JPH02107076A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は非破壊読み出しが可能な固体撮像素子を用いた
固体撮像装置に関する。

〔従来の技術〕

近年各種の固体撮像素子が開発され実用に供せられてい
る。これらのうち代表的なものとしてＣＣＤ型固体撮像
素子とＭＯ３型固体撮像素子、静電誘導トランジスタ（
Ｓｔａｔｉｃ　ＩｎｄｕｃｔｉｏｎＴｒａｎｓ）ｓｔｏ
ｒ　８以下ＳＩＴと略す）を撮像素子として用いたＳＩ
Ｔ型固体邊像素子、増幅型固体撮像素子（Ａｗ＋ｐｌｉ
ｆｉｅｄ　ＭＯＳ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｉｉａｇ
ｅｒ；以下ＡＭＩと略す）等がある。更に、本願人は特
開昭６０−１４０７５２号公報、同６０−２０６０６３
号公報等およびＪａｐａｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏ
ｆ　Ａｐｐｌｉｅｄｐｈｙｓｆｃｓ　のＶＯｌ、Ｎａ５
１９Ｂ５年に’Ａ　Ｎｅｗ　ＭＯＳ　Ｐｈｏｔ。

ｔｒａｎｓｌａｔｏｒ　　Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　　ｉｎ
　　ａ　　Ｎｏｎ−ＤｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅＲｅａｄｏ
ｕｔ　Ｍｏｄａ”等により電荷変調素子（Ｃｈａｒｇｅ
Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｄｅｖｌｓｅ　　；以下ＣＭＤ
と略す）を用いた固体撮像装置を提案している。上記Ｓ
ＩＴ型固体撮像素子、ＡＭＩ型固体撮像素子、　　ＣＭ
Ｄ型固体盪像素子等の所謂非破壊読み出しが可能な固体
撮像素子において、非破壊読み出しや高速走査について
は、Ｔ、Ｎａｋａｍｕｒａ　ｅｔ　ａｔ、、　　ＡＮｅ
ｗ　ＭＯＳ　Ｉｍａｇｅ　５ｅｎｓｏｒ　Ｏｐｅｒａｔ
ｉｎｇ　ｉｎ　ａ　Ｎｏｎ−ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ　
Ｒｅａｄｏｕｔ　Ｍｏｄｅ、ＩＥＤＭ　Ｄｉｇ、Ｔｅｃ
ｈ。

Ｐａｐｅｒｓ　ｐ、３５３（１９８６）および、森田他
ｒＣＭＤの高速駆動化検討」テレビジョン学会技術報告
Ｖｏ１．１１．　Ｎα２８．ｐｐ、　７〜１２（１９８
７）等に詳しく記載されている。

これらはいづれも光電変換機能を存する画素をマトリッ
クス状に配列し、ＣＣＤ型固体逼像素子においては電荷
転送方式、ＭＯ３型固体逼像素子、ＳＩＴ型固体撮像素
子、ＡＭＩ型固体撮像素子、ＣＭＤ型固体撮像素子にお
いてはＸ−Ｙアドレス方式により画素を走査して映像信
号を読み出すものである。

このため、これらの固体撮像素子を用いた固体撮像装置
においては、固体撮像素子上の各画素が一定時間露光さ
れたのち順次走査され、この走査に伴ない得られる信号
を用いて１画面分の画像信号が構成される。この時、通
常は被写体の明るい部分からの光が結像する位置の画素
の電気信号が飽和しないように、上記固体撮像装置を用
いた撮像装置、例えばカメラにおいては、カメラ絞りま
たはシャッターにより固体撮像素子上の板面照度および
露光時間が適正化される。

この例として第９図にＣＭＤを用いた固体撮像装置の構
成を示す、まず、図示しない被写体からの光は結像光学
系１を通過し後述するＣＭＤ固体固体素像素子２面に結
像する。このＣＭＤ固体撮像素子２は制御回路３からの
制御信号を受けた駆動回路４により後述するタイミング
で駆動される。ＣＭＤ固体撮像素子２からの出力信号は
プリアンプ５で低インピーダンス信号に変換されプロセ
ス回路６で各種非線系処理を施された後、エンコーダー
回路７を通ってビデオ信号として出力される。

ここで第１０図を用いて上記ＣＭＤ固体固体素像素子動
作を説明する。第１０図はＣＭＤ固体固体素像素子２路
構成を示す。各画素を構成するＣ　Ｍ　Ｄ　１１１−１
１，１１１−１２．−−−−−−、１１１−ｍ　ｎをマ
トリックス状に配列し、その各ドレインには共通にビデ
オ電圧■、３Ｄ（＞０）を印加する。Ｘ方向に配列され
た各行のＣＭＤ群のゲート端子は行ライン１１２−１１
１２−２．−・・−、１１２−ｍにそれぞれ接続し、Ｙ
方向に配列された各列のＣＭＤ群のソース端子は列ライ
ン１１３−１．１１３−２．・・・−−−−、１１３−
ｎにそれぞれ接続する。列う、イン１１３−１，１１３
−２．・−・・１１３−　ｎは、それぞれ列選択用トラ
ンジスタ１１４−１゜１１４−２．−・・−・・・・、
１１４−ｎおよび反選択トランジスタ１１５−１．１１
５−２．−−−−−、１１５−ｎを介してビデオライン
１１６およびＧＮＤに接地されたライン１１７にそれぞ
れ共通に接続する。ビデオライン１１６は入力が仮想接
地された電流−電圧変換型のプリアンプ１２２に接続さ
れ、プリアンプ１２２の出力１１９には負極性の映像信
号が時系列で読み出される。また、行ライン１１２−１
，１１２−２．−・・−・−、１１２−ｍは垂直走査回
路１２０に接続してそれぞれ信号φ、１．φ。８−・・
・−・−φ、を印加し、列選択用トランジスタ１１４−
１，１１４−２．・＝−−−−−−、１１４−ｎおよび
反選択用トランジスタ１１５−１，１１５−２．−−、
１１５−ｎのゲート端子は、水平走査回路１２１に接続
してそれぞれ信号φ３１＋　　φ、・・・・・・−・−
・φ、７および各々の反転信号を印加する。なお、各Ｃ
ＭＤは同一基板上に形成し、その基板には電圧Ｖｓｕ＋
＋（＜０）を印加する。さらに垂直走査回路のバイアス
端子ＶＩ■オ、Ｖ、、Ｖ、に蓄積電圧ＶＩＮＴ＋読み出
し電圧■ｌ　Ｄ　ｒ　リセット電圧Ｖｌ！’ｒ＋オーバ
ーフロー電圧■。、がそれぞれ印加されている。

第１１図は第１０図に示すＣＭＤ固体固体製像装置作を
説明するための信号波形図である０行ライン１１２−１
，１１２−２．−−−−−、１１２−ｍに印加する信号
φ、１．φＧよ・−・−・・−φＧｍは読み出しゲート
電圧■。

とリセット電圧■０．オーバーフロー電圧Ｖ。Ｆ。

蓄積電圧ＶＩＮ？よりなり、非選択行においては水平映
像有効期間中はＶＩＷ？＋水平帰線期間中はＶＯＦとな
り、選択行においては水平映像有効期間中は■。、それ
に引き続く水平帰線期間中はｖｏとなる。また、列選択
用トランジスタ１１４１．１１４−２．・・−・−・−
・・・、　１１４−ｎのゲート端子に印加する信号φ１
４．φ、−・−・・・・〜・φＳｎは列ライン１１３−
１．１１３２、・−・−・・・・−、１１３−ｎを選択
するための信号で、低レベルは列選択用トランジスタ１
１４−１．１１４−２．−・−・・１１４−　ｎをオフ
、反選択用トランジスタ１１５−１゜１１５−２．−−
・・・・・−・・、１１５−ｎをオン、高レベルは列選
択用トランジスタをオン、反選択用トランジスタをオフ
する電圧値になるように設定する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし上述の固体撮像装置にあっては以下の種々の欠点
を有している。既番こ述べたように通常、被写体の明る
い部分に対して露光条件の適正比がなされるため、被写
体の暗い部分が結像される固体撮像素子上の画素での露
光量は画素の飽和露光量に較べて極めて小さくなり、固
体撮像素子上身の発生するランダム・ノイズ（ＲＮ）や
フィックスト・パターン・ノイズ（ＦＲＮ）等各種の雑
音および外部からの擾乱の影響を受は易くなる。つまり
被写体の暗い部分に相当する信号のＳ／Ｎ比が劣化する
。このため、従来の方法によると画像信号のダイナミッ
ク・レンジ（ＤＲ）が狭くなり、実用上、大きな問題点
となっている。さらにこの問題点はラチチュードの広い
銀塩写真とその画質を比較される電子スチル・カメラの
実用化を阻む最大の障害となっている。

本発明は上記の欠点に鑑みなされたものであり、被写体
の暗い部分からの信号も被写体の明るい部分からの信号
と同様のＳ／Ｎ比で検出できるように構成し、従来より
格段に広いダイナミック・レンジを有する画像信号を得
ることが可能な固体撮像装置を提供することにある。

（課題を解決する手段および作用〕 本発明の固体撮像装置は、固体撮像装置として、非破壊
読み出しが可能であり、かつ従来のＣＣＤ型固体逼像素
子やＭＯ３固体撮像素子に較べ高速走査を行っても信号
劣化の少ないＣＭＤ、ＡＭＩ、ＳＩＴ等の所謂増幅型固
体裂傷素子を用いることが１つの特徴である０本発明に
おいては、これらの固体撮像素子上のある画素から１回
の露光期間中に異なる時刻で複数回の読み出しを行い、
これらの信号を電気的に合成することで、暗い部分を撮
像した際の実効的な信号電荷数を増大させ、ダイナミッ
ク・レンジの広い画像信号を得られるようにしたもので
ある。

〔実施例〕

本発明による固体撮像装置の実施例を図面に基づいて説
明する。

本発明の第１の実施例を第１図を用いて説明する。これ
はＣＭＤ固体撮像素子を用いた固体撮像装置の構成を示
した図である。第９図に示した構成手段と同等の機能を
有する構成手段には同一の参照符号を付記しその説明は
省略する。

まず、図示しない被写体からの光は結像光学系１を通過
し、上記のＣＭＤ固体撮像素子２の表面に結像する。こ
のＣＭ　Ｄ固体撮像素子２は第１０図にその構成を示し
たものと同様であり制御回路１３からの信号を受けた駆
動回路１４により後述のタイミングで駆動される。ＣＭ
Ｄ固体撮像素子２からの出力信号はプリアンプ５で低イ
ンピーダンス信号に変換された後、Ａ／Ｄ変換器２１に
よりＡ／Ｄ変換される。デジタル化された信号は、制御
回路１３からの信号を受けたメモリー・コントローラー
２２からの制御信号により、スイッチ２３を介して、各
読み出しのタイミング毎にメモリー■２４−１．メモリ
ー■２４−２゜メモリー〇２４−ｎに記憶される。メモ
リー■２４−１．　メモリー■２４−２、・・−・−・
・−、メモリー■２４−ｎに記憶されたデータは、制御
面１１８１３からの信号を受けたメモリー・コントロー
ラー２２からの制御信号に従って、Ｄ／Ａ変換器２５−
１゜Ｄ／Ａ変換器２５−２．　　・・・−・・−・−・
−・・、Ｄ／Ａ変換器２５−ｎに入力されてアナログ信
号に変換された後、各メモリ毎に所定の重み係数を係数
器２６−１゜２６−２．−・−・、２６−ｎで付与され
た後、アナログ加算器２７によって加算される。加算さ
れた信号は、プロセス回路１６で各種非線系処理を施さ
れた後、エンコーダー凹路１７を通ってビデオ信号とし
て出力される。

ここでまず第２図を用いて駆動および読み出しのタイミ
ングを説明する。第２図は本実施例の動作を説明するた
めに用いる信号波彰図である。第２図において、第１０
図に示す上記ＣＭＤ固体撮像素子の行ライン１１２−１
，１１２〜２．・・・・−・・・・・。

１１２−ｍに印加する信号φＧ＋＋　　φＧ　ｍ−’−
””−’φ、ｌＩは読み出しゲート電圧ＶＩＤとリセッ
ト動作Ｖｌ　３　＋　オーバーフロー電圧■。ｒ、１！
電圧ＶＩＮ？よりなり、非選択行においては水平映像有
効期間中は■ｌＮ？＋水平帰線期間中は■。、となり、
選択行においては水平映像有効期間中はｖｌｌｏ、それ
に引き続く水平帰線期間中はＶ。Ｆまたはｖｍｓとなる
。

また、列選択用トランジスタ１１４−１，１１４−２．
−・−・・−１１４−ｎのゲート端子に印加する信号φ
８８．φ３！−・−・・・・・φ、７は列ライン１１３
−１．１１３−２．・−・・−・、　１１３−ｎを選択
するための信号で、低レベルは列選択用トランジスタ１
１４−１，１１４−２．−−−−、１１４−ｎをオフ、
反選択用トランジスタ１１５−１．１１５−２．−・・
・−−−−−−、１１５−ｎをオン、高レベルは列選択
用トランジスタをオン、反選択用トランジスタをオフす
る電圧値になるように設定する。

ある画素に注目すると第２図に示したタイミングでは＊
＊はｌフレーム期間に１回アクセスされるが、アクセス
後それに引き続（水平帰線期間中にリセット動作が行わ
れるのは３フレームに１回である。このためＩＩｉ素は
リセットされた１＆１回目のアクセスを受けると１フレ
一ム期間の露光に対応した信号を出力する。しかし、こ
の読み出しは非破壊でおこなわれるため、１フレ一ム期
間に対応する情報は失われない、同様に２回目のアクセ
スを受けると２フレ一ム期間の露光に対応した信号を出
力する。同様にして３回目のアクセスを受けると３フレ
一ム期間の露光に対応した信号を出力する。そして３回
目のアクセスに引き続く水平帰線期間中にリセット動作
が行われる。

なお、第２図の説明では１回の継続した露光期間中に３
回の読み出しを行う場合を示したが、これは３回に限ら
ず１回以上任意の回数を設定することが可能である。

次に１回の継続した露光期間中にＮ回の読み出しを行う
場合について説明する。１回目の読み出しデータをＡ／
Ｄ変換器２１によりＡ／Ｄ変換して１番目のメモリー■
２４−１に、２回目の読み出しデータをＡ／Ｄ変換器２
１によりＡ／Ｄ変換して２番目のメモリー■２４−２に
にそれぞれ順次格納するようにメモリー・コントローラ
２２が制御を行う、この後それぞれのメモリから各画素
のディジタル・データが読み出されてＤ／Ａ変換器２５
−１　、２５−２　、−−−、２５−　ｎでそれぞれア
ナログ値に変換された後、係数器２６−１．２６−３．
　　・・−・・−・・−，２６−ｎで適当な重み係数を
付与されて加算される０位置（Ｌｊ）　　の画素からの
に回めの読み出し信号に対応する信号電荷数をＳｋ　（
ｉ、ｊ）とすると、第１図に示す構成で得られる画素位
置Ｎ、Ｊ）　　のビデオ出力に対応する信号電荷数は となる。ここでａｋは（Ｌｊ）及びＳｋ　Ｈ，ｊ）に依
らない定軟である。

１回の継続した露光期間中の位置（ｔ、ｊ）　　におけ
る板面照度をＬ１露光時間をｔとし、Ｎ回目の読み出し
信号に対応する信号電荷数と板面照度：Ｌとの関係が定
数Ｋを用いて ５ｓ（ｔ、ｊ） で与えられるとすれば、ｋ回目の読み出し信号に対応す
る信号電荷数は ｓｂ　（ｉ、ｊ） となる、ここでＬｏ・ｔは画素（ｉ、ｊ）和する露光量
である。

の出力が飽 例えばＮ−４としてａｋ−１（ｂ−１，２，３゜４）の
場合を考えてみると ５ｏ（ｔ、ｊ） となる、この関係は第３図に示すように、板面照度が大
きな所で信号電荷数の変化率が小さくなるいわゆるニー
（ｋｎｓｅ　）特性となる。

この時のシステムの出力が飽和する板面照度は４・Ｌｏ
であり、システムの出力が飽和する板面照度の１／１０
の板面照度の時の各回の読み出し信号は Ｓ　＋　　（ｆ、ｊ）　＝　Ｋ・（１／１０）・４Ｌｏ
・ｔ・（１／　４　）　　　　　（５１Ｓ　ｔ　Ｎ、ｊ
）　−Ｋ−（１／１０）、４　Ｌｏ−ｔ　・（２／４）
Ｓ　３　　（ｔ　＋））エ　Ｋ・（１／１０）・　４Ｌ
Ｏ・　ｔ　・（３／４）Ｓ　ａ　　（ｉ、ｊ）　−Ｋ・
（１／１０）・４Ｌｏ・ｔ・（４／４）であり、それぞ
れの続み出し信号に重畳するシ習ソト雑音はそれぞれ Ｎｋ　Ｈ，ｊ）−電、Ｊｋ　−１、２、３、４）　　（
６）となる、これらの雑音どうしが全く無相関であれば
この時システムのビデオ出力に重畳する雑音は、独立な
各雑音の二乗和の平方根となるので Ｎ　（シ、ｊ）　　−・　　。・　　　　　　　　　　
　　（７）である、よってシステムのビデオ信号が飽和
する板面照度のｌ／１０の照度で露光された時の出力信
号のＳ／Ｎ比は （Ｓ／Ｎ）Ｉ／１゜−ＪＴ］ア１７ｒ　　　　　　（８
）となる、一方、１回の霧光期間中に１回の信号読み出
しを行った際のＳ／Ｎ比は、システムのビデオ信号が飽
和する板面照度の１／１０の照度で露光された時の出力
信号がＫ・Ｌｏ・ｔ（１／１０）であり、出力信号に重
畳する雑音が　・。・であるから、 Ｃ３／Ｎ）、／、＠−・　・　。・　　　　　　　（９
）となる。またこのような信号を４回読み出しフレーム
・メモリ等を用いて加茸して得られる信号のＳ／Ｎ比は
（９）式のＳ／Ｎ比よりＩｒ倍向上するので （Ｓ／Ｎ）　ｌ／１０−　　　　　・・ｏ・０［Ｄとな
る。この例を本実施例の場合と比較すると、本実施例の
構成を採ることにより、Ｓ／Ｎ比はｑ丁丁］−倍つまり
約４ｄＢ改善されることになる。

なおこの例では、メモリに格納されたデータをＤ／Ａ変
換後アナログ加算する例をしめしたが、これはディジタ
ル演算でも実現可能である。

また、固体撮像素子上の全画素を１回走査し終えるのに
要する時間を、通常のＮＴＳＣ規格のフレーム・レート
：３０枚／秒とすると、１枚の出力画像を得られる時間
間隔、すなわち露光期間：ｔが４／３０秒となり、フレ
ーム・レートは７．５枚／秒となる。しかし、非破壊読
み出しが可能なＣＭＤなどの固体撮像素子では、ＣＣＤ
型固体撮像素子やＭＯ３型固体撮像素子と異なり、高速
走査に起因する付加雑音が極めて小さい特徴がある。こ
のため固体撮像素子の走査を４倍速の１２０枚／秒とす
ることで、信号劣化なしに、ＮＴＳＣ規格に合致したフ
レーム・レート：３０枚／秒で画像信号を出力すること
が可能となる。

次に本発明の第２の実施例を第４図を用いて説明する。

第４図はＣＭＤ固体固体素像素子いた固体撮像装置の構
成を示した図である。まず図示しない被写体からの光は
結像光学系１を通過し、後述するＣＭＤ固体撮像素子２
の表面に結像する。このＣＭＤ固体撮像素子２は第１０
図にその構成を示したものと同様であり、制御回路１３
からの信号を受けた駆動回路１４により後述のタイミン
グで駆動される。ＣＭＤ固体撮像素子２からの出力信号
はプリアンプ５で低インピーダンス信号に変換されたｆ
＆Ａ／Ｄ変換器２１によりＡ／Ｄａ換される。デジタル
化された信号は、＄制御回路１３からの信号を受けたメ
モリー・コントローラ２２からの＠御信号により、スイ
ッチニ２３を介して、各読み出しのタイミング毎にメモ
リー■２４−１．　　メモリー■２４−２．・・−−−
−−−−メモリー■２４−ｎに記憶される。メモリー■
２４−１．メモリー■２４−２．・・−・・・・・・・
、メモリー〇２４−ｎに記憶されたデータは、！制御回
路１３からの信号を受けたメモリー・コントローラ２２
からのＩ１ｍ信号に従って、Ｄ／Ａ変換器２５−１．Ｄ
／Ａ変換！＄２５−２　、　−−−−−−−−−、　Ｄ
　／　Ａ変換器２５−ｎに入力されてアナログ信号に変
換された後、各信号に各メモリに格納された信号の値に
応じた所定の重み係数が係数！５３１−１　、３１−２
　、　−・−３１−ｎで付与されてアナログ加算Ｂ２１
によって加算される。加算された信号は、プロセス回路
１６で各種非線系処理を施された後、エンコーダー回路
１７を通ってビデオ信号として出力される。

例えば１回の継続した露光期間中に３回の読み出しを行
う場合を考える。第５図は本実施例の動作を説明するた
めの信号環形図である。各読み出しのタイミングは第５
図に示すように、１回目の読み出しは１フレ一ム期間に
対応する信号を読み出し、２ｒｍ目の読み出しは２フレ
一ム期間に対応する信号を続み出し、３回目の読み出し
は４フレ一ム期間に対応する信号を読み出すものとする
。このため、メモリー■２４−１には１フレ一ム期間の
露光に対応する信号が格納され、メモリー０２４−２に
は２フレ一ム期間の露光に対応する信号が格納され、メ
モリー■２４−３には４フレ一ム期間の露光に対応する
信号が格納される。ここでＡ／Ｄ変換器の有効分解能が
８ビツトであるとすれば、メモリ■２４−１には板面照
度が０からり、の情報が８ビツト分解能で格納され、メ
モリー■２４−２には板面照度が０から２・Ｌｏの情報
が８ビツト分解能で格納され、メモリー〇２４−３には
板面照度が０から４・Ｌｏの情報が８ビツト分解能で格
納されることになる。ここでメモリー■２４−１の情報
に対する重み係数をａｌｓメモリー〇２４−２の情報に
対する重み係数を８２、メモリー■２４−３の情報に対
する重み係数をａ、として、信号を合成する０例えば板
面照度がＯからＬｏの範囲では ａｌｗ　　１　　＋　　３．１！３，１１１１１　０　
　　　　　　　　　　　　　　　　　α４としてメモリ
ー〇２４−１の信号のみを用いてビデオ信号を構成し、
板面照度がＬｏから２Ｌ０の範囲では １４、ｍ　１　、　ａｔ　＊ｌｌ、ｌｌａ　Ｏ（１９と
してメモリ２の信号のみを用いてビデオ信号を構成し、
板面照度が２・Ｌｏより大きな範囲では ａ、−ｇｌ　　、　　ａｔ−ａｔ−０（１１９としてメ
モリー〇２４−３の信号のみを用いてビデオ信号を構成
する。この結果システムの出力としては、板面照度がＯ
からＬｏの範囲においてシステムの飽和出力レベルの１
／４の大きさの信号が８ビツト分解能で出力されるので
、飽和出力レベルに対する信号の有効分解能が１０ビツ
トとなる。同様に、板面照度がＬｏから２Ｌ０の範囲で
はシステムの飽和出力レベルに対する信号の有効分解能
が９ビツト、板面照度が２・Ｌ、より大きな範囲ではシ
ステムの飽和出力レベルに対する信号の有効分解能が８
ビツトとなる。このため低照度側での有効分解能が、用
いるＡ／ＤｖｌＬ換器の有効分解能よりも増大すること
になる。一般に非線形プロセス（ｆ！回路では対数圧縮
に類似した処理が行われるため、この回路の処理を受け
ることにより高照度側での信号に比較して低照度側での
信号が相対的に伸長されることになる。このため処理結
果として８ビツトの有効分解能を得るためには、前段の
リニアなＡ／Ｄ変換系では特に低照度側で１０ビット程
度の分解能が要求される。このためＡ／Ｄ変換系および
それより固体撮像素子側の処理系では信号のダイナミッ
ク・レンジが１０ビット以上必要になるが、本実施例に
よれば信号に必要な分解能の一部を時間軸の分解能に分
けて受は持たせているので、固体撮像素子からの信号読
み出し時における信号分解能には８ビツト相当で充分で
あり、システムの構成が極めて容易に行えるとの利点が
ある。

第６図（Ａ）および（Ｂ）は、従来の固体撮像装置およ
び本実施例による固体撮像装置のそれぞれビデオ出力特
性を示す図であり、点線はオフセット成分を示す、固体
撮像素子のＦＰＮについても、固体撮像素子の板面照度
に依存しない出力オフセット成分は第６図（Ａ）、（Ｂ
）に示すように、低照度側では１／４に圧縮されること
になる。このため、本方式は固体撮像素子のＦＰＮの影
響を軽減する上でも極めて有効な方法である。

次に、第３の実施例について説明する。第８図は本発明
にかかる固体撮像装置の実施例の構成を構成を示す図で
ある。先ず、本発明のｗ４１゜ｍ２の実施例においては
固体撮像素子の暗時出力から飽和時出力までの領域を全
てＡ／Ｄ変換して利用していた。しかし、一般に固体撮
像素子の飽和出力は第７図に示すようにバラツキが大き
く、これをビデオ出力信号として利用するとＦＰＮとし
て非常に画質を劣化する要因となる。このため第７図に
示すように、光電変換特性のうち各画素によりバラツキ
が大きくなる飽和露光量付近の成分を第７図の点線の特
性のように、全て一定の値となるように補正してメモリ
に格納することにより、この飽和露光量付近でのバラツ
キの影響を回避することができる、このことはＡ／Ｄ変
換器の有効信号入力範囲を固体撮像素子の暗時出力から
飽和時出力までの幅よりも小さく設定することに相当す
る。具体的には第８図に示すようにブリ・アンプ５とＡ
／Ｄ変換Ｂ２１の間に白クリツプ回路３２を設けること
により実現できる。ここで、上記の種々の実施例と同等
の機能を有する構成手段には同一の参照番号を付記し、
その説明は省略する。このような方式を採ることにより
、固体撮像素子の飽和出力のバラツキの影響を抑制し、
本発明の特徴であるダイナミック・レンジの広さを充分
に生かした固体撮像装置を構成することが可能となる。

なお、上述の各実施例においては、固体撮像装置に用い
る固体撮像素子としてＣＭＤ型固体撮像素子の適用を示
したが、ＭＯ３型固体撮像素子、ＳＩＴ型固体操像素子
、ＡＭＩ型固体撮像素子を適用できるものである。

〔発明の効果〕

上述の本発明による個体撮像装置によれば、非破壊読み
出しが可能な固体撮像装置を用いて、−回の露光期間中
に複数回の非破壊読み出しを行い、これらを利用するこ
とにより、従来に比べて信号に重畳するＲＮが抑圧され
てダイナミック・レンジが広く、しかも固体機＠素子の
ＦＰＮの影響を小さくした良好な映像信号を得ることが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による固体撮像装置の第１の実施例を
示す構成図。 第２図は、該固体撮像装置の動作を示す信号波形図。 ｊＦ！３図は、該固体撮像装置のニー（Ｋｎｅｅ）特性
を示す特性図。 第４図は、本発明による固体撮像装置の第２の実施例を
示す構成図。 第５図は、該固体撮像装置の動作を示す信号波形図。 第６図（Ａ）および（Ｂ）は、従来および本発明の第２
の実施例の固体撮像素子のビデオ出力特性を示す図。 第７図は、従来の一般的な固体撮像装置の飽和出力特性
を示す図。 第８図は、本発明による固体撮像装置の第３の実施例の
構成を示す図 第９図は、従来の固体撮像装置の構成を示す図。 第１０図は、該固体撮像装置に用いる固体撮像素子の構
成を示す図。 第１１図は、該固体撮像装置の動作を示す信号波形図を
それぞれ示す。 １・−・−・−結像光学系 ２　　　　−−一一一・−・−ＣＭＤ固体撮像素子１２
・−・−・−・・・・−・・−・−・−・・・−・−・
−制御回路２１−・−・−・・・−・・−・・・・・・
−・・−Ａ／Ｄ変換器２３　　　　・・・・−・・・−
・−・−スイッチ２４−１・−・−・２ｔ、・−−−−
−−一−・メモリー■−・■２５−１・・・−２５−７ Ｄ／Ａ変換器 ２６−１・・・・・２６−、Ｉ。 ３１−。 係数器 ア ナ ログ加算器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、非破壊読み出しが可能な固体撮像素子と、該固体撮
   像素子の各画素を順次走査し複数回の非破壊読み出しを
   行う制御回路と、該固体撮像素子からの出力信号をＡ／
   Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、各回の読み出しに応じてＡ
   ／Ｄ変換された信号を格納する複数のメモリと該メモリ
   からの信号に重み係数を乗じて加算する手段と、ディジ
   タル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器を有す
   ることを特徴とする固体撮像装置。 ２、上記メモリからの信号に乗じる重み係数を画素の位
   置と信号のレベルによらず各回の読み出し信号毎に一定
   としたことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。 ３、上記メモリからの信号に乗じる重み係数を信号レベ
   ルにより変化させることを特徴とする請求項１記載の固
   体撮像装置。 ４、上記Ａ／Ｄ変換器の有効変換範囲を固体撮像素子の
   暗時出力から飽和時出力までの幅よりも狭く設定したこ
   とを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。