出すリセット手段と、水
平アドレス及び垂直方向のアドレスの指定をそれぞれ受
けることによって前記光電変換素子に蓄積した電荷を信
号としてサンプルホールドするサンプルホールド手段
と、水平アドレス及び垂直方向のアドレスの指定をそれ
ぞれ受けることによって前記画素から選択的に前記信号
を読み出すアクセス手段とを含んでなる撮像領域と、 水平アドレス、垂直アドレスを指定することにより所望
の画素を指定して、指定された画素の前記アクセス手段
を制御し、水平アドレス、垂直アドレスを指定すること
により所望の画素を指定して、指定された画素の前記リ
セット手段を制御し、水平アドレス、垂直アドレスを指
定することにより所望の画素を指定して、指定された画
素の前記サンプルホールド手段を制御するデコーダと、
を設けた固体撮像素子と、 前記固体撮像素子の前記デコーダによって読み出された
撮像領域に含まれる複数の画素からの信号と、所定の基
準レベル信号とを比較する比較手段と、 前記固体撮像素子の露光条件を制御する露光制御手段
と、 読み出された前記信号のレベルが所定の信号レベルの範
囲外にあると前記比較手段により判断された第1の画素
のリセット手段及びサンプルホールド手段を動作させ、
読み出された前記信号のレベルが所定の信号レベルの範
囲内にあると前記比較手段により判断された第2の画素
のリセット手段及びサンプルホールド手段を動作させな
いように、前記デコーダに制御信号を送るとともに、露
光条件を他の条件に設定するために前記露光制御手段に
制御信号を送り、さらに、新たに設定された露光条件で
得られる前記第1の画素に含まれる光電変換素子からの
信号をサンプルホールドし、この信号のレベルが所定の
信号レベルに範囲内にあると前記比較手段により判断さ
れたときに、前記第1の画素及び前記第2の画素を含む
複数の画素の信号を信号処理回路へ出力するように前記
デコーダへ制御信号を送る制御信号発生手段と、 を備えた固体撮像装置。 1. A plurality of pixels are provided in a vertical direction and a horizontal direction, and each pixel includes a photoelectric conversion element, and reset means for sweeping out charges accumulated in the photoelectric conversion element by receiving designation of a horizontal address and a vertical address, respectively. the pixel by receiving the sample and hold means for sampling and holding the charge accumulated in the photoelectric conversion element by receiving the horizontal address and the specification of vertical address respectively as the signal, a horizontal address and a specification of vertical addresses respectively An image pickup area including access means for selectively reading out the signal from the image pickup area, and a desired pixel is designated by designating a horizontal address and a vertical address, and the access means of the designated pixel is controlled to Designate desired pixel by designating address and vertical address Te, a decoder controlling said reset means of the designated pixel, horizontal address, by specifying the desired pixel by specifying the vertical address, and controls the sample-and-hold means of the designated pixel,
Read by the solid-state image sensor provided with, and the decoder of the solid-state image sensor.
Signals from multiple pixels included in the imaging area
Comparing means for comparing with a quasi-level signal, and exposure controlling means for controlling the exposure conditions of the solid-state imaging device
And the level of the read signal is within a predetermined signal level range.
The first pixel determined by the comparison means to be outside the area
To operate the reset means and the sample hold means of
The level of the read signal is within a predetermined signal level range.
The second pixel which is judged by the comparing means to be in the area
Do not operate the reset means and sample hold means of
Control signal to the decoder,
The exposure control means for setting the light condition to another condition
Send a control signal and then set the exposure condition
From the photoelectric conversion element included in the first pixel obtained
The signal is sampled and held, and the level of this signal is
The comparison means determines that the signal level is within the range.
When included, the first pixel and the second pixel are included
In order to output the signals of a plurality of pixels to the signal processing circuit,
A solid-state imaging device , comprising: a control signal generating unit that sends a control signal to a decoder .
え、各画素が、光電変換素子と、水平アドレス及び垂直
アドレスの指定をそれぞれ受けることによって前記光電
変換素子に蓄積した電荷を掃き出すリセット手段と、水
平アドレス及び垂直方向のアドレスの指定をそれぞれ受
けることによって前記光電変換素子に蓄積した電荷を信
号としてサンプルホールドするサンプルホールド手段
と、水平アドレス及び垂直方向のアドレスの指定をそれ
ぞれ受けることによって前記画素から選択的に前記信号
を読み出すアクセス手段とを含んでなる撮像領域と、 水平アドレス、垂直アドレスを指定することにより所望
の画素を指定して、指定された画素の前記アクセス手段
を制御し、水平アドレス、垂直アドレスを指定すること
により所望の画素を指定して、指定された画素の前記リ
セット手段を制御し、水平アドレス、垂直アドレスを指
定することにより所望の画素を指定して、指定された画
素の前記サンプルホールド手段を制御するデコーダと、
を設けた固体撮像素子と、 前記固体撮像素子の前記デコーダによって読み出された
撮像領域に含まれる複数の画素からの信号と、所定の基
準レベル信号とを比較する比較手段と、 前記固体撮像素子の露光条件を制御する露光制御手段
と、 読み出された前記信号のレベルが所定の信号レベルの範
囲外にあると前記比較手段により判断された第1の画素
のアドレスを記憶するメモリと、 前記第1の画素のリセット手段及びサンプルホールド手
段を動作させ、読み出された前記信号のレベルが所定の
信号レベルの範囲内にあると前記比較手段により判断さ
れた第2の画素のリセット手段及びサンプルホールド手
段を動作させないように、前記デコーダに制御信号を送
るとともに、前記比較手段の比較結果に基づき決められ
た露光条件に設定するために前記露光制御手段に制御信
号を送り、設定された該露光条件で得られる前記第1の
画素に含まれる光電変換素子からの信号をサンプルホー
ルドし、前記第1の画素及び前記第2の画素を含む複数
の画素の信号を信号処理回路へ出力するように前記デコ
ーダへ制御信号を送る制御信号発生手段と、 を備えた固体撮像装置。 2. A plurality of pixels are provided in the vertical and horizontal directions.
Well, each pixel has a photoelectric conversion element, horizontal address and vertical
By receiving each address designation,
Reset means for sweeping out the charge accumulated in the conversion element and water
Accepts both flat address and vertical address
The charge accumulated in the photoelectric conversion element
Sample and hold means for sample and hold
And specify the horizontal and vertical addresses.
The signals are selectively received from the pixels by receiving the signals.
By specifying the horizontal and vertical addresses and the imaging area that includes access means for reading
Of the specified pixel, and the access means of the specified pixel
Control and specify the horizontal and vertical addresses
Specify the desired pixel with the
Controls the setting means to specify the horizontal and vertical addresses.
The desired pixel by specifying the
A decoder for controlling the sample-and-hold means of the element,
Read by the solid-state image sensor provided with, and the decoder of the solid-state image sensor.
Signals from multiple pixels included in the imaging area
Comparing means for comparing with a quasi-level signal, and exposure controlling means for controlling the exposure conditions of the solid-state imaging device
And the level of the read signal is within a predetermined signal level range.
The first pixel determined by the comparison means to be outside the area
Memory for storing the address of the first pixel, reset means for the first pixel, and sample and hold
The stage to operate so that the level of the read signal is at a predetermined level.
The comparison means determines that the signal level is within the signal level range.
Second pixel resetting means and sample hold hand
Send a control signal to the decoder to prevent the stage from operating.
And is determined based on the comparison result of the comparison means.
Control signal to the exposure control means in order to set different exposure conditions.
No. 1 to obtain the first exposure obtained under the set exposure conditions.
The signal from the photoelectric conversion element included in the pixel is sampled
A plurality of units including the first pixel and the second pixel
To output the signal of the pixel of the
A solid-state image pickup device , comprising: a control signal generating means for sending a control signal to a reader.
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JP17575891A JP3441741B2 (en) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | Solid-state imaging device |
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