JP4385479B2 - Imaging device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光像を撮像する撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
[従来例1] 従来技術として、画像のフレーム間差に基づいて動体エッジを検出して、動体画像を生成する技術が知られている。
【0003】
[従来例2] また、特開平6−139361号公報の式(8)〜(13)には、受光素子の電流出力先にリセッタブル型積分器を設け、受光素子の出力電流極性を読み出し途中に反転する動作が記載されている。このような構成により、画素出力の時間変化を電流積分値として得ることが可能となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来例1は、画像のフレーム間差に基づいて動体エッジを検出する。そのため、動体が高速移動すると、フレーム間における動体位置が大きくずれてしまい、動体エッジの検出が困難になる。また、極端に高速移動する動体にあっては、フレーム画像間で動体位置が完全に離れてしまう。このような状態では、動体エッジに基づいて動体の形状や数を識別することが非常に困難となる。
【0005】
一方、上述した従来例2では、リセッタブル型積分器が、受光素子の出力電流変化をリアルタイムに蓄積しなければならない。そのため、行単位の露光動作と電流出力動作とが同時に実行されなければならない。したがって、画素1行当たり受光素子の露光時間は、1行当たりの読み出し時間(いわゆる水平走査期間)に実質限定される。そのため、通常の撮像素子に比べても露光時間が極端に短く、暗い被写界には適さないという問題点があった。
【0006】
また、従来例2は、行単位に上記動作を個別に実行するため、たとえ隣接行であっても時間変化の検出タイミングが一切重複しない。そのため、動体が高速移動すると、動体画像は行単位にバラバラになってしまう。したがって、動体の形状を識別する用途には不向きとなる。
以上のような問題点に鑑みて、本発明者は、画素出力の読み出し動作に先だって、画素出力の時間変化を検出するための前処理を先行して実行しておくことが、高速移動物体の動体画像を生成する上で好ましいと考えた。
【0007】
そこで、本発明の一態様では、画素出力の読み出し動作に並行して、画素出力に所定の前処理を先行して実行することが可能な撮像装置を提供することを目的とする。
さらに、別の態様では、上記の一態様の撮像装置を応用して、高速移動体の動体画像の生成に適した撮像装置を提供することを目的とする。
別の態様では、上記の一態様の撮像装置を応用して、1フレーム期間に複数コマの画像を撮像可能な撮像装置を提供することを目的とする。
別の態様では、上記の一態様の撮像装置を応用して、画素出力のダイナミックレンジを拡大することが可能な撮像装置を提供することを目的とする。
別の態様では、上記の各態様の撮像装置において、露光時間やシャッタチャンスなどの選択自由度を一段と高めることが可能な撮像装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、入射光に応じた信号電荷を蓄積する受光素子と、前記受光素子から容量に前記信号電荷を転送する電荷転送用MOSスイッチと、前記容量に蓄積された信号電荷に対応する信号電圧を生成する増幅素子と、前記容量の信号電荷をリセットするリセット用MOSスイッチと、行選択用MOSスイッチと、がそれぞれマトリクス状に配列されており、前記行選択用MOSスイッチと垂直列ごとに接続され、前記増幅素子から前記信号電圧を読み出す垂直読み出し線と、シフトレジスタおよび論理回路からなり、行方向に配列された前記行選択用MOSスイッチ、前記電荷転送用MOSスイッチおよび前記リセット用MOSスイッチに制御パルスを出力する出力回路と、前記垂直読み出し線と接続され、前記増幅素子から出力される前記信号電圧を保持する後処理回路と、を有し、前記出力回路は、1フレーム期間において、同一行では前記リセット用MOSスイッチおよび前記電荷転送用MOSスイッチのオン状態とオフ状態とを切り替える制御パルスをそれぞれ複数回出力して、1フレーム期間に複数の露光期間を設定するとともに、前記1フレーム期間に一度だけ前記行選択MOSスイッチをオン状態とし、前記複数の露光期間に対応するそれぞれの前記信号電圧を前記垂直読み出し線に出力させることを特徴とする。
【0009】
第2の発明は、第1の発明において、前記出力回路は、第1の露光期間に前記受光素子で生成された信号電荷を、前記電荷転送用MOSスイッチをオン状態として前記容量に転送させるとともに、前記受光素子で第2の露光期間を開始させる動作と、前記行選択MOSスイッチをオン状態として前記容量に転送された信号電荷に対応する信号電圧を前記垂直読み出し線に出力させる動作と、前記リセットMOSスイッチをオン状態として前記容量をリセットした後に、前記第2の露光期間に前記受光素子で生成された信号電荷を、前記電荷転送用MOSスイッチをオン状態として前記容量に転送させて、当該信号電荷に対応する信号電圧を垂直読み出し線に出力させる動作と、を行わせるための制御パルスを出力することを特徴とする。
【0010】
第3の発明は、第1または第2の発明において、前記出力回路は、行方向に配列された前記行選択MOSスイッチに対して、行毎に制御パルスを出力する転送回路と、行方向に配列された前記電荷転送用MOSスイッチおよび前記リセット用MOSスイッチに対して、行毎に制御パルスを出力する制御回路と、を含むことを特徴とする。
【0011】
第4の発明は、第2の発明において、前記後処理回路は、前記第1の露光期間で得た前記信号電圧と、前記第2の露光期間で得た前記信号電圧との差分電圧を生成する差異信号生成回路であることを特徴とする。
【0012】
第5の発明は、第4の発明において、前記差異信号生成回路は、入力側の第1MOSスイッチと、出力側の第2MOSスイッチと、第3MOSスイッチと、第1コンデンサと、第2コンデンサと、を含み、前記第1MOSスイッチは、前記垂直読み出し線と接続され、前記第1MOSスイッチ、前記第1コンデンサおよび前記第2MOSスイッチは直列に接続され、前記第1MOSスイッチと前記第1コンデンサとの中点は、前記第2コンデンサを介してグランドに接続され、前記第1コンデンサと前記第2MOSスイッチとの中点は、前記第3MOSスイッチを介してグランドに接続されることを特徴とする。
【0013】
第6の発明は、第2の発明において、前記後処理回路は、前記第1の露光期間に生成された信号電荷に対応する信号電圧と前記リセットの後に出力される暗信号との差分電圧を保持し、前記リセットの後に出力される暗信号と前記第2の露光期間に生成された信号電荷に対応する信号電圧との差分電圧を保持し、それらの前記差分電圧を選択的または並行に出力する分配回路であることを特徴とする。
【0014】
第7の発明は、第6の発明において、前記分配回路は、第1系統の回路と、第2系統の回路と、第1系統および第2系統を選択する選択スイッチと、を含み、前記第1系統の回路は、入力側の第1MOSスイッチと、出力側の第2MOSスイッチと、第3MOSスイッチと、第1コンデンサと、第2コンデンサと、を有し、前記第1のMOSスイッチは、前記垂直読み出し線と接続され、前記第1MOSスイッチ、前記第1コンデンサおよび前記第2MOSスイッチは直列に接続され、前記第1MOSスイッチと前記第1コンデンサとの中点は、前記第2コンデンサを介してグランドに接続され、前記第1コンデンサと前記第2MOSスイッチとの中点は、前記第3MOSスイッチを介してグランドに接続され、前記第2の系統の回路は、入力側の第4MOSスイッチと、出力側の第5MOSスイッチと、第6MOSスイッチと、第3コンデンサと、第4コンデンサと、を有し、前記第4MOSスイッチは、前記垂直読み出し線と接続され、前記第4MOSスイッチ、前記第3コンデンサおよび前記第5MOSスイッチは直列に接続され、前記第4MOSスイッチと前記第3コンデンサとの中点は、前記第4コンデンサを介してグランドに接続され、前記第3コンデンサと前記第5MOSスイッチとの中点は、前記第6MOSスイッチを介してグランドに接続されることを特徴とする。
【0015】
第8の発明は、第2の発明において、前記後処理回路は、前記第1の露光期間に生成された信号電荷に対応する信号電圧と前記リセットの後に出力される暗信号との第1差分電圧を保持し、前記リセットの後に出力される暗信号と前記第1の露光期間の時間とは異なる時間である前記第2の露光期間に生成された信号電荷に対応する信号電圧との第2差分電圧を保持し、前記第1の露光時間と前記第2の露光時間との差による出力レベルを揃え、出力レベルを揃えた後の前記第1差分電圧と前記第2差分電圧を比較して何れか一方を出力し、出力レベルを揃えた後の前記第1差分電圧と前記第2差分電圧の差異信号を生成する合成回路であることを特徴とする。
【0016】
第9の発明は、第8の発明において、前記合成回路は、第1系統の回路と、第2系統の回路と、コンパレータと、差異検出回路と、前記第1系統の回路からの出力と前記第2系統の回路からの出力のいずれか一方に切り替える切り替えスイッチと、を含み、前記第1系統の回路は、入力側の第1MOSスイッチと、出力側の第2MOSスイッチと、第3MOSスイッチと、第1コンデンサと、第2コンデンサと、第1可変ゲインアンプと、を有し、前記第1MOSスイッチは、前記垂直読み出し線と接続され、前記第1MOSスイッチ、前記第1コンデンサ、前記第2MOSスイッチおよび前記第1可変ゲインアンプは直列に接続され、前記第1MOSスイッチと前記第1コンデンサとの中点は、前記第2コンデンサを介してグランドに接続され、前記第1コンデンサと前記第2MOSスイッチとの中点は、前記第3MOSスイッチを介してグランドに接続され、前記第2系統の回路は、入力側の第4MOSスイッチと、出力側の第5MOSスイッチと、第6MOSスイッチと、第3コンデンサと、第4コンデンサと、第2可変ゲインアンプと、を有し、前記第4MOSスイッチは、前記垂直読み出し線と接続され、前記第4MOSスイッチ、前記第3コンデンサ、前記第5MOSスイッチおよび前記第2可変ゲインアンプは直列に接続され、前記第4MOSスイッチと前記第3コンデンサとの中点は、前記第4コンデンサを介してグランドに接続され、前記第3コンデンサと前記第5MOSスイッチとの中点は、前記第6MOSスイッチを介してグランドに接続され、前記コンパレータは、前記露光時間が長い方の系統の前記可変ゲインアンプと接続され、当該可変ゲインアンプの出力と基準値とを比較し、比較結果を前記切り替えスイッチの切り替え制御端子に供給し、前記差異検出回路は、前記第1可変ゲインアンプおよび前記第2可変ゲインアンプと接続されることを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明における実施の形態を説明する。
【0019】
《第1の実施形態》
1は、撮像装置13の内部回路構成を示す図である。
図1において、撮像装置13には、単位画素1が、n行m列でマトリックス配列される。これらの単位画素1は、光電変換を行うホトダイオードPDと、電荷転送用のMOSスイッチQTと、電荷リセット用のMOSスイッチQPと、行選択用のMOSスイッチQXと、接合型電界効果トランジスタからなる増幅素子QAとから構成されている。
【0020】
このような単位画素1の出力は、垂直列ごとに共通接続され、m本分の垂直読み出し線2を形成する。これらの垂直読み出し線2には、電流源4がそれぞれ接続される。
また、撮像装置13には、2つの垂直シフトレジスタ3a、3bが設けられる。この内、垂直シフトレジスタ3aには、クロックφCKおよび直列入力φDTaが与えられる。この垂直シフトレジスタ3aのシフト出力φTa1〜nは、論理積回路AP1〜nの第1入力にそれぞれ与えられる。この論理積回路AP1〜nの第2入力には、制御パルスφPXが共通に与えられる。この論理積回路AP1〜nの出力φPX1〜nは、各行のMOSスイッチQXのゲートに与えられる。
【0021】
一方、垂直シフトレジスタ3bには、クロックφCKおよび直列入力φDTbが与えられる。この垂直シフトレジスタ3bのシフト出力φTb1〜nは、論理積回路AT1〜nおよび論理積回路AR1〜nの第1入力にそれぞれ与えられる。論理積回路AT1〜nの第2入力には、制御パルスφTGが与えられる。この論理積回路AT1〜nの出力φTG1〜nは、各行のMOSスイッチQTのゲートに与えられる。また、論理積回路AR1〜nの第2入力には、制御パルスφRGが与えられる。この論理積回路AR1〜nの出力φRG1〜nは、各行のMOSスイッチQPのゲートに与えられる。
また、垂直読み出し線2には、後処理回路6がそれぞれ接続される。この後処理回路6の出力は、水平読み出し線9を介して順次読み出される。
【0022】
[第1の実施形態における後処理回路6の回路構成]
図2は、第1の実施形態における後処理回路6の回路構成を示す図である。
後処理回路6の内部では、垂直読み出し線2が、緩衝増幅器AA、MOSスイッチQB、コンデンサCCおよびMOSスイッチQDを直列に介して、水平読み出し線9に接続される。このMOSスイッチQBとコンデンサCCとの中点は、コンデンサCBを介してグランドに接続される。また、コンデンサCCとMOSスイッチQDとの中点は、MOSスイッチQCを介してグランドに接続される。
【0024】
[第1の実施形態の動作説明]
図3は、第1の実施形態の動作を説明するタイミングチャートである。
以下、図3を用いて、第1の実施形態の動作を説明する。
まず、図3中のT1時点において、垂直シフトレジスタ3bの直列入力φDTbに、単発パルスが入力される。垂直シフトレジスタ3bは、この単発パルスを1段シフトし、シフト出力φTb1として出力する。このシフト出力φTb1により、1行目の論理積回路AR1、AT1が活性状態となり、制御パルスφRG1、φTG1が続けて出力される。
【0025】
この制御パルスφRG1により、1行目のMOSスイッチQPがオン状態となる。その結果、1行目の増幅素子QAのゲート電圧がリセットされる。
続いて、制御パルスφTG1により、1行目のMOSスイッチQTがオン状態となる。すると、1行目のホトダイオードPDの信号電荷は、増幅素子QAのゲート容量に吸収されてリセットされる。1行目のホトダイオードPDは、このリセット時点から、新たに信号電荷の蓄積を開始する。
【0026】
このようなリセット動作は、垂直シフトレジスタ3bのシフト動作によって、2行目以降についても順次実行される。図4中のL行は、ホトダイオードPDのリセット処理を行単位に順次実行する様子を示したものである。
次に、図3中のT2時点において、垂直シフトレジスタ3bの直列入力φDTbに、単発パルスが入力される。垂直シフトレジスタ3bは、この単発パルスを1段シフトし、シフト出力φTb1として出力する。このシフト出力φTb1により、1行目の論理積回路AR1、AT1が活性状態となり、制御パルスφRG1、φTG1が続けて出力される。
【0027】
この制御パルスφRG1により、1行目のMOSスイッチQPがオン状態となる。その結果、1行目の増幅素子QAのゲート電圧がリセットされる。
続いて、制御パルスφTG1により、1行目のMOSスイッチQTがオン状態となる。すると、1行目のホトダイオードPDの信号電荷は、増幅素子QAのゲート容量に転送されて保持される。
【0028】
このような保持動作は、垂直シフトレジスタ3bのシフト動作によって、2行目以降についても順次実行される。図4中のK行は、増幅素子QAの保持処理を行単位に順次実行する様子を示したものである。
次に、図3中のT3時点において、2つの垂直シフトレジスタ3a、3bの直列入力φDTa、φDTbに、単発パルスが同時に入力される。
【0029】
垂直シフトレジスタ3aは、この単発パルスを1段シフトし、シフト出力φTa1として出力する。このシフト出力φTa1により、1行目の論理積回路AP1が活性状態となり、制御パルスφPX1が出力される。
この制御パルスφPX1により、1行目のMOSスイッチQXがオン状態となる。このとき、1行目の増幅素子QAのゲート容量には、図3中に示す第1露光期間に蓄積された信号電荷が保持される。1行目の増幅素子QAは、この信号電荷に応じた信号電圧を垂直読み出し線2に出力する。
【0030】
この状態で、後処理回路6は、MOSスイッチQB、QCをオン状態に設定する。その結果、コンデンサCCを介して充電経路が形成され、垂直読み出し線2上の信号電圧は、コンデンサCCに保持される。後処理回路6は、信号電圧の保持後に、MOSスイッチQCをオフ状態に設定する。
このような動作に続いて、制御パルスφRG1が出力される。この制御パルスφRG1により、1行目のMOSスイッチQPがオン状態となる。その結果、1行目の増幅素子QAのゲート電圧がリセットされる。
【0031】
続いて、制御パルスφTG1が出力される。この制御パルスφTG1により、1行目のMOSスイッチQTがオン状態となる。このとき、1行目のホトダイオードPDには、図3中に示す第2露光期間に蓄積された信号電荷が存在する。この信号電荷は、MOSスイッチQTを介して転送され、増幅素子QAのゲート容量に保持される。1行目の増幅素子QAは、この信号電荷に応じた信号電圧を垂直読み出し線2に出力する。
【0032】
この状態で、後処理回路6は、MOSスイッチQBをオン状態に設定する。その結果、コンデンサCBを介して充電経路が形成され、垂直読み出し線2上の信号電圧は、コンデンサCBに保持される。
この状態で、1〜m列のMOSスイッチQDは、入れ替わりオン状態に設定される。その結果、水平読み出し線9には、コンデンサCBの信号電圧とコンデンサCCの信号電圧との差分電圧が1行分だけ順次読み出される。この差分電圧は、図3中に示す第1露光期間と第2露光期間とにおける画素出力変化を示す差異信号となる。
【0033】
このような読み出し動作は、垂直シフトレジスタ3a、3bのシフト動作によって、2行目以降についても順次実行される。図4中のJ行は、信号電圧の読み出し動作を行単位に順次実行する様子を示したものである。
上述した一連の動作が1フレーム分だけ繰り返されることにより、1画面分の差異信号が生成される。
【0034】
[第1の実施形態の効果など]
以上説明した動作により、第1の実施形態では、図3中に示す第1露光期間と第2露光期間との間における画素出力変化を捉えた差異信号が得られる。この第1露光期間と第2露光期間との時間間隔は、1フレーム期間よりも短い。したがって、高速移動体についても動体エッジを確実に捉えることが可能となる。
【0035】
また、読み出し処理に先行して、過去の画素出力を保持する処理などを先行して実施する。したがって、従来例2とは異なり、読み出し期間に露光時間が限定されることがなく、暗い状況下でも動体画像を撮像することができる。
また、第1の実施形態では、リセット動作を組み合わせることにより、第1露光時間および第2露光時間の時間間隔やシャッタチャンスなどを自在に変更することが可能となる。
次に、別の実施形態について説明する。
【0036】
《第2の実施形態》
2の実施形態における構成上の特徴点は、第1の実施形態(図1)の後処理回路6および水平読み出し線9の代わりに、後処理回路16および水平読み出し線9a〜cが設けられている点である。以下、図5を用いて、この分配出力用の後処理回路16の回路構成について説明する。
【0037】
[第2の実施形態における後処理回路16の回路構成]
図5において、後処理回路16の内部では、垂直読み出し線2が、緩衝増幅器AAを介して2つの系統に分岐される。
一方の第1系統側は、MOSスイッチQB1、コンデンサCC1、可変ゲインアンプA1およびMOSスイッチQD1を順に介して、水平読み出し線9aに接続される。このMOSスイッチQB1とコンデンサCC1との中点は、コンデンサCB1を介してグランドに接続される。また、コンデンサCC1と可変ゲインアンプA1との中点は、MOSスイッチQC1を介してグランドに接続される。
【0038】
他方の第2系統側は、MOSスイッチQB2、コンデンサCC2、可変ゲインアンプA2およびMOSスイッチQD2を順に介して、水平読み出し線9bに接続される。このMOSスイッチQB2とコンデンサCC2との中点は、コンデンサCB2を介してグランドに接続される。また、コンデンサCC2と可変ゲインアンプA2との中点は、MOSスイッチQC2を介してグランドに接続される。さらに、2つの可変ゲインアンプA1、A2の出力は、スイッチSWを介して切り替え選択された後、MOSスイッチQD3を介して水平読み出し線9cに接続される。
【0040】
[第2の実施形態の動作説明]
図6は、第2の実施形態における行単位の処理動作を模式的に示した図である。
第2の実施形態では、第1の先行処理(リセット処理)、第2の先行処理(保持処理)および呼び出し動作が、不等間隔に同期実行される。その結果、1フレーム期間に、露光期間の異なる2種類の画素出力が得られる。これら2種類の画素出力は、読み出し処理に際して垂直読み出し線2に時分割出力される。
【0041】
第1系統側では、1種類目の画素出力が出力されている間に、MOSスイッチQB1、QC1をオン状態に設定する。その結果、コンデンサCC1を介して充電路が形成され、1種類目の画素出力がコンデンサCC1に充電される。
1種類目の画素出力の充電後、第1系統側は、MOSスイッチQC1をオフ状態に設定し、1種類目の画素出力をコンデンサCC1に保持する。
【0042】
この状態で、垂直読み出し線2に暗信号が出力されると、コンデンサCB1を介して充電路が形成され、暗信号がコンデンサCB1に充電される。
暗信号の充電後、第1系統側は、MOSスイッチQB1をオフ状態に設定し、暗信号をコンデンサCB1に保持する。
このような2重サンプリング動作により、コンデンサCC1の他端側には、暗信号と1種類目の画素出力との差分電圧が発生する。この差分電圧は、暗信号分を除いた1種類目の(真の)画素出力に相当する。この真の画素出力は、可変ゲインアンプA1の入力端子に供給される。
【0043】
一方、第2系統側は、垂直読み出し線2に暗信号が出力されている期間に、MOSスイッチQB2、QC2をオン状態に設定する。その結果、コンデンサCC2を介して充電路が形成され、暗信号がコンデンサCC2に充電される。
暗信号の充電後、第2系統側は、MOSスイッチQC2をオフ状態に設定し、暗信号をコンデンサCC2に保持する。
【0044】
この状態で、垂直読み出し線2に2種類目の画素出力が出力されると、コンデンサCB2を介して充電路が形成され、2種類目の画素出力がコンデンサCB2に充電される。
2種類目の画素出力の充電後、第2系統側は、MOSスイッチQB2をオフ状態に設定し、2種類目の画素出力をコンデンサCB2に保持する。
【0045】
このような2重サンプリング動作により、コンデンサCC2の他端側には、2種類目の画素出力と暗信号との差分電圧が発生する。この差分電圧は、暗信号分を除いた2種類目の(真の)画素出力に相当する。この真の画素出力は、可変ゲインアンプA2の入力端子に供給される。
2つの可変ゲインアンプA1、A2は、2種類の画素出力における露光時間の違いに応じてゲインおよび極性を調整して、2種類の画素出力の出力レベルを揃える。
【0046】
この状態で、1〜m列のMOSスイッチQD1〜3は、入れ替わりオン状態に設定される。その結果、水平読み出し線9aには、1種類目の画素出力が1行分だけ順次読み出される。水平読み出し線9bには、2種類目の画素出力が1行分だけ順次読み出される。水平読み出し線9cには、2種類の画素出力のどちらかが1行分だけ順次読み出される。
このような一連の動作が1フレーム分だけ繰り返されることにより、1フレーム期間内に露光時間の異なる複数種類の画像信号が選択的または並行に出力される。
【0047】
[第2の実施形態の効果など]
以上説明した動作により、第2の実施形態では、1フレーム期間内に露出時間の異なる複数の画素出力を選択的または並行に得ることが可能となる。したがって、1フレーム期間内においてオートブラケッティング(露出状態を変えて複数コマの画像を撮像すること)を行うことなどが可能となる。この場合、1フレーム期間に複数コマを高速に撮影できるので、オートブラケッティング動作中にシャッタチャンスを逃すなどのおそれが確実に低くなる。
【0048】
なお、上述した第2の実施形態では、露光時間の異なる画素出力を分配して出力しているが、これに限定されるものではない。例えば、露光時間の異なる画素出力をゲイン調整して信号レベルを揃えた上で、両出力の差分を取る後処理回路を設けてもよい。この場合は、第1の実施形態と同様に、高速動体の動き検出が可能となる。
【0049】
また、上述した第2の実施形態では、露光時間の異なる画素出力を得ているが、これに限定されるものではない。例えば、図4に示すように、第1の先行処理(リセット処理)、第2の先行処理(保持処理)および読み出し動作を、等間隔に同期実行してもよい。この場合には、1フレーム期間内に、同一露出状態の複数画像を得ることが可能となる。このような複数画像を順番に外部記録することにより、スローモーション撮影や高速連続撮影を行うことなどが可能となる。
次に、別の実施形態について説明する。
【0050】
《第3の実施形態》
3の実施形態における構成上の特徴点は、第1の実施形態(図1)の後処理回路6および水平読み出し線9の代わりに、後処理回路26および水平読み出し線9d〜eが設けられている点である。以下、図7を用いて、この分配出力用の後処理回路26の回路構成について説明する。
【0051】
[第3の実施形態における後処理回路26の回路構成]
図7において、後処理回路26の内部では、垂直読み出し線2が、緩衝増幅器AAを介して2つの系統に分岐される。
そのうち、第1系統側は、MOSスイッチQB1、コンデンサCC1を順に介して、可変ゲインアンプA1に入力される。このMOSスイッチQB1とコンデンサCC1との中点は、コンデンサCB1を介してグランドに接続される。また、コンデンサCC1と可変ゲインアンプA1との中点は、MOSスイッチQC1を介してグランドに接続される。
【0052】
可変ゲインアンプA1の出力は、コンパレータCMP、スイッチSWおよび差異検出回路DEFにそれぞれ供給される。このコンパレータCMPの比較出力は、スイッチSWの切り替え制御端子に供給される。
一方、第2系統側は、MOSスイッチQB2、コンデンサCC2を順に介して、可変ゲインアンプA2に入力される。このMOSスイッチQB2とコンデンサCC2との中点は、コンデンサCB2を介してグランドに接続される。また、コンデンサCC2と可変ゲインアンプA2との中点は、MOSスイッチQC2を介してグランドに接続される。
【0053】
可変ゲインアンプA2の出力は、スイッチSWおよび差異検出回路DEFにそれぞれ供給される。
スイッチSWの切り替え出力は、MOSスイッチQD4を介して、水平読み出し線9dに接続される。一方、差異検出回路DEFの出力は、MOSスイッチQD5を介して、水平読み出し線9eに接続される。
【0056】
[第3の実施形態の動作説明]
第3の実施形態においても、第2の実施形態と同様に、可変ゲインアンプA1、A2から、異なる露光時間の2種類の(真の)画素出力が出力される。
この内、長露光時間側の画素出力の方が、画像S/Nが高く、かつ黒側の潰れも少ない。そのため、通常、スイッチSWは、長露光時間側の画素出力を出力する。
【0057】
しかしながら、この長露光時間側の画素出力レベルが、図8に示す閾値電圧Vthを上回ると、飽和領域に入って階調特性に白側の潰れが生じる。そこで、コンパレータCMPは、この長露光時間側の画素出力レベルが閾値電圧Vthを上回ると、スイッチSWを短露光時間側の画素出力へ切り替える。この短露光時間側の画素出力は、飽和領域まで十分な余裕があり、階調特性に白側の潰れは生じない。その上、この切り替え動作時には、信号レベルが十分なレベルにあるため、短露光時間側の画素出力においても、画像S/Nとして十分なレベルが得られる。この短露光時間側の画素出力は、可変ゲインアンプA1、A2により、ゲインと極性が調整されて長露光時間側の画素出力と出力レベルが予め揃えられているので、このような切り替え時に段差やヒゲ波形などが生じるおそれもない。
【0058】
このような切り替え動作により、1フレーム期間内の2種類の画素出力から、図8中の点線特性に示すように、広ダイナミックレンジの画素出力を合成することが可能となる。
この広ダイナミックレンジの画素出力は、MOSスイッチQD4を介して、水平読み出し線9dに順次出力される。
【0059】
一方、差異検出回路DEFにも、可変ゲインアンプA1、A2から、異なる露光時間の2種類の(真の)画素出力がレベルおよび極性を揃えた上で、それぞれ入力される。長露光時間側の画素出力レベルが閾値Vth以下であれば、2種類の画素出力はほぼ同一レベルの信号となる。このようなレベルの揃った2種類の画素出力に基づいて、差異検出回路DEFは、1フレーム期間よりも短い時間間隔の画素出力変化を示す差異信号を生成する。この差異信号は、MOSスイッチQD5を介して、水平読み出し線9eに順次読み出される。
【0060】
[第3の実施形態の効果など]
以上説明したように、第3の実施形態では、図8中の点線特性に示すような、広ダイナミックレンジの画素出力を得ることが可能となる。
特に、2種類の画素出力は、撮像タイムラグが明らかに短い。したがって、これら2種類の画素出力が1画面に混在しても、画像が破綻するなどの弊害はほとんど生じない。
【0061】
なお、上述した第3の実施形態では、画素出力の切り替えにより画素出力のダイナミックレンジを拡大しているが、これに限定されるものではない。例えば、露光時間の異なる画素出力を重み付け加算する回路を設けることにより、ダイナミックレンジを拡大してもよい。また、露光時間の異なる画素出力についてレベルを揃えた上でMAX演算(またはMIN演算)を行う回路を設けることにより、白潰れ(黒潰れ)の少ない画素出力を合成してもよい。
【0062】
《実施形態の補足事項》
なお、上述した実施形態では、垂直読み出し線2ごとに後処理回路6、16、26を設けている。このような構成により、水平読み出し線を時分割に使用する必要がなくなり、水平走査周波数が極端に高くなるのを防ぐことができる。しかしながら、これに限定されるものではない。例えば、水平読み出し線の出力端に後処理回路を設けてもよい。この場合には、列単位の画素処理のバラツキが発生しないという利点がある。
【0063】
また、上述した実施形態では、リセット処理→保持処理→読み出し動作の順番で説明を行ったが、これに限定されるものではない。例えば、1フレーム期間を二分割して露光期間を設定するような場合には、リセット処理を省略してもよい。また、リセット処理の挿入タイミングや回数を適宜変更することにより、第1露光期間と第2露光期間を自在に設定してもよい。また、画素処理部において複数の画素出力を保持可能にすることにより、1フレーム期間内に3種類以上の画素出力を生成するようにしてもよい。
【0064】
なお、上述した実施形態では、画素処理部の処理機能として保持処理を挙げて説明しているが、これに限定されるものではない。一般的には、画素出力の前処理として所望の処理機能を持たせることが可能である。例えば、画素処理部の処理機能として、量子化処理、画素補間処理、階調変換処理、直交変換処理、空間周波数フィルタ処理などの機能を持たせてもよい。
【0065】
なお、請求項中の『1フレーム期間』は、撮像面上を二次元走査して画像を読み出す期間(例えば、1垂直走査周期のこと)という広義の意味である。したがって、上述した実施形態は、プログレッシブ走査を行う撮像装置に限定されるものではない。例えば、インターレース走査を行う撮像装置に本発明を適用することも可能である。
【0066】
【発明の効果】
本発明の一態様では、画素出力の前処理動作と読み出し動作とが、互いに衝突することなく、円滑に並行実行される。その結果、画素出力の読み出し時点において、画素処理部には、前処理を終えた画素出力が存在する。一方、受光素子には、前処理後の露光分を含む画素出力が存在する。このように、本発明の構成では、従来不可能であった、1フレーム期間内に複数時点の画素出力を生成することが可能になる。これら複数時点の画素出力は、一般的なフレーム間の画素出力に比べて、撮像タイムラグが明らかに短縮されている。したがって、その後の画像処理において撮像タイムラグに起因する問題(発明が解決しようとする課題で述べたような問題)が生じにくいという際立った利点がある。
【0067】
本発明の別の態様では、読み出し時点において、画素処理部に、過去保持した画素出力が存在する。一方、併設される受光素子には、その保持時点以降に蓄積された画素出力が存在する。差異信号生成回路は、これら新旧の画素出力から、1フレーム期間よりも短い時間間隔の画素出力変化を捉えた差異信号を生成する。この場合、従来例1に比べて画素出力の撮像タイムラグが短いので、高速移動体の動体エッジを確実に捉えることが可能になる。また、従来例2とは異なり、露光時間が読み出し時間に実質限定されることがないので、暗い状況下においても確実に動体画像を生成することが可能になる。さらに、従来例2とは異なり、画素出力変化の検出タイミングが隣接行において大部分重複するので、動体画像が行単位にずれるなどの弊害が明らかに生じにくい。
【0068】
本発明の別の態様では、読み出し時点において、画素処理部に、過去保持した画素出力が存在する。一方、併設される受光素子には、その保持時点以降に蓄積された画素出力が存在する。分配回路は、これら複数時点の画素出力を分配することにより、1フレーム期間内に複数画像を生成することが可能になる。このような動作により、短時間に複数コマの撮影を行う用途(オートブラケッティングやスローモーション撮影や高速連続撮影など)に好適な複数画像が得られる。
【0069】
本発明の別の態様では、読み出し時点において、画素処理部に、過去保持した画素出力が存在する。一方、併設される受光素子には、その保持時点以降に蓄積された画素出力が存在する。これら複数時点の画素出力は、撮像タイムラグが1フレーム期間未満であり、明らかに短い。合成回路は、これら複数時点の画素出力を合成することにより、撮像タイムラグに起因する画像の破綻を回避しつつ、画素出力のダイナミックレンジを拡大することが可能となる。
【0070】
本発明の別の態様では、画素処理部に画素出力をリセットする機能を持たせる。このリセットタイミングを可変することにより、読み出し時点において画素処理部および受光素子にそれぞれ存在する画素出力について、そのシャッタチャンスや露光期間を自在に変更することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】撮像装置13の内部回路構成を示す図である。
【図2】動き検出用の後処理回路6の回路構成を示す図である。
【図3】垂直読み出し動作を説明するタイミングチャートである。
【図4】1フレーム期間内に同一露光時間の複数画素出力を生成する場合の動作を示す図である。
【図5】分配出力用の後処理回路16の回路構成を示す図である。
【図6】1フレーム期間内に異なる露光時間の複数画素出力を生成する場合の動作を示す図である。
【図7】ダイナミックレンジ拡大用の後処理回路26の回路構成を示す図である。
【図8】画素出力の切り替えによる画素合成を説明する図である。
【符号の説明】
PD ホトダイオード
QT 電荷転送用のMOSスイッチ
QP 電荷リセット用のMOSスイッチ
QX 行選択用のMOSスイッチ
QA 増幅素子
1 単位画素
2 垂直読み出し線
3a 垂直シフトレジスタ
3b 垂直シフトレジスタ
6、16、26 後処理回路
9 水平読み出し線
13 撮像装置
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an imaging apparatus that captures an optical image.
[0002]
[Prior art]
[Conventional Example 1] As a conventional technique, a technique for detecting a moving object edge based on a difference between frames of an image and generating a moving object image is known.
[0003]
[Conventional Example 2] In addition, in equations (8) to (13) of Japanese Patent Laid-Open No. 6-139361, a resettable integrator is provided at the current output destination of the light receiving element, and the output current polarity of the light receiving element is being read out. The operation of reversing is described. With such a configuration, it is possible to obtain a temporal change in pixel output as a current integrated value.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the above-described conventional example 1 detects a moving object edge based on a difference between frames of an image. For this reason, when the moving object moves at a high speed, the position of the moving object between frames greatly deviates, making it difficult to detect the moving object edge. In addition, in the case of a moving object that moves extremely rapidly, the position of the moving object is completely separated between frame images. In such a state, it becomes very difficult to identify the shape and number of moving objects based on moving object edges.
[0005]
On the other hand, in Conventional Example 2 described above, the resettable integrator must accumulate the change in the output current of the light receiving element in real time. Therefore, the row-by-row exposure operation and the current output operation must be executed simultaneously. Therefore, the exposure time of the light receiving elements per row of pixels is substantially limited to the readout time per row (so-called horizontal scanning period). For this reason, the exposure time is extremely short compared with a normal image sensor, and there is a problem that it is not suitable for a dark scene.
[0006]
Further, in the conventional example 2, since the above-described operation is individually executed for each row, the detection timing of the time change does not overlap at all even in the adjacent row. For this reason, when the moving object moves at high speed, the moving object image is scattered in units of rows. Therefore, it is not suitable for use for identifying the shape of a moving object.
In view of the above-described problems, the present inventor has previously performed a pre-processing for detecting a temporal change in pixel output prior to a pixel output readout operation. It was considered preferable for generating a moving object image.
[0007]
  Therefore,One embodiment of the present inventionAccordingly, an object of the present invention is to provide an imaging device capable of executing a predetermined pre-process in advance for pixel output in parallel with a pixel output readout operation.
  further,In another embodiment, the one embodiment described aboveAn object of the present invention is to provide an imaging apparatus suitable for generating a moving body image of a high-speed moving body by applying the imaging apparatus.
  In another embodiment, the one embodiment described aboveAn object of the present invention is to provide an imaging apparatus that can capture images of a plurality of frames in one frame period.
  In another embodiment, the one embodiment described aboveAn object of the present invention is to provide an imaging apparatus capable of expanding the dynamic range of pixel output by applying the imaging apparatus.
  In another aspect, each of the above aspectsIt is an object of the present invention to provide an imaging apparatus capable of further increasing the degree of freedom of selection such as exposure time and photo opportunity.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  1st invention respond | corresponds to the light receiving element which accumulate | stores the signal charge according to incident light, the charge transfer MOS switch which transfers the said signal charge from the said light receiving element to a capacity | capacitance, and the signal charge accumulate | stored in the said capacity | capacitance An amplifying element that generates a signal voltage, a reset MOS switch that resets the signal charge of the capacitor, and a row selection MOS switch are arranged in a matrix, respectively, and the row selection MOS switch and each vertical column The row selection MOS switch, the charge transfer MOS switch, and the reset MOS arranged in a row direction, each of which is connected to a vertical read line that reads the signal voltage from the amplification element, and includes a shift register and a logic circuit An output circuit that outputs a control pulse to the switch and the vertical readout line are connected and output from the amplification element And a post-processing circuit that holds the signal voltage, and the output circuit controls switching between the ON state and the OFF state of the reset MOS switch and the charge transfer MOS switch in the same row in one frame period. Each of the pulses is output a plurality of times to set a plurality of exposure periods in one frame period, and the row selection MOS switch is turned on only once in the one frame period, and each of the plurality of exposure periods corresponding to the plurality of exposure periods is set. A signal voltage is output to the vertical readout line.
[0009]
In a second aspect based on the first aspect, the output circuit transfers the signal charge generated by the light receiving element during the first exposure period to the capacitor by turning on the charge transfer MOS switch. An operation of starting a second exposure period by the light receiving element, an operation of turning on the row selection MOS switch and outputting a signal voltage corresponding to a signal charge transferred to the capacitor to the vertical readout line, After resetting the capacitor with the reset MOS switch turned on, the signal charge generated by the light receiving element during the second exposure period is transferred to the capacitor with the charge transfer MOS switch turned on, A control pulse for outputting the signal voltage corresponding to the signal charge to the vertical readout line is output.
[0010]
  According to a third invention, in the first or second invention, the output circuit includes a transfer circuit that outputs a control pulse for each row to the row selection MOS switch arranged in the row direction, and a row direction. And a control circuit for outputting a control pulse for each row with respect to the arranged charge transfer MOS switch and the reset MOS switch.
[0011]
  In a fourth aspect based on the second aspect, the post-processing circuit generates a differential voltage between the signal voltage obtained in the first exposure period and the signal voltage obtained in the second exposure period. It is a difference signal generation circuit which performs.
[0012]
  In a fifth aspect based on the fourth aspect, the difference signal generation circuit includes a first MOS switch on the input side, a second MOS switch on the output side, a third MOS switch, a first capacitor, a second capacitor, The first MOS switch is connected to the vertical readout line, the first MOS switch, the first capacitor, and the second MOS switch are connected in series, and a midpoint between the first MOS switch and the first capacitor. Is connected to the ground via the second capacitor, and the midpoint of the first capacitor and the second MOS switch is connected to the ground via the third MOS switch.
[0013]
  In a sixth aspect based on the second aspect, the post-processing circuit calculates a differential voltage between a signal voltage corresponding to the signal charge generated in the first exposure period and a dark signal output after the reset. Holding the differential voltage between the dark signal output after the reset and the signal voltage corresponding to the signal charge generated in the second exposure period, and outputting the differential voltage selectively or in parallel It is a distribution circuit which performs.
[0014]
  According to a seventh invention, in the sixth invention, the distribution circuit includes a first system circuit, a second system circuit, and a selection switch for selecting the first system and the second system, The one-system circuit has a first MOS switch on the input side, a second MOS switch on the output side, a third MOS switch, a first capacitor, and a second capacitor, and the first MOS switch includes the first MOS switch, Connected to a vertical readout line, the first MOS switch, the first capacitor, and the second MOS switch are connected in series, and a midpoint between the first MOS switch and the first capacitor is grounded via the second capacitor. The middle point of the first capacitor and the second MOS switch is connected to the ground via the third MOS switch, and the circuit of the second system Side fourth MOS switch, an output side fifth MOS switch, a sixth MOS switch, a third capacitor, and a fourth capacitor, and the fourth MOS switch is connected to the vertical readout line, and A 4MOS switch, the third capacitor, and the fifth MOS switch are connected in series, and a midpoint between the fourth MOS switch and the third capacitor is connected to the ground via the fourth capacitor, The midpoint of the fifth MOS switch is connected to the ground via the sixth MOS switch.
[0015]
  In an eighth aspect based on the second aspect, the post-processing circuit includes a first difference between a signal voltage corresponding to the signal charge generated in the first exposure period and a dark signal output after the reset. A second signal voltage corresponding to the signal charge generated during the second exposure period, which is a time different from the time of the first exposure period and the dark signal output after the reset Holding a differential voltage, aligning the output level according to the difference between the first exposure time and the second exposure time, and comparing the first differential voltage and the second differential voltage after aligning the output level It is a synthesis circuit that outputs either one of them and generates a difference signal between the first differential voltage and the second differential voltage after the output levels are made uniform.
[0016]
  According to a ninth aspect based on the eighth aspect, the synthesis circuit includes a first system circuit, a second system circuit, a comparator, a difference detection circuit, an output from the first system circuit, and the first system circuit. A switch for switching to any one of the outputs from the second system circuit, the first system circuit comprising: a first MOS switch on the input side; a second MOS switch on the output side; and a third MOS switch; A first capacitor, a second capacitor, and a first variable gain amplifier, wherein the first MOS switch is connected to the vertical readout line; the first MOS switch; the first capacitor; the second MOS switch; The first variable gain amplifier is connected in series, and a midpoint between the first MOS switch and the first capacitor is connected to the ground via the second capacitor. The middle point of the first capacitor and the second MOS switch is connected to the ground via the third MOS switch, and the second system circuit includes a fourth MOS switch on the input side and a fifth MOS on the output side. A switch, a sixth MOS switch, a third capacitor, a fourth capacitor, and a second variable gain amplifier, the fourth MOS switch being connected to the vertical readout line, the fourth MOS switch, 3 capacitors, the fifth MOS switch, and the second variable gain amplifier are connected in series, and a midpoint between the fourth MOS switch and the third capacitor is connected to the ground via the fourth capacitor, and the third capacitor The midpoint of the capacitor and the fifth MOS switch is connected to the ground via the sixth MOS switch, and the comparator Is connected to the variable gain amplifier of the system with the longer exposure time, compares the output of the variable gain amplifier with a reference value, and supplies a comparison result to the switching control terminal of the changeover switch, The difference detection circuit is connected to the first variable gain amplifier and the second variable gain amplifier.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0019]
<< First Embodiment >>
Figure1 is a diagram illustrating an internal circuit configuration of the imaging apparatus 13.
  In FIG. 1, in the imaging device 13, unit pixels 1 are arranged in a matrix with n rows and m columns. These unit pixels 1 are composed of a photodiode PD that performs photoelectric conversion, a charge transfer MOS switch QT, a charge reset MOS switch QP, a row selection MOS switch QX, and a junction field effect transistor. It is comprised from the element QA.
[0020]
The outputs of such unit pixels 1 are connected in common for each vertical column, and m vertical readout lines 2 are formed. A current source 4 is connected to each of the vertical read lines 2.
The imaging device 13 is provided with two vertical shift registers 3a and 3b. Among them, the clock φCK and the serial input φDTa are given to the vertical shift register 3a. Shift outputs φTa1 to n of the vertical shift register 3a are applied to first inputs of AND circuits AP1 to APn, respectively. A control pulse φPX is commonly applied to the second inputs of the AND circuits AP1 to APn. The outputs φPX1 to n of the AND circuits AP1 to APn are applied to the gates of the MOS switches QX in each row.
[0021]
On the other hand, the clock φCK and the serial input φDTb are supplied to the vertical shift register 3b. Shift outputs φTb1 to n of vertical shift register 3b are applied to first inputs of AND circuits AT1 to ATn and AND circuits AR1 to ARn, respectively. A control pulse φTG is given to the second inputs of the AND circuits AT1 to ATn. The outputs φTG1 to n of the AND circuits AT1 to ATn are applied to the gates of the MOS switches QT in each row. A control pulse φRG is applied to the second inputs of the AND circuits AR1 to ARn. The outputs φRG1 to n of the AND circuits AR1 to ARn are given to the gates of the MOS switches QP in each row.
Further, post-processing circuits 6 are connected to the vertical readout lines 2 respectively. The output of the post-processing circuit 6 is sequentially read out via the horizontal read line 9.
[0022]
[Circuit Configuration of Post-Processing Circuit 6 in First Embodiment]
FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration of the post-processing circuit 6 in the first embodiment.
Inside the post-processing circuit 6, the vertical readout line 2 is connected to the horizontal readout line 9 through the buffer amplifier AA, the MOS switch QB, the capacitor CC and the MOS switch QD in series. The midpoint between the MOS switch QB and the capacitor CC is connected to the ground via the capacitor CB. The midpoint between the capacitor CC and the MOS switch QD is connected to the ground via the MOS switch QC.
[0024]
[Description of Operation of First Embodiment]
FIG. 3 is a timing chart for explaining the operation of the first embodiment.
Hereinafter, the operation of the first embodiment will be described with reference to FIG.
First, at time T1 in FIG. 3, a single pulse is input to the serial input φDTb of the vertical shift register 3b. The vertical shift register 3b shifts this single pulse by one stage and outputs it as a shift output φTb1. By this shift output φTb1, the AND circuits AR1 and AT1 in the first row are activated, and the control pulses φRG1 and φTG1 are continuously output.
[0025]
This control pulse φRG1 turns on the MOS switch QP in the first row. As a result, the gate voltage of the amplification element QA in the first row is reset.
Subsequently, the MOS switch QT in the first row is turned on by the control pulse φTG1. Then, the signal charge of the photodiode PD in the first row is absorbed by the gate capacitance of the amplifying element QA and reset. The photodiode PD in the first row newly starts to accumulate signal charges from this reset point.
[0026]
Such a reset operation is sequentially executed for the second and subsequent rows by the shift operation of the vertical shift register 3b. The L line in FIG. 4 shows a state in which the reset process of the photodiode PD is sequentially executed for each line.
Next, at time T2 in FIG. 3, a single pulse is input to the serial input φDTb of the vertical shift register 3b. The vertical shift register 3b shifts this single pulse by one stage and outputs it as a shift output φTb1. By this shift output φTb1, the AND circuits AR1 and AT1 in the first row are activated, and the control pulses φRG1 and φTG1 are continuously output.
[0027]
This control pulse φRG1 turns on the MOS switch QP in the first row. As a result, the gate voltage of the amplification element QA in the first row is reset.
Subsequently, the MOS switch QT in the first row is turned on by the control pulse φTG1. Then, the signal charge of the photodiode PD in the first row is transferred to and held in the gate capacitance of the amplifying element QA.
[0028]
Such a holding operation is sequentially executed for the second and subsequent rows by the shift operation of the vertical shift register 3b. Row K in FIG. 4 shows a state in which the holding process of the amplifying element QA is sequentially executed in units of rows.
Next, at time T3 in FIG. 3, single pulses are simultaneously input to the serial inputs φDTa and φDTb of the two vertical shift registers 3a and 3b.
[0029]
The vertical shift register 3a shifts this single pulse by one stage and outputs it as a shift output φTa1. This shift output φTa1 activates the AND circuit AP1 in the first row and outputs a control pulse φPX1.
This control pulse φPX1 turns on the MOS switch QX in the first row. At this time, the signal charge accumulated in the first exposure period shown in FIG. 3 is held in the gate capacitance of the amplification element QA in the first row. The amplifying element QA in the first row outputs a signal voltage corresponding to this signal charge to the vertical read line 2.
[0030]
In this state, the post-processing circuit 6 sets the MOS switches QB and QC to the on state. As a result, a charging path is formed through the capacitor CC, and the signal voltage on the vertical readout line 2 is held in the capacitor CC. The post-processing circuit 6 sets the MOS switch QC to the OFF state after holding the signal voltage.
Following such an operation, a control pulse φRG1 is output. This control pulse φRG1 turns on the MOS switch QP in the first row. As a result, the gate voltage of the amplification element QA in the first row is reset.
[0031]
Subsequently, the control pulse φTG1 is output. This control pulse φTG1 turns on the MOS switch QT in the first row. At this time, the signal charges accumulated in the second exposure period shown in FIG. 3 exist in the photodiode PD in the first row. This signal charge is transferred via the MOS switch QT and held in the gate capacitance of the amplifying element QA. The amplifying element QA in the first row outputs a signal voltage corresponding to this signal charge to the vertical read line 2.
[0032]
In this state, the post-processing circuit 6 sets the MOS switch QB to the on state. As a result, a charging path is formed via the capacitor CB, and the signal voltage on the vertical readout line 2 is held in the capacitor CB.
In this state, the MOS switches QD in the 1 to m columns are switched and set to the on state. As a result, the differential voltage between the signal voltage of the capacitor CB and the signal voltage of the capacitor CC is sequentially read out to the horizontal readout line 9 by one row. This differential voltage is a difference signal indicating a change in pixel output between the first exposure period and the second exposure period shown in FIG.
[0033]
Such a read operation is sequentially executed for the second and subsequent rows by the shift operation of the vertical shift registers 3a and 3b. The row J in FIG. 4 shows a state in which the signal voltage read operation is sequentially executed in units of rows.
By repeating the above-described series of operations for one frame, a difference signal for one screen is generated.
[0034]
[Effects of First Embodiment]
With the operation described above, in the first embodiment, a difference signal that captures a change in pixel output between the first exposure period and the second exposure period shown in FIG. 3 is obtained. The time interval between the first exposure period and the second exposure period is shorter than one frame period. Therefore, it is possible to reliably capture the moving object edge even for a high-speed moving object.
[0035]
Further, prior to the readout process, a process for holding the past pixel output is performed in advance. Therefore, unlike the conventional example 2, the exposure time is not limited in the readout period, and a moving body image can be captured even in a dark situation.
In the first embodiment, the time interval between the first exposure time and the second exposure time, the photo opportunity, and the like can be freely changed by combining the reset operation.
Next, another embodiment will be described.
[0036]
<< Second Embodiment >>
FirstThe structural feature of the second embodiment is that a post-processing circuit 16 and horizontal readout lines 9a to 9c are provided instead of the post-processing circuit 6 and the horizontal readout line 9 of the first embodiment (FIG. 1). It is a point. Hereinafter, the circuit configuration of the post-processing circuit 16 for distributed output will be described with reference to FIG.
[0037]
[Circuit Configuration of Post-Processing Circuit 16 in Second Embodiment]
In FIG. 5, inside the post-processing circuit 16, the vertical readout line 2 is branched into two systems via the buffer amplifier AA.
One first system side is connected to the horizontal readout line 9a through the MOS switch QB1, the capacitor CC1, the variable gain amplifier A1, and the MOS switch QD1 in this order. The midpoint of the MOS switch QB1 and the capacitor CC1 is connected to the ground via the capacitor CB1. The midpoint between the capacitor CC1 and the variable gain amplifier A1 is connected to the ground via the MOS switch QC1.
[0038]
The other second system side is connected to the horizontal readout line 9b through the MOS switch QB2, the capacitor CC2, the variable gain amplifier A2, and the MOS switch QD2 in this order. The midpoint between the MOS switch QB2 and the capacitor CC2 is connected to the ground via the capacitor CB2. The midpoint between the capacitor CC2 and the variable gain amplifier A2 is connected to the ground via the MOS switch QC2. Further, the outputs of the two variable gain amplifiers A1 and A2 are switched and selected via the switch SW, and then connected to the horizontal readout line 9c via the MOS switch QD3.
[0040]
[Description of Operation of Second Embodiment]
FIG. 6 is a diagram schematically showing the processing operation in units of rows in the second embodiment.
In the second embodiment, the first preceding process (reset process), the second preceding process (holding process), and the calling operation are executed synchronously at unequal intervals. As a result, two types of pixel outputs having different exposure periods can be obtained in one frame period. These two types of pixel outputs are time-divisionally output to the vertical readout line 2 during readout processing.
[0041]
On the first system side, the MOS switches QB1 and QC1 are set to the on state while the first type of pixel output is being output. As a result, a charging path is formed through the capacitor CC1, and the first-type pixel output is charged in the capacitor CC1.
After charging the first type of pixel output, the first system side sets the MOS switch QC1 to the off state and holds the first type of pixel output in the capacitor CC1.
[0042]
In this state, when a dark signal is output to the vertical readout line 2, a charging path is formed through the capacitor CB1, and the dark signal is charged to the capacitor CB1.
After charging the dark signal, the first system side sets the MOS switch QB1 to the off state and holds the dark signal in the capacitor CB1.
By such a double sampling operation, a differential voltage between the dark signal and the first type of pixel output is generated on the other end side of the capacitor CC1. This differential voltage corresponds to the first (true) pixel output excluding the dark signal. This true pixel output is supplied to the input terminal of the variable gain amplifier A1.
[0043]
On the other hand, the second system side sets the MOS switches QB2 and QC2 to the ON state during the period in which the dark signal is output to the vertical readout line 2. As a result, a charging path is formed through the capacitor CC2, and the dark signal is charged in the capacitor CC2.
After charging the dark signal, the second system side sets the MOS switch QC2 to the off state and holds the dark signal in the capacitor CC2.
[0044]
In this state, when a second type of pixel output is output to the vertical readout line 2, a charging path is formed via the capacitor CB2, and the second type of pixel output is charged to the capacitor CB2.
After charging the second type of pixel output, the second system side sets the MOS switch QB2 to the OFF state and holds the second type of pixel output in the capacitor CB2.
[0045]
By such a double sampling operation, a differential voltage between the second pixel output and the dark signal is generated on the other end side of the capacitor CC2. This differential voltage corresponds to the second (true) pixel output excluding the dark signal. This true pixel output is supplied to the input terminal of the variable gain amplifier A2.
The two variable gain amplifiers A1 and A2 adjust the gain and polarity in accordance with the difference in exposure time between the two types of pixel outputs, and align the output levels of the two types of pixel outputs.
[0046]
In this state, the MOS switches QD1 to QD3 in the 1 to m columns are switched and set to the on state. As a result, the first pixel output is sequentially read out by one row on the horizontal readout line 9a. The second type of pixel output is sequentially read out by one row on the horizontal readout line 9b. One of the two types of pixel outputs is sequentially read out by one row on the horizontal readout line 9c.
By repeating such a series of operations for one frame, a plurality of types of image signals having different exposure times are selectively or concurrently output within one frame period.
[0047]
[Effects of Second Embodiment, etc.]
By the operation described above, in the second embodiment, it is possible to selectively or in parallel obtain a plurality of pixel outputs having different exposure times within one frame period. Therefore, it is possible to perform auto bracketing (capturing a plurality of frames of images by changing the exposure state) within one frame period. In this case, since a plurality of frames can be taken at high speed in one frame period, the risk of missing a photo opportunity during the auto bracketing operation is reliably reduced.
[0048]
In the second embodiment described above, pixel outputs having different exposure times are distributed and output. However, the present invention is not limited to this. For example, a post-processing circuit that takes the difference between the two outputs after adjusting the gain by adjusting the gain of pixel outputs having different exposure times may be provided. In this case, as in the first embodiment, it is possible to detect the motion of a high-speed moving body.
[0049]
In the second embodiment described above, pixel outputs having different exposure times are obtained. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 4, the first preceding process (reset process), the second preceding process (holding process), and the reading operation may be executed synchronously at equal intervals. In this case, it is possible to obtain a plurality of images in the same exposure state within one frame period. By sequentially recording such a plurality of images in order, it is possible to perform slow motion shooting or high-speed continuous shooting.
Next, another embodiment will be described.
[0050]
<< Third Embodiment >>
FirstThe structural feature of the third embodiment is that a post-processing circuit 26 and horizontal readout lines 9d to 9e are provided instead of the post-processing circuit 6 and the horizontal readout line 9 in the first embodiment (FIG. 1). It is a point. Hereinafter, the circuit configuration of the post-processing circuit 26 for distributed output will be described with reference to FIG.
[0051]
[Circuit Configuration of Post-Processing Circuit 26 in the Third Embodiment]
In FIG. 7, in the post-processing circuit 26, the vertical readout line 2 is branched into two systems via the buffer amplifier AA.
Among them, the first system side is input to the variable gain amplifier A1 through the MOS switch QB1 and the capacitor CC1 in this order. The midpoint of the MOS switch QB1 and the capacitor CC1 is connected to the ground via the capacitor CB1. The midpoint between the capacitor CC1 and the variable gain amplifier A1 is connected to the ground via the MOS switch QC1.
[0052]
The output of the variable gain amplifier A1 is supplied to the comparator CMP, the switch SW, and the difference detection circuit DEF. The comparison output of the comparator CMP is supplied to the switching control terminal of the switch SW.
On the other hand, the second system side is input to the variable gain amplifier A2 through the MOS switch QB2 and the capacitor CC2 in this order. The midpoint between the MOS switch QB2 and the capacitor CC2 is connected to the ground via the capacitor CB2. The midpoint between the capacitor CC2 and the variable gain amplifier A2 is connected to the ground via the MOS switch QC2.
[0053]
The output of the variable gain amplifier A2 is supplied to the switch SW and the difference detection circuit DEF, respectively.
The switching output of the switch SW is connected to the horizontal readout line 9d via the MOS switch QD4. On the other hand, the output of the difference detection circuit DEF is connected to the horizontal readout line 9e via the MOS switch QD5.
[0056]
[Description of Operation of Third Embodiment]
Also in the third embodiment, as in the second embodiment, two types of (true) pixel outputs having different exposure times are output from the variable gain amplifiers A1 and A2.
Among these, the pixel output on the long exposure time side has a higher image S / N and the black side is less crushed. Therefore, normally, the switch SW outputs a pixel output on the long exposure time side.
[0057]
However, when the pixel output level on the long exposure time side exceeds the threshold voltage Vth shown in FIG. 8, the saturation characteristic is entered and white-side collapse occurs in the gradation characteristics. Therefore, when the pixel output level on the long exposure time side exceeds the threshold voltage Vth, the comparator CMP switches the switch SW to the pixel output on the short exposure time side. The pixel output on the short exposure time side has a sufficient margin up to the saturation region, and the white side is not crushed in the gradation characteristics. In addition, since the signal level is at a sufficient level during this switching operation, a sufficient level as the image S / N can be obtained even at the pixel output on the short exposure time side. The pixel output on the short exposure time side is adjusted in gain and polarity by the variable gain amplifiers A1 and A2, and the pixel output on the long exposure time side and the output level are aligned in advance. There is no risk of a beard waveform.
[0058]
By such a switching operation, it is possible to synthesize a pixel output with a wide dynamic range from two types of pixel outputs within one frame period, as shown by the dotted line characteristics in FIG.
This wide dynamic range pixel output is sequentially output to the horizontal readout line 9d via the MOS switch QD4.
[0059]
On the other hand, two types of (true) pixel outputs having different exposure times are also input to the difference detection circuit DEF after the levels and polarities are aligned from the variable gain amplifiers A1 and A2. If the pixel output level on the long exposure time side is equal to or less than the threshold value Vth, the two types of pixel outputs are signals of substantially the same level. Based on the two types of pixel outputs having the same level, the difference detection circuit DEF generates a difference signal indicating a change in pixel output at a time interval shorter than one frame period. This difference signal is sequentially read out to the horizontal readout line 9e via the MOS switch QD5.
[0060]
[Effects of the third embodiment, etc.]
As described above, in the third embodiment, it is possible to obtain a pixel output with a wide dynamic range as shown by the dotted line characteristics in FIG.
In particular, the two types of pixel outputs have clearly short imaging time lags. Therefore, even if these two types of pixel outputs are mixed in one screen, there is almost no adverse effect such as an image failure.
[0061]
In the third embodiment described above, the dynamic range of the pixel output is expanded by switching the pixel output, but the present invention is not limited to this. For example, the dynamic range may be expanded by providing a circuit for weighted addition of pixel outputs having different exposure times. Further, pixel outputs with less white crushing (black crushing) may be synthesized by providing a circuit that performs MAX calculation (or MIN calculation) after leveling pixel outputs having different exposure times.
[0062]
<< Additional items of embodiment >>
In the embodiment described above, the post-processing circuits 6, 16, and 26 are provided for each vertical readout line 2. With this configuration, it is not necessary to use the horizontal readout line for time division, and the horizontal scanning frequency can be prevented from becoming extremely high. However, the present invention is not limited to this. For example, a post-processing circuit may be provided at the output end of the horizontal readout line. In this case, there is an advantage that there is no variation in pixel processing in units of columns.
[0063]
In the above-described embodiment, the description has been made in the order of reset processing → holding processing → reading operation, but the present invention is not limited to this. For example, when the exposure period is set by dividing one frame period into two, the reset process may be omitted. Further, the first exposure period and the second exposure period may be freely set by appropriately changing the reset processing insertion timing and the number of times. In addition, by enabling the pixel processing unit to hold a plurality of pixel outputs, three or more types of pixel outputs may be generated within one frame period.
[0064]
In the above-described embodiment, the holding process is described as the processing function of the pixel processing unit, but the present invention is not limited to this. In general, it is possible to provide a desired processing function as preprocessing for pixel output. For example, the processing functions of the pixel processing unit may include functions such as quantization processing, pixel interpolation processing, gradation conversion processing, orthogonal transformation processing, and spatial frequency filter processing.
[0065]
The “one frame period” in the claims has a broad meaning of a period (for example, one vertical scanning period) in which an image is read out by two-dimensional scanning on the imaging surface. Therefore, the above-described embodiment is not limited to an imaging apparatus that performs progressive scanning. For example, the present invention can be applied to an imaging apparatus that performs interlace scanning.
[0066]
【The invention's effect】
  One embodiment of the present inventionThe pixel output preprocessing operation and the readout operation are smoothly executed in parallel without colliding with each other. As a result, there is a pixel output for which the preprocessing has been completed in the pixel processing unit at the time of reading out the pixel output. On the other hand, the light receiving element has a pixel output including the pre-processed exposure. As described above, with the configuration of the present invention, it becomes possible to generate pixel outputs at a plurality of points in one frame period, which was impossible in the past. These pixel outputs at a plurality of points in time clearly have a shorter imaging time lag than pixel outputs between general frames. Therefore, there is a remarkable advantage that problems caused by the imaging time lag (problems described in the problem to be solved by the invention) hardly occur in subsequent image processing.
[0067]
  Another aspect of the present inventionThen, the pixel output held in the past exists in the pixel processing unit at the time of reading. On the other hand, the light receiving elements provided side by side have pixel outputs accumulated after the holding time. The difference signal generation circuit generates a difference signal that captures pixel output changes at time intervals shorter than one frame period from these new and old pixel outputs. In this case, since the imaging output time lag of the pixel output is shorter than that in the conventional example 1, it is possible to reliably capture the moving body edge of the high-speed moving body. Unlike the conventional example 2, since the exposure time is not substantially limited to the readout time, it is possible to reliably generate a moving object image even in a dark situation. Further, unlike the conventional example 2, the detection timing of the change in pixel output largely overlaps in adjacent rows, so that adverse effects such as shifting of the moving body image in units of rows are hardly caused.
[0068]
  Another aspect of the present inventionThen, the pixel output held in the past exists in the pixel processing unit at the time of reading. On the other hand, the light receiving elements provided side by side have pixel outputs accumulated after the holding time. The distribution circuit can generate a plurality of images within one frame period by distributing the pixel outputs at the plurality of time points. By such an operation, it is possible to obtain a plurality of images suitable for applications (such as auto bracketing, slow motion shooting, and high-speed continuous shooting) in which a plurality of frames are shot in a short time.
[0069]
  Another aspect of the present inventionThen, the pixel output held in the past exists in the pixel processing unit at the time of reading. On the other hand, the light receiving elements provided side by side have pixel outputs accumulated after the holding time. These pixel outputs at a plurality of points in time are clearly short with an imaging time lag of less than one frame period. By combining the pixel outputs at a plurality of points in time, the combining circuit can expand the dynamic range of the pixel output while avoiding image corruption caused by the imaging time lag.
[0070]
  Another aspect of the present inventionThen, the pixel processing unit is provided with a function of resetting the pixel output. By varying the reset timing, it is possible to freely change the photo opportunity and the exposure period for the pixel outputs existing in the pixel processing unit and the light receiving element at the time of reading.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an internal circuit configuration of an imaging apparatus 13;
FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration of a post-processing circuit 6 for motion detection.
FIG. 3 is a timing chart illustrating a vertical read operation.
FIG. 4 is a diagram illustrating an operation when generating a plurality of pixel outputs having the same exposure time within one frame period.
FIG. 5 is a diagram showing a circuit configuration of a post-processing circuit 16 for distributed output.
FIG. 6 is a diagram illustrating an operation when generating a plurality of pixel outputs having different exposure times within one frame period.
7 is a diagram showing a circuit configuration of a post-processing circuit 26 for expanding a dynamic range. FIG.
FIG. 8 is a diagram illustrating pixel synthesis by switching pixel outputs.
[Explanation of symbols]
PD photodiode
QT MOS switch for charge transfer
QP MOS switch for charge reset
QX MOS switch for row selection
QA amplifier
1 unit pixel
2 Vertical readout line
3a Vertical shift register
3b Vertical shift register
6, 16, 26 Post-processing circuit
9 Horizontal readout line
13 Imaging device

Claims (9)

入射光に応じた信号電荷を蓄積する受光素子と、
前記受光素子から容量に前記信号電荷を転送する電荷転送用MOSスイッチと、
前記容量に蓄積された信号電荷に対応する信号電圧を生成する増幅素子と、
前記容量の信号電荷をリセットするリセット用MOSスイッチと、
行選択用MOSスイッチと、
がそれぞれマトリクス状に配列されており、
前記行選択用MOSスイッチと垂直列ごとに接続され、前記増幅素子から前記信号電圧を読み出す垂直読み出し線と、
シフトレジスタおよび論理回路からなり、行方向に配列された前記行選択用MOSスイッチ、前記電荷転送用MOSスイッチおよび前記リセット用MOSスイッチに制御パルスを出力する出力回路と、
前記垂直読み出し線と接続され、前記増幅素子から出力される前記信号電圧を保持する後処理回路と、を有し、
前記出力回路は、
1フレーム期間において、同一行では前記リセット用MOSスイッチおよび前記電荷転送用MOSスイッチのオン状態とオフ状態とを切り替える制御パルスをそれぞれ複数回出力して、1フレーム期間に複数の露光期間を設定するとともに、
前記1フレーム期間に一度だけ前記行選択MOSスイッチをオン状態とし、前記複数の露光期間に対応するそれぞれの前記信号電圧を前記垂直読み出し線に出力させる
ことを特徴とする撮像装置。
A light receiving element that accumulates signal charges according to incident light;
A charge transfer MOS switch for transferring the signal charge from the light receiving element to a capacitor;
An amplifying element for generating a signal voltage corresponding to the signal charge accumulated in the capacitor;
A reset MOS switch for resetting the signal charge of the capacitor;
A row selection MOS switch;
Are arranged in a matrix,
A vertical readout line connected to the row selection MOS switch for each vertical column and reading the signal voltage from the amplifying element;
An output circuit comprising a shift register and a logic circuit, and outputting a control pulse to the row selection MOS switch, the charge transfer MOS switch and the reset MOS switch arranged in a row direction;
A post-processing circuit connected to the vertical readout line and holding the signal voltage output from the amplification element,
The output circuit is
In one frame period, in the same row, a control pulse for switching between the ON state and the OFF state of the reset MOS switch and the charge transfer MOS switch is output a plurality of times to set a plurality of exposure periods in one frame period. With
An imaging apparatus, wherein the row selection MOS switch is turned on only once in one frame period, and the signal voltages corresponding to the plurality of exposure periods are output to the vertical readout lines .
請求項1に記載の撮像装置において、The imaging device according to claim 1,
前記出力回路は、  The output circuit is
第1の露光期間に前記受光素子で生成された信号電荷を、前記電荷転送用MOSスイッチをオン状態として前記容量に転送させるとともに、前記受光素子で第2の露光期間を開始させる動作と、  An operation of transferring the signal charge generated by the light receiving element in the first exposure period to the capacitor with the charge transfer MOS switch turned on, and starting a second exposure period by the light receiving element;
前記行選択MOSスイッチをオン状態として前記容量に転送された信号電荷に対応する信号電圧を前記垂直読み出し線に出力させる動作と、  An operation of turning on the row selection MOS switch to output a signal voltage corresponding to the signal charge transferred to the capacitor to the vertical read line;
前記リセットMOSスイッチをオン状態として前記容量をリセットした後に、前記第2の露光期間に前記受光素子で生成された信号電荷を、前記電荷転送用MOSスイッチをオン状態として前記容量に転送させて、当該信号電荷に対応する信号電圧を垂直読み出し線に出力させる動作と、  After resetting the capacitor with the reset MOS switch turned on, the signal charge generated by the light receiving element during the second exposure period is transferred to the capacitor with the charge transfer MOS switch turned on, An operation of outputting a signal voltage corresponding to the signal charge to the vertical readout line;
を行わせるための制御パルスを出力することを特徴とする撮像装置。  An image pickup apparatus that outputs a control pulse for performing the operation.
請求項1または請求項2に記載の撮像装置において、In the imaging device according to claim 1 or 2,
前記出力回路は、  The output circuit is
行方向に配列された前記行選択MOSスイッチに対して、行毎に制御パルスを出力する転送回路と、  A transfer circuit that outputs a control pulse for each row to the row selection MOS switches arranged in a row direction;
行方向に配列された前記電荷転送用MOSスイッチおよび前記リセット用MOSスイッチに対して、行毎に制御パルスを出力する制御回路と、  A control circuit for outputting a control pulse for each row to the charge transfer MOS switch and the reset MOS switch arranged in a row direction;
を含むことを特徴とする撮像装置。  An imaging apparatus comprising:
請求項2に記載の撮像装置において、  The imaging device according to claim 2,
前記後処理回路は、前記第1の露光期間で得た前記信号電圧と、前記第2の露光期間で得た前記信号電圧との差分電圧を生成する差異信号生成回路であることを特徴とする撮像装置。  The post-processing circuit is a difference signal generation circuit that generates a differential voltage between the signal voltage obtained in the first exposure period and the signal voltage obtained in the second exposure period. Imaging device.
請求項4に記載の撮像装置において、The imaging apparatus according to claim 4,
前記差異信号生成回路は、  The difference signal generation circuit includes:
入力側の第1MOSスイッチと、出力側の第2MOSスイッチと、第3MOSスイッチと、第1コンデンサと、第2コンデンサと、を含み、  A first MOS switch on the input side, a second MOS switch on the output side, a third MOS switch, a first capacitor, and a second capacitor;
前記第1MOSスイッチは、前記垂直読み出し線と接続され、  The first MOS switch is connected to the vertical readout line;
前記第1MOSスイッチ、前記第1コンデンサおよび前記第2MOSスイッチは直列に接続され、  The first MOS switch, the first capacitor, and the second MOS switch are connected in series,
前記第1MOSスイッチと前記第1コンデンサとの中点は、前記第2コンデンサを介してグランドに接続され、  The midpoint of the first MOS switch and the first capacitor is connected to the ground via the second capacitor,
前記第1コンデンサと前記第2MOSスイッチとの中点は、前記第3MOSスイッチを介してグランドに接続されることを特徴とする撮像装置。  The image pickup apparatus, wherein a midpoint between the first capacitor and the second MOS switch is connected to the ground via the third MOS switch.
請求項2に記載の撮像装置において、  The imaging device according to claim 2,
前記後処理回路は、  The post-processing circuit includes:
前記第1の露光期間に生成された信号電荷に対応する信号電圧と前記リセットの後に出力される暗信号との差分電圧を保持し、  Holding a differential voltage between a signal voltage corresponding to the signal charge generated in the first exposure period and a dark signal output after the reset;
前記リセットの後に出力される暗信号と前記第2の露光期間に生成された信号電荷に対応する信号電圧との差分電圧を保持し、  Holding a differential voltage between a dark signal output after the reset and a signal voltage corresponding to the signal charge generated in the second exposure period;
それらの前記差分電圧を選択的または並行に出力する分配回路であることを特徴とする撮像装置。  An image pickup apparatus that is a distribution circuit that outputs the differential voltage selectively or in parallel.
請求項6に記載の撮像装置において、  The imaging device according to claim 6,
前記分配回路は、第1系統の回路と、第2系統の回路と、第1系統および第2系統を選択する選択スイッチと、を含み、  The distribution circuit includes a first system circuit, a second system circuit, and a selection switch for selecting the first system and the second system,
前記第1系統の回路は、  The first system circuit is:
入力側の第1MOSスイッチと、出力側の第2MOSスイッチと、第3MOSスイッチと、第1コンデンサと、第2コンデンサと、を有し、  A first MOS switch on the input side, a second MOS switch on the output side, a third MOS switch, a first capacitor, and a second capacitor;
前記第1のMOSスイッチは、前記垂直読み出し線と接続され、  The first MOS switch is connected to the vertical readout line;
前記第1MOSスイッチ、前記第1コンデンサおよび前記第2MOSスイッチは直列に接続され、  The first MOS switch, the first capacitor, and the second MOS switch are connected in series,
前記第1MOSスイッチと前記第1コンデンサとの中点は、前記第2コンデンサを介してグランドに接続され、  The midpoint of the first MOS switch and the first capacitor is connected to the ground via the second capacitor,
前記第1コンデンサと前記第2MOSスイッチとの中点は、前記第3MOSスイッチを介してグランドに接続され、  The midpoint of the first capacitor and the second MOS switch is connected to the ground via the third MOS switch,
前記第2の系統の回路は、  The second system circuit is:
入力側の第4MOSスイッチと、出力側の第5MOSスイッチと、第6MOSスイッチと、第3コンデンサと、第4コンデンサと、を有し、  A fourth MOS switch on the input side, a fifth MOS switch on the output side, a sixth MOS switch, a third capacitor, and a fourth capacitor;
前記第4MOSスイッチは、前記垂直読み出し線と接続され、  The fourth MOS switch is connected to the vertical readout line;
前記第4MOSスイッチ、前記第3コンデンサおよび前記第5MOSスイッチは直列に接続され、  The fourth MOS switch, the third capacitor, and the fifth MOS switch are connected in series,
前記第4MOSスイッチと前記第3コンデンサとの中点は、前記第4コンデンサを介してグランドに接続され、  The midpoint of the fourth MOS switch and the third capacitor is connected to the ground through the fourth capacitor,
前記第3コンデンサと前記第5MOSスイッチとの中点は、前記第6MOSスイッチを介してグランドに接続される  The midpoint of the third capacitor and the fifth MOS switch is connected to the ground via the sixth MOS switch.
ことを特徴とする撮像装置。  An imaging apparatus characterized by that.
請求項2に記載の撮像装置において、  The imaging device according to claim 2,
前記後処理回路は、  The post-processing circuit includes:
前記第1の露光期間に生成された信号電荷に対応する信号電圧と前記リセットの後に出力される暗信号との第1差分電圧を保持し、  Holding a first differential voltage between a signal voltage corresponding to the signal charge generated during the first exposure period and a dark signal output after the reset;
前記リセットの後に出力される暗信号と前記第1の露光期間の時間とは異なる時間である前記第2の露光期間に生成された信号電荷に対応する信号電圧との第2差分電圧を保持し、  The second differential voltage between the dark signal output after the reset and the signal voltage corresponding to the signal charge generated in the second exposure period, which is different from the time of the first exposure period, is held. ,
前記第1の露光時間と前記第2の露光時間との差による出力レベルを揃え、出力レベルを揃えた後の前記第1差分電圧と前記第2差分電圧を比較して何れか一方を出力し、  The output level according to the difference between the first exposure time and the second exposure time is aligned, the first differential voltage after the output level is aligned and the second differential voltage are compared, and either one is output. ,
出力レベルを揃えた後の前記第1差分電圧と前記第2差分電圧の差異信号を生成する合成回路であることを特徴とする撮像装置。  An image pickup apparatus, comprising: a synthesis circuit that generates a difference signal between the first differential voltage and the second differential voltage after the output levels are aligned.
請求項8に記載の撮像装置において、  The imaging device according to claim 8,
前記合成回路は、第1系統の回路と、第2系統の回路と、コンパレータと、差異検出回路と、前記第1系統の回路からの出力と前記第2系統の回路からの出力のいずれか一方に切り替える切り替えスイッチと、を含み、  The synthesis circuit is one of a first system circuit, a second system circuit, a comparator, a difference detection circuit, an output from the first system circuit, and an output from the second system circuit. A changeover switch for switching to
前記第1系統の回路は、  The first system circuit is:
入力側の第1MOSスイッチと、出力側の第2MOSスイッチと、第3MOSスイッチと、第1コンデンサと、第2コンデンサと、第1可変ゲインアンプと、を有し、  A first MOS switch on the input side, a second MOS switch on the output side, a third MOS switch, a first capacitor, a second capacitor, and a first variable gain amplifier;
前記第1MOSスイッチは、前記垂直読み出し線と接続され、  The first MOS switch is connected to the vertical readout line;
前記第1MOSスイッチ、前記第1コンデンサ、前記第2MOSスイッチおよび前記第1可変ゲインアンプは直列に接続され、  The first MOS switch, the first capacitor, the second MOS switch, and the first variable gain amplifier are connected in series,
前記第1MOSスイッチと前記第1コンデンサとの中点は、前記第2コンデンサを介してグランドに接続され、  The midpoint of the first MOS switch and the first capacitor is connected to the ground via the second capacitor,
前記第1コンデンサと前記第2MOSスイッチとの中点は、前記第3MOSスイッチを介してグランドに接続され、  The midpoint of the first capacitor and the second MOS switch is connected to the ground via the third MOS switch,
前記第2系統の回路は、  The second system circuit is:
入力側の第4MOSスイッチと、出力側の第5MOSスイッチと、第6MOSスイッチと、第3コンデンサと、第4コンデンサと、第2可変ゲインアンプと、を有し、  A fourth MOS switch on the input side, a fifth MOS switch on the output side, a sixth MOS switch, a third capacitor, a fourth capacitor, and a second variable gain amplifier;
前記第4MOSスイッチは、前記垂直読み出し線と接続され、  The fourth MOS switch is connected to the vertical readout line;
前記第4MOSスイッチ、前記第3コンデンサ、前記第5MOSスイッチおよび前記第2可変ゲインアンプは直列に接続され、  The fourth MOS switch, the third capacitor, the fifth MOS switch, and the second variable gain amplifier are connected in series,
前記第4MOSスイッチと前記第3コンデンサとの中点は、前記第4コンデンサを介してグランドに接続され、  The midpoint of the fourth MOS switch and the third capacitor is connected to the ground through the fourth capacitor,
前記第3コンデンサと前記第5MOSスイッチとの中点は、前記第6MOSスイッチを介してグランドに接続され、  The midpoint of the third capacitor and the fifth MOS switch is connected to the ground via the sixth MOS switch,
前記コンパレータは、前記露光時間が長い方の系統の前記可変ゲインアンプと接続され、当該可変ゲインアンプの出力と基準値とを比較し、比較結果を前記切り替えスイッチの切り替え制御端子に供給し、  The comparator is connected to the variable gain amplifier of the system with the longer exposure time, compares the output of the variable gain amplifier with a reference value, and supplies a comparison result to the switching control terminal of the changeover switch,
前記差異検出回路は、前記第1可変ゲインアンプおよび前記第2可変ゲインアンプと接続される  The difference detection circuit is connected to the first variable gain amplifier and the second variable gain amplifier.
ことを特徴とする撮像装置。  An imaging apparatus characterized by that.
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