JPH06113207A - 固体撮像装置の駆動方法と信号処理方法 - Google Patents
固体撮像装置の駆動方法と信号処理方法Info
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- JPH06113207A JPH06113207A JP4256019A JP25601992A JPH06113207A JP H06113207 A JPH06113207 A JP H06113207A JP 4256019 A JP4256019 A JP 4256019A JP 25601992 A JP25601992 A JP 25601992A JP H06113207 A JPH06113207 A JP H06113207A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 信号が飽和レベルに達する強い光入射条件下
でも画像の再生を可能とし、ダイナミックレンジを広げ
る。 【構成】 各ビットを形成する転送ゲート４にパルス印
加用電極Ｇ1〜Ｇ4を接続し、さらにそのうちの電極
Ｇ1，Ｇ3を読み出しゲート２に接続した。電極Ｇ1，Ｇ3
にハイレベルのパルスを所定の時間間隔で印加し、フィ
ールド期間からこれらパルス間隔の時間を差し引いた間
に、フォトダイオード１に蓄積された信号電荷を垂直転
送部３に読み出す。引き続いて、上記パルスの印加間隔
の間に、フォトダイオード１に蓄積された信号電荷を垂
直転送部３に読み出し、この信号電荷を先に読み出した
信号電荷に加算する。このようにして加算された垂直転
送部３の信号電荷を、転送期間に、一行ずつ順次水平転
送部５に転送し、出力部６から出力する。
でも画像の再生を可能とし、ダイナミックレンジを広げ
る。 【構成】 各ビットを形成する転送ゲート４にパルス印
加用電極Ｇ1〜Ｇ4を接続し、さらにそのうちの電極
Ｇ1，Ｇ3を読み出しゲート２に接続した。電極Ｇ1，Ｇ3
にハイレベルのパルスを所定の時間間隔で印加し、フィ
ールド期間からこれらパルス間隔の時間を差し引いた間
に、フォトダイオード１に蓄積された信号電荷を垂直転
送部３に読み出す。引き続いて、上記パルスの印加間隔
の間に、フォトダイオード１に蓄積された信号電荷を垂
直転送部３に読み出し、この信号電荷を先に読み出した
信号電荷に加算する。このようにして加算された垂直転
送部３の信号電荷を、転送期間に、一行ずつ順次水平転
送部５に転送し、出力部６から出力する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一体型ビデオカメラ等に
利用できる固体撮像素子の駆動方法と信号処理に関する
ものである。
利用できる固体撮像素子の駆動方法と信号処理に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、固体撮像素子は一体型ビデオカメ
ラの撮像部などに広く実用に供されている。その中でも
インターライン転送方式ＣＣＤ（Charge Coupled Devic
e）型固体撮像素子（以下ＩＴ−ＣＣＤという）は、低
雑音特性を有することから、特に注力されている。
ラの撮像部などに広く実用に供されている。その中でも
インターライン転送方式ＣＣＤ（Charge Coupled Devic
e）型固体撮像素子（以下ＩＴ−ＣＣＤという）は、低
雑音特性を有することから、特に注力されている。
【０００３】以下、従来の固体撮像素子について図面を
参照しながら説明する。図８は従来の固体撮像素子の構
成を示す模式図である。図８において、１は光電変換機
能を有するフォトダイオード、２はフォトダイオード１
に蓄積された信号電荷を読み出すエンハンスメントＭＯ
Ｓ（Metal Oxide Semiconductor）型トランジスタから
なる読み出しゲート、３は信号電荷を垂直方向に転送す
る埋め込み型チャンネル構成の垂直転送部、４は垂直転
送を制御する垂直転送ゲート、５は信号電荷を水平方向
に転送する水平転送部、６は出力部である。
参照しながら説明する。図８は従来の固体撮像素子の構
成を示す模式図である。図８において、１は光電変換機
能を有するフォトダイオード、２はフォトダイオード１
に蓄積された信号電荷を読み出すエンハンスメントＭＯ
Ｓ（Metal Oxide Semiconductor）型トランジスタから
なる読み出しゲート、３は信号電荷を垂直方向に転送す
る埋め込み型チャンネル構成の垂直転送部、４は垂直転
送を制御する垂直転送ゲート、５は信号電荷を水平方向
に転送する水平転送部、６は出力部である。
【０００４】なお、垂直転送部３は、垂直方向に向けて
隣り合う４個の転送ゲート４を含んで１ビットが形成さ
れる４ゲート１ビット構成である。また、垂直転送部３
は読み出しゲート２が１ビット当たり２個付設された構
成となっている。さらに、各ビットを形成する転送ゲー
ト４にはパルス印加用電極Ｇ1〜Ｇ4が接続されるととも
に、電極Ｇ1，Ｇ3は読み出しゲート２にも接続される。
隣り合う４個の転送ゲート４を含んで１ビットが形成さ
れる４ゲート１ビット構成である。また、垂直転送部３
は読み出しゲート２が１ビット当たり２個付設された構
成となっている。さらに、各ビットを形成する転送ゲー
ト４にはパルス印加用電極Ｇ1〜Ｇ4が接続されるととも
に、電極Ｇ1，Ｇ3は読み出しゲート２にも接続される。
【０００５】図９は、上記の電極Ｇ1〜Ｇ4にそれぞれ印
加するパルスφ1〜φ4のタイミングを示す図である。電
極Ｇ1に印加するパルスφ1と電極Ｇ3に印加するパルス
φ3は読み出しと転送を制御する。それらがハイレベル
のときに読み出しがなされ、ミドルレベルとローレベル
のときに転送がなされる。電極Ｇ2に印加するパルスφ2
と電極Ｇ4に印加するパルスφ4とは転送を制御する。そ
れらがハイレベルとローレベルのときに転送がなされ
る。
加するパルスφ1〜φ4のタイミングを示す図である。電
極Ｇ1に印加するパルスφ1と電極Ｇ3に印加するパルス
φ3は読み出しと転送を制御する。それらがハイレベル
のときに読み出しがなされ、ミドルレベルとローレベル
のときに転送がなされる。電極Ｇ2に印加するパルスφ2
と電極Ｇ4に印加するパルスφ4とは転送を制御する。そ
れらがハイレベルとローレベルのときに転送がなされ
る。
【０００６】以上のように構成された従来の固体撮像装
置ついて、以下その動作を説明する。
置ついて、以下その動作を説明する。
【０００７】まず、時刻ｔ1のとき、パルスφ1，φ2が
ハイレベルになり、フォトダイオード１に蓄積された信
号電荷が垂直転送部３に読み出され、その後垂直方向に
隣り合う２個の信号電荷を混ぜ合わせる。つぎに時刻ｔ
2のときにパルスφ1〜φ4が転送期間になり、信号電荷
が１水平のブランキング期間に一段ずつ転送され、さら
に水平転送部５および出力部６を介して出力される。
ハイレベルになり、フォトダイオード１に蓄積された信
号電荷が垂直転送部３に読み出され、その後垂直方向に
隣り合う２個の信号電荷を混ぜ合わせる。つぎに時刻ｔ
2のときにパルスφ1〜φ4が転送期間になり、信号電荷
が１水平のブランキング期間に一段ずつ転送され、さら
に水平転送部５および出力部６を介して出力される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の固体撮像素子では、通常、ノイズ電子数１０
０ｅに対して、フォトダイオード１および垂直転送部３
で蓄積できる最大信号電荷量は１×１０4〜１×１０5ｅ
程度である。また、ダイナミックレンジは４０〜６０ｄ
Ｂと低くなる。そのため、高輝度の被写体を撮像した場
合、画像つぶれが生じて画質をいちじるしく低下すると
いう問題点を有していた。
うな従来の固体撮像素子では、通常、ノイズ電子数１０
０ｅに対して、フォトダイオード１および垂直転送部３
で蓄積できる最大信号電荷量は１×１０4〜１×１０5ｅ
程度である。また、ダイナミックレンジは４０〜６０ｄ
Ｂと低くなる。そのため、高輝度の被写体を撮像した場
合、画像つぶれが生じて画質をいちじるしく低下すると
いう問題点を有していた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置の
駆動方法は、二次元状に配列してなる光電変換部と、前
記光電変換部で形成された信号電荷を転送する転送部
と、前記光電変換部と前記転送部とを結合させて信号電
荷の読み出しを制御する読み出しスイッチ部とを備え、
信号電荷を読み出す一周期の間に少なくとも第１の読み
出しと第２の読み出しとを行い、前記第１の読み出しと
前記第２の読み出しとでおのおの読み出された信号電荷
を前記転送部上で加算する。
駆動方法は、二次元状に配列してなる光電変換部と、前
記光電変換部で形成された信号電荷を転送する転送部
と、前記光電変換部と前記転送部とを結合させて信号電
荷の読み出しを制御する読み出しスイッチ部とを備え、
信号電荷を読み出す一周期の間に少なくとも第１の読み
出しと第２の読み出しとを行い、前記第１の読み出しと
前記第２の読み出しとでおのおの読み出された信号電荷
を前記転送部上で加算する。
【００１０】本発明の固体撮像装置の信号処理方法は、
二次元状に配列してなる光電変換部と、前記光電変換部
で形成された信号電荷を転送する転送部と、前記光電変
換部と前記転送部とを結合させて信号電荷の読み出しを
制御する読み出しスイッチ部とを備え、信号電荷を読み
出す一周期の間に少なくとも第１の読み出しと第２の読
み出しとを行い、前記第１の読み出しと前記第２の読み
出しとでおのおの読み出された信号電荷を前記転送部上
で加算し、前記加算された電荷信号と基準電圧発生部か
ら発生させた基準電圧との差を出力する演算部を備えて
いる。
二次元状に配列してなる光電変換部と、前記光電変換部
で形成された信号電荷を転送する転送部と、前記光電変
換部と前記転送部とを結合させて信号電荷の読み出しを
制御する読み出しスイッチ部とを備え、信号電荷を読み
出す一周期の間に少なくとも第１の読み出しと第２の読
み出しとを行い、前記第１の読み出しと前記第２の読み
出しとでおのおの読み出された信号電荷を前記転送部上
で加算し、前記加算された電荷信号と基準電圧発生部か
ら発生させた基準電圧との差を出力する演算部を備えて
いる。
【００１１】また、二次元状に配列してなる光電変換部
と、前記光電変換部でそれぞれ発生した信号電荷を独立
に転送する転送部と、前記光電変換部と前記転送部とを
結合し、前記光電変換部に蓄積された信号電荷の読み出
しを制御する読み出しスイッチ部とを備え、信号電荷を
読み出す一周期の間に、少なくとも第１の読み出しと第
２の読み出しとを行い、前記第１の読み出しにより読み
出された信号電荷と前記第２の読み出しにより読み出さ
れた信号電荷とをそれぞれ独立に読み出し前記第１の読
み出しにより読み出された信号電荷が飽和しておれば、
前記第２の読み出しにより読み出される信号電荷に所定
の信号処理を行う。
と、前記光電変換部でそれぞれ発生した信号電荷を独立
に転送する転送部と、前記光電変換部と前記転送部とを
結合し、前記光電変換部に蓄積された信号電荷の読み出
しを制御する読み出しスイッチ部とを備え、信号電荷を
読み出す一周期の間に、少なくとも第１の読み出しと第
２の読み出しとを行い、前記第１の読み出しにより読み
出された信号電荷と前記第２の読み出しにより読み出さ
れた信号電荷とをそれぞれ独立に読み出し前記第１の読
み出しにより読み出された信号電荷が飽和しておれば、
前記第２の読み出しにより読み出される信号電荷に所定
の信号処理を行う。
【００１２】さらに、二次元状に配列してなる光電変換
部と、前記光電変換部で発生した信号電荷を独立に転送
する転送部と、前記光電変換部と前記転送部とを結合
し、前記光電変換部に蓄積された信号電荷の読み出しを
制御する読み出しスイッチ部とを備え、信号電荷の読み
出しを行う一周期の間に、少なくとも第１の読み出しと
第２の読み出しとを行い、前記第１の読み出しにより読
み出される信号電荷と前記第２の読み出しにより読み出
される信号電荷とをそれぞれ独立に読み出し、前記第１
の読み出しにより読み出された信号電荷が不飽和の状態
であれば、前記第１の読み出しにより読み出される信号
電荷から前記第２の読み出しにより読み出される信号電
荷を減算処理する。
部と、前記光電変換部で発生した信号電荷を独立に転送
する転送部と、前記光電変換部と前記転送部とを結合
し、前記光電変換部に蓄積された信号電荷の読み出しを
制御する読み出しスイッチ部とを備え、信号電荷の読み
出しを行う一周期の間に、少なくとも第１の読み出しと
第２の読み出しとを行い、前記第１の読み出しにより読
み出される信号電荷と前記第２の読み出しにより読み出
される信号電荷とをそれぞれ独立に読み出し、前記第１
の読み出しにより読み出された信号電荷が不飽和の状態
であれば、前記第１の読み出しにより読み出される信号
電荷から前記第２の読み出しにより読み出される信号電
荷を減算処理する。
【００１３】
【作用】本発明の構成によれば、信号が飽和レベルに達
している場合においても、第２の読み出しによる短い蓄
積時間の信号のデータにより疑似的なガンマー特性が得
られ、高輝度部の画像を再生することができ、ダイナミ
ックレンジを大幅に改善することができる。信号が飽和
レベルに達している場合においても、第２の読み出しに
よる短い蓄積時間の信号のみを演算処理することにより
得られ、高輝度部の画像を精度よく再生することがで
き、ダイナミックレンジを大幅に改善することができ
る。
している場合においても、第２の読み出しによる短い蓄
積時間の信号のデータにより疑似的なガンマー特性が得
られ、高輝度部の画像を再生することができ、ダイナミ
ックレンジを大幅に改善することができる。信号が飽和
レベルに達している場合においても、第２の読み出しに
よる短い蓄積時間の信号のみを演算処理することにより
得られ、高輝度部の画像を精度よく再生することがで
き、ダイナミックレンジを大幅に改善することができ
る。
【００１４】また、信号が飽和レベルに達している場合
においても、第２の読み出しによる短い蓄積時間の信号
のみを独立に得られ、高輝度部の画像を精度よく再生す
ることができ、ダイナミックレンジを大幅に改善するこ
とができる。
においても、第２の読み出しによる短い蓄積時間の信号
のみを独立に得られ、高輝度部の画像を精度よく再生す
ることができ、ダイナミックレンジを大幅に改善するこ
とができる。
【００１５】さらに、信号が飽和レベルに達していない
場合に、第１の読み出しによる信号から第２の読み出し
による信号を減算することにより、低輝度部の画像から
スミア等のノイズをキャンセルすることができ、画質を
大幅に改善することができる。
場合に、第１の読み出しによる信号から第２の読み出し
による信号を減算することにより、低輝度部の画像から
スミア等のノイズをキャンセルすることができ、画質を
大幅に改善することができる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。
照しながら説明する。
【００１７】本駆動方法に用いる固体撮像装置は図８に
示したものと同様の固体撮像装置を用いる。図１は本発
明の第１の実施例における固体撮像装置の駆動方法と信
号処理の概略図である。
示したものと同様の固体撮像装置を用いる。図１は本発
明の第１の実施例における固体撮像装置の駆動方法と信
号処理の概略図である。
【００１８】図１において、図４の電極Ｇ1〜Ｇ4にそれ
ぞれ印加するパルスφ1〜φ4のタイミングを示す図と、
Ｑ1は比較的弱い入射光のときにフォトダイオード１に
蓄積される信号電荷、Ｑ2は比較的強い入射光のときに
フォトダイオード１に蓄積される信号電荷である。図２
は、信号出力の光電変換特性を示す。
ぞれ印加するパルスφ1〜φ4のタイミングを示す図と、
Ｑ1は比較的弱い入射光のときにフォトダイオード１に
蓄積される信号電荷、Ｑ2は比較的強い入射光のときに
フォトダイオード１に蓄積される信号電荷である。図２
は、信号出力の光電変換特性を示す。
【００１９】まず、時刻ｔ1のとき、パルスφ1，φ3が
ハイレベルになり、フィールド期間（約１６.７×１０
-3秒）−（ｔ2−ｔ1）間、フォトダイオード１に蓄積さ
れた信号電荷が垂直転送部３に読み出される。つぎに時
刻ｔ2のときパルスφ1，φ3がハイレベルになり、（ｔ2
−ｔ1）間、フォトダイオード１に蓄積された信号電荷
が垂直転送部３に読み出され、時刻ｔ1のときに読み出
された信号電荷に加算される。つぎに時刻ｔ3のときに
パルスφ1，φ2，φ3，φ4が転送期間になり、垂直転送
部３の信号電荷が一行ずつ順次水平転送部５に転送し、
出力部６より出力される。このときのフォトダイオード
１に蓄積された信号電荷は、比較的弱い入射光のとき
は、Ｑ1に示すように時間に比例した信号電荷が蓄積さ
れる。比較的強い入射光のときは、Ｑ2に示すように時
間に比例した信号電荷が蓄積される。比較的強い入射光
のＱ2の場合、時刻ｔ1のときまでに蓄積された信号電荷
Ｑ2Aは飽和レベルに達しており、高照度信号の情報を持
たない。時刻ｔ2のときまでに蓄積された信号電荷Ｑ2B
は蓄積時間が短いので、飽和レベルに達しておらず、高
照度信号の情報を持つ。出力部６より出力される信号電
荷は、図２に示すように（Ｑ2A＋Ｑ2B）となり、疑似的
なガンマー処理した信号出力が得られる。
ハイレベルになり、フィールド期間（約１６.７×１０
-3秒）−（ｔ2−ｔ1）間、フォトダイオード１に蓄積さ
れた信号電荷が垂直転送部３に読み出される。つぎに時
刻ｔ2のときパルスφ1，φ3がハイレベルになり、（ｔ2
−ｔ1）間、フォトダイオード１に蓄積された信号電荷
が垂直転送部３に読み出され、時刻ｔ1のときに読み出
された信号電荷に加算される。つぎに時刻ｔ3のときに
パルスφ1，φ2，φ3，φ4が転送期間になり、垂直転送
部３の信号電荷が一行ずつ順次水平転送部５に転送し、
出力部６より出力される。このときのフォトダイオード
１に蓄積された信号電荷は、比較的弱い入射光のとき
は、Ｑ1に示すように時間に比例した信号電荷が蓄積さ
れる。比較的強い入射光のときは、Ｑ2に示すように時
間に比例した信号電荷が蓄積される。比較的強い入射光
のＱ2の場合、時刻ｔ1のときまでに蓄積された信号電荷
Ｑ2Aは飽和レベルに達しており、高照度信号の情報を持
たない。時刻ｔ2のときまでに蓄積された信号電荷Ｑ2B
は蓄積時間が短いので、飽和レベルに達しておらず、高
照度信号の情報を持つ。出力部６より出力される信号電
荷は、図２に示すように（Ｑ2A＋Ｑ2B）となり、疑似的
なガンマー処理した信号出力が得られる。
【００２０】以上のように本実施例では、読み出しパル
スを１周期の間に２回出力する駆動と、信号処理により
従来飽和レベルに達している比較的強い入射光において
も信号を再生することができ、ダイナミック特性を大幅
に拡大することができる。
スを１周期の間に２回出力する駆動と、信号処理により
従来飽和レベルに達している比較的強い入射光において
も信号を再生することができ、ダイナミック特性を大幅
に拡大することができる。
【００２１】以下、本発明の第２の実施例について、図
面を参照しながら説明する。本駆動方法に用いる固体撮
像装置はやはり図８に示すのと同様の固体撮像装置を用
いる。図３は本発明の実施例における固体撮像装置の駆
動方法と信号処理の概略図である。図３において、１は
光電変換機能を有するフォトダイオード、２はフォトダ
イオード１に蓄積された信号電荷を読み出すエンハンス
メントＭＯＳ型トランジスタの読み出しゲート、３は信
号電荷を垂直方向に転送する埋め込み型チャンネル構成
の垂直転送部、４は垂直転送を制御する垂直転送ゲー
ト、５は信号電荷を水平方向に転送する水平転送部、６
は出力部、７は飽和レベルを発生させる基準電圧発生
部、８は信号と基準電圧の差を演算する演算処理部、９
は信号出力部である。
面を参照しながら説明する。本駆動方法に用いる固体撮
像装置はやはり図８に示すのと同様の固体撮像装置を用
いる。図３は本発明の実施例における固体撮像装置の駆
動方法と信号処理の概略図である。図３において、１は
光電変換機能を有するフォトダイオード、２はフォトダ
イオード１に蓄積された信号電荷を読み出すエンハンス
メントＭＯＳ型トランジスタの読み出しゲート、３は信
号電荷を垂直方向に転送する埋め込み型チャンネル構成
の垂直転送部、４は垂直転送を制御する垂直転送ゲー
ト、５は信号電荷を水平方向に転送する水平転送部、６
は出力部、７は飽和レベルを発生させる基準電圧発生
部、８は信号と基準電圧の差を演算する演算処理部、９
は信号出力部である。
【００２２】上記電極Ｇ1〜Ｇ4にそれぞれ印加するパル
スφ1〜φ4のタイミングを示す図と、フォトダイオード
１に蓄積された信号電荷で比較的弱い入射光のときのＱ
1と、比較的強い入射光のときのＱ2は図１と同じであ
る。
スφ1〜φ4のタイミングを示す図と、フォトダイオード
１に蓄積された信号電荷で比較的弱い入射光のときのＱ
1と、比較的強い入射光のときのＱ2は図１と同じであ
る。
【００２３】まず、時刻ｔ1のときパルスφ1，φ3がハ
イレベルになり、フィールド期間（約１６.７×１０-3
秒）−（ｔ2−ｔ1）間、フォトダイオード１に蓄積され
た信号電荷が垂直転送部３に読み出される。つぎに時刻
ｔ2のときパルスφ1，φ3がハイレベルになり、（ｔ2−
ｔ1）間、フォトダイオード１に蓄積された信号電荷が
垂直転送部３に読み出され、時刻ｔ1のときに読み出さ
れた信号電荷に加算される。つぎに時刻ｔ3のときにパ
ルスφ1〜φ4が転送期間になり、垂直転送部３の信号電
荷が一行ずつ順次水平転送部５に転送し、出力部６より
出力される。このときのフォトダイオード１に蓄積され
た信号電荷は、比較的弱い入射光のときは、Ｑ1に示す
ように時間に比例した信号電荷が蓄積される。比較的強
い入射光のときは、Ｑ2に示すように時間に比例した信
号電荷が蓄積される。比較的強い入射光のＱ2の場合、
時刻ｔ1のときまでに蓄積された信号電荷Ｑ2Aは飽和レ
ベルに達しており、高照度信号の情報を持たない。時刻
ｔ2のときまでに蓄積された信号電荷Ｑ2Bは蓄積時間が
短いので、飽和レベルに達しておらず、高照度信号の情
報を持つ。出力部６より出力される信号電荷は、（Ｑ2A
＋Ｑ2B）となる。つぎに、演算処理部８において、基準
電圧発生部７からの飽和レベル（Ｑ2A）に対応する基準
電圧と差を取り、高照度信号の情報を持つ信号電荷Ｑ2B
を抽出する。これを蓄積時間比（ｔ2−ｔ1）／｛（フィ
ールド期間−（ｔ2−ｔ1）｝で求まる係数により増幅
し、信号出力部９より出力する。
イレベルになり、フィールド期間（約１６.７×１０-3
秒）−（ｔ2−ｔ1）間、フォトダイオード１に蓄積され
た信号電荷が垂直転送部３に読み出される。つぎに時刻
ｔ2のときパルスφ1，φ3がハイレベルになり、（ｔ2−
ｔ1）間、フォトダイオード１に蓄積された信号電荷が
垂直転送部３に読み出され、時刻ｔ1のときに読み出さ
れた信号電荷に加算される。つぎに時刻ｔ3のときにパ
ルスφ1〜φ4が転送期間になり、垂直転送部３の信号電
荷が一行ずつ順次水平転送部５に転送し、出力部６より
出力される。このときのフォトダイオード１に蓄積され
た信号電荷は、比較的弱い入射光のときは、Ｑ1に示す
ように時間に比例した信号電荷が蓄積される。比較的強
い入射光のときは、Ｑ2に示すように時間に比例した信
号電荷が蓄積される。比較的強い入射光のＱ2の場合、
時刻ｔ1のときまでに蓄積された信号電荷Ｑ2Aは飽和レ
ベルに達しており、高照度信号の情報を持たない。時刻
ｔ2のときまでに蓄積された信号電荷Ｑ2Bは蓄積時間が
短いので、飽和レベルに達しておらず、高照度信号の情
報を持つ。出力部６より出力される信号電荷は、（Ｑ2A
＋Ｑ2B）となる。つぎに、演算処理部８において、基準
電圧発生部７からの飽和レベル（Ｑ2A）に対応する基準
電圧と差を取り、高照度信号の情報を持つ信号電荷Ｑ2B
を抽出する。これを蓄積時間比（ｔ2−ｔ1）／｛（フィ
ールド期間−（ｔ2−ｔ1）｝で求まる係数により増幅
し、信号出力部９より出力する。
【００２４】以上のように本実施例では、２回目に読み
出した信号に蓄積時間比により演算を行い、従来飽和レ
ベルの信号を精度よく再生でき、飽和特性を大幅に拡大
することができる。
出した信号に蓄積時間比により演算を行い、従来飽和レ
ベルの信号を精度よく再生でき、飽和特性を大幅に拡大
することができる。
【００２５】以下、本発明の第３の実施例について、図
面を参照しながら説明する。図４は本発明の実施例にお
ける固体撮像装置の構成を示す概略図である。図４にお
いて、１は光電変換機能を有するフォトダイオード、２
はフォトダイオード１に蓄積された信号電荷を読み出す
エンハンスメントＭＯＳ型トランジスタの読み出しゲー
ト、３は信号電荷を垂直方向に転送する埋め込み型チャ
ンネル構成の垂直転送部、４は垂直転送を制御する垂直
転送ゲート、５は信号電荷を水平方向に転送する水平転
送部、６は出力部である。
面を参照しながら説明する。図４は本発明の実施例にお
ける固体撮像装置の構成を示す概略図である。図４にお
いて、１は光電変換機能を有するフォトダイオード、２
はフォトダイオード１に蓄積された信号電荷を読み出す
エンハンスメントＭＯＳ型トランジスタの読み出しゲー
ト、３は信号電荷を垂直方向に転送する埋め込み型チャ
ンネル構成の垂直転送部、４は垂直転送を制御する垂直
転送ゲート、５は信号電荷を水平方向に転送する水平転
送部、６は出力部である。
【００２６】なお、垂直転送部３は、垂直方向に向けて
隣り合う６個の転送ゲート４を含んで１ビットが形成さ
れる６ゲート１ビット構成である。また垂直転送部３は
読み出しゲート２が１ビット当たり２個付設された構成
となっている。さらに、各ビットを形成する転送ゲート
にはパルス印加用電極Ｇ1〜Ｇ6が接続されるとともに、
電極Ｇ2，Ｇ5は読み出しゲート２にも接続されている。
隣り合う６個の転送ゲート４を含んで１ビットが形成さ
れる６ゲート１ビット構成である。また垂直転送部３は
読み出しゲート２が１ビット当たり２個付設された構成
となっている。さらに、各ビットを形成する転送ゲート
にはパルス印加用電極Ｇ1〜Ｇ6が接続されるとともに、
電極Ｇ2，Ｇ5は読み出しゲート２にも接続されている。
【００２７】図５は本発明の第３の実施例で示した固体
撮像装置の駆動方法と信号処理を説明するための概略図
である。図５において、上記電極Ｇ1，Ｇ2，Ｇ3，Ｇ4，
Ｇ5，Ｇ6に印加するパルスφ1，φ2，φ3，φ4，φ5，
φ6のタイミングを示す。
撮像装置の駆動方法と信号処理を説明するための概略図
である。図５において、上記電極Ｇ1，Ｇ2，Ｇ3，Ｇ4，
Ｇ5，Ｇ6に印加するパルスφ1，φ2，φ3，φ4，φ5，
φ6のタイミングを示す。
【００２８】まず、時刻ｔ1のとき、パルスφ2，φ3が
ハイレベルになり、フィールド期間（約１６.７×１０
-3秒）−（ｔ5−ｔ1）間、ｎ行目のフォトダイオード１
に蓄積された信号電荷が垂直転送部３に読み出される。
つぎに時刻ｔ2のときパルスφ1〜φ6が転送期間にな
り、垂直転送部３の信号電荷が１段転送される。つぎに
時刻ｔ3のときパルスφ5がハイレベルになり、フィール
ド期間（約１６.７×１０-3秒）−（ｔ7−ｔ3）間、
（ｎ＋１）行目のフォトダイオード１に蓄積された信号
電荷が垂直転送部３に読み出される。つぎに時刻ｔ4の
ときパルスφ1〜φ6が転送期間になり、垂直転送部３の
信号電荷が１段転送される、つぎに時刻ｔ5のとき、パ
ルスφ2がハイレベルになり、（ｔ5−ｔ1）間、フォト
ダイオード１に蓄積された信号電荷が垂直転送部３に読
み出される。つぎに時刻ｔ6のときパルスφ〜φ6が転送
期間になり、垂直転送部３の信号電荷が１段転送され
る。つぎに時刻ｔ7のとき、パルスφ5がハイレベルにな
り、フィールド期間（約１６.７×１０-3秒）−（ｔ7−
ｔ3）間、（ｎ＋１）行目のフォトダイオード１に蓄積
された信号電荷が垂直転送部３に読み出される。つぎに
時刻ｔ8のときにパルスφ1〜φ6が転送期間になり、垂
直転送部３の信号電荷が一行ずつ順次水平転送部５に転
送し、出力部６より出力される。このときのフォトダイ
オード１に蓄積された信号電荷は、比較的弱い入射光の
ときには、Ｑ1に示すように時間に比例した電荷量とな
る。比較的強い入射光のときには、Ｑ2に示すように時
間に比例した電荷量が蓄積される。比較的強い入射光の
Ｑ2の場合、蓄積時間の長い時刻ｔ1もしくは時刻ｔ3の
ときに蓄積された信号電荷は飽和レベルに達しており、
高照度信号の情報を持たない。しかし、蓄積時間の短い
時刻ｔ5もしくは時刻ｔ7のときに蓄積された信号電荷は
飽和レベルに達しておらず、高照度信号の情報を持つ。
ハイレベルになり、フィールド期間（約１６.７×１０
-3秒）−（ｔ5−ｔ1）間、ｎ行目のフォトダイオード１
に蓄積された信号電荷が垂直転送部３に読み出される。
つぎに時刻ｔ2のときパルスφ1〜φ6が転送期間にな
り、垂直転送部３の信号電荷が１段転送される。つぎに
時刻ｔ3のときパルスφ5がハイレベルになり、フィール
ド期間（約１６.７×１０-3秒）−（ｔ7−ｔ3）間、
（ｎ＋１）行目のフォトダイオード１に蓄積された信号
電荷が垂直転送部３に読み出される。つぎに時刻ｔ4の
ときパルスφ1〜φ6が転送期間になり、垂直転送部３の
信号電荷が１段転送される、つぎに時刻ｔ5のとき、パ
ルスφ2がハイレベルになり、（ｔ5−ｔ1）間、フォト
ダイオード１に蓄積された信号電荷が垂直転送部３に読
み出される。つぎに時刻ｔ6のときパルスφ〜φ6が転送
期間になり、垂直転送部３の信号電荷が１段転送され
る。つぎに時刻ｔ7のとき、パルスφ5がハイレベルにな
り、フィールド期間（約１６.７×１０-3秒）−（ｔ7−
ｔ3）間、（ｎ＋１）行目のフォトダイオード１に蓄積
された信号電荷が垂直転送部３に読み出される。つぎに
時刻ｔ8のときにパルスφ1〜φ6が転送期間になり、垂
直転送部３の信号電荷が一行ずつ順次水平転送部５に転
送し、出力部６より出力される。このときのフォトダイ
オード１に蓄積された信号電荷は、比較的弱い入射光の
ときには、Ｑ1に示すように時間に比例した電荷量とな
る。比較的強い入射光のときには、Ｑ2に示すように時
間に比例した電荷量が蓄積される。比較的強い入射光の
Ｑ2の場合、蓄積時間の長い時刻ｔ1もしくは時刻ｔ3の
ときに蓄積された信号電荷は飽和レベルに達しており、
高照度信号の情報を持たない。しかし、蓄積時間の短い
時刻ｔ5もしくは時刻ｔ7のときに蓄積された信号電荷は
飽和レベルに達しておらず、高照度信号の情報を持つ。
【００２９】以上のように本実施例では、読み出しパル
スを１周期の間に２回出力する駆動により、従来飽和レ
ベルに達している比較的強い入射光においても信号を再
生することができ、ダイナミック特性を大幅に拡大する
ことができる。
スを１周期の間に２回出力する駆動により、従来飽和レ
ベルに達している比較的強い入射光においても信号を再
生することができ、ダイナミック特性を大幅に拡大する
ことができる。
【００３０】以下、本発明の第４の実施例について、図
面を参照しながら説明する。本駆動方法に用いる固体撮
像装置および駆動方法は第３の実施例と同じである。
面を参照しながら説明する。本駆動方法に用いる固体撮
像装置および駆動方法は第３の実施例と同じである。
【００３１】図６は本発明の実施例における、固体撮像
装置の信号処理を示すブロック図である。図７は本発明
の実施例における、信号出力の画素単位の信号波形を示
す図である。図６において、８は減算処理する演算処理
部である。９は信号出力部、１０は１Ｈ期間（６３×１
０-6秒）信号を遅延させる遅延線である。
装置の信号処理を示すブロック図である。図７は本発明
の実施例における、信号出力の画素単位の信号波形を示
す図である。図６において、８は減算処理する演算処理
部である。９は信号出力部、１０は１Ｈ期間（６３×１
０-6秒）信号を遅延させる遅延線である。
【００３２】まず、第３の実施例と同様にして駆動した
ときのフォトダイオード１に蓄積された信号電荷は、比
較的弱い入射光のとき（信号が飽和していないとき）
の、蓄積される信号電荷Ｑ1およびＱ2は図７に示すよう
に、蓄積時間の長いＱ2の場合、蓄積された信号電荷Ｑ
2Sigとスミア成分ＱSmearの情報を持つ。蓄積時間の短
いＱ1の場合、短い時間に蓄積された信号電荷Ｑ1Sigと
スミア成分ＱSmearの情報を持つ。それぞれの信号を演
算処理部９により減算することにより、ＱSmearを除去
した信号電荷を得ることができる。
ときのフォトダイオード１に蓄積された信号電荷は、比
較的弱い入射光のとき（信号が飽和していないとき）
の、蓄積される信号電荷Ｑ1およびＱ2は図７に示すよう
に、蓄積時間の長いＱ2の場合、蓄積された信号電荷Ｑ
2Sigとスミア成分ＱSmearの情報を持つ。蓄積時間の短
いＱ1の場合、短い時間に蓄積された信号電荷Ｑ1Sigと
スミア成分ＱSmearの情報を持つ。それぞれの信号を演
算処理部９により減算することにより、ＱSmearを除去
した信号電荷を得ることができる。
【００３３】以上のように本実施例では、減算処理部に
より減算することにより、ＱSmearを除去した信号電荷
を得ることができ、撮像特性を大幅に改善することがで
きる。
より減算することにより、ＱSmearを除去した信号電荷
を得ることができ、撮像特性を大幅に改善することがで
きる。
【００３４】なお、実施例ではＩＴ−ＣＣＤを用いて説
明しているが、電荷蓄積型のイメージセンサーであれば
ＸＹアドレスタイプや、ＬＡ−ＣＣＤ（Line-Address）
型であっても同様の効果を得ることは言うまでもない。
明しているが、電荷蓄積型のイメージセンサーであれば
ＸＹアドレスタイプや、ＬＡ−ＣＣＤ（Line-Address）
型であっても同様の効果を得ることは言うまでもない。
【００３５】
【発明の効果】本発明は、飽和信号レベルとスミア特性
を大幅に向上することができ、その実用的効果は大なる
ものがある。
を大幅に向上することができ、その実用的効果は大なる
ものがある。
【図１】本発明の第１の実施例における固体撮像素子の
駆動パルス波形図
駆動パルス波形図
【図２】本発明の第１の実施例における信号出力の光電
変換特性図
変換特性図
【図３】本発明の第２の実施例における固体撮像素子の
概略平面図と信号処理のブロック図
概略平面図と信号処理のブロック図
【図４】本発明の第３の実施例における固体撮像素子の
概略平面図
概略平面図
【図５】本発明の第３の実施例における固体撮像素子の
駆動パルス波形図
駆動パルス波形図
【図６】本発明の第４の実施例における固体撮像素子の
概略平面図と信号処理のブロック図
概略平面図と信号処理のブロック図
【図７】本発明の第４の実施例における信号出力の光電
変換特性図
変換特性図
【図８】従来の固体撮像素子の概略平面図
【図９】従来の固体撮像素子の駆動パルス波形図
１ フォトダイオード ２ 読み出しゲート ３ 垂直転送部 ４ 垂直転送ゲート ５ 水平転送部 ６ 出力部 ７ 基準電圧発生部 ８ 演算処理部 ９ 信号出力部 １０ 遅延線
Claims (9)
- 【請求項１】二次元状に配列してなる光電変換部と、前
記光電変換部で形成された信号電荷を転送する転送部
と、前記光電変換部と前記転送部とを結合させて信号電
荷の読み出しを制御する読み出しスイッチ部とを備え、
信号電荷を読み出す一周期の間に少なくとも第１の読み
出しと第２の読み出しとを行い、前記第１の読み出しと
前記第２の読み出しとでおのおの読み出された信号電荷
を前記転送部上で加算することを特徴とする固体撮像装
置の駆動方法。 - 【請求項２】前記第１の読み出しから前記第２の読み出
しを行うまでの間、前記転送部による信号電荷の転送を
停止することを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置
の駆動方法。 - 【請求項３】前記第１の読み出しと前記第２の読み出し
とで読み出される信号電荷の蓄積時間がそれぞれ異なる
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置の駆動方
法。 - 【請求項４】二次元状に配列してなる光電変換部と、前
記光電変換部で形成された信号電荷を転送する転送部
と、前記光電変換部と前記転送部とを結合させて信号電
荷の読み出しを制御する読み出しスイッチ部とを備え、
信号電荷を読み出す一周期の間に少なくとも第１の読み
出しと第２の読み出しとを行い、前記第１の読み出しと
前記第２の読み出しとでおのおの読み出された信号電荷
を前記転送部上で加算し、前記加算された電荷信号と基
準電圧発生部から発生させた基準電圧との差を出力する
演算部を備えことを特徴とする固体撮像装置の信号処理
方法。 - 【請求項５】前記基準電圧の値が、信号電荷が飽和する
値であることを特徴とする請求４記載の固体撮像装置の
信号処理方法。 - 【請求項６】前記信号電荷が飽和する値より大きい値で
あれば、前記信号電荷と前記基準電圧との減算処理を行
い、前記第２の読み出しにより読み出される信号電荷を
出力することを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置
の信号処理方法。 - 【請求項７】前記演算部での演算処理は、前記第１の読
み出しにより読み出された信号電荷の蓄積時間と、前記
第２の読み出しにより読み出された信号電荷の蓄積時間
との比率で求まる係数により行うことを特徴とする請求
項４記載の固体撮像装置の信号処理方法。 - 【請求項８】二次元状に配列してなる光電変換部と、前
記光電変換部でそれぞれ発生した信号電荷を独立に転送
する転送部と、前記光電変換部と前記転送部とを結合
し、前記光電変換部に蓄積された信号電荷の読み出しを
制御する読み出しスイッチ部とを備え、信号電荷を読み
出す一周期の間に、少なくとも第１の読み出しと第２の
読み出しとを行い、前記第１の読み出しにより読み出さ
れた信号電荷と前記第２の読み出しにより読み出された
信号電荷とをそれぞれ独立に読み出し、前記第１の読み
出しにより読み出された信号電荷が飽和しておれば、前
記第２の読み出しにより読み出される信号電荷に所定の
信号処理を行うことを特徴とする固体撮像装置の信号処
理方法。 - 【請求項９】二次元状に配列してなる光電変換部と、前
記光電変換部で発生した信号電荷を独立に転送する転送
部と、前記光電変換部と前記転送部とを結合し、前記光
電変換部に蓄積された信号電荷の読み出しを制御する読
み出しスイッチ部とを備え、信号電荷の読み出しを行う
一周期の間に、少なくとも第１の読み出しと第２の読み
出しとを行い、前記第１の読み出しにより読み出される
信号電荷と前記第２の読み出しにより読み出される信号
電荷とをそれぞれ独立に読み出し、前記第１の読み出し
により読み出された信号電荷が不飽和の状態であれば、
前記第１の読み出しにより読み出される信号電荷から前
記第２の読み出しにより読み出される信号電荷を減算処
理することを特徴とする固体撮像装置の信号処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4256019A JP2988557B2 (ja) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | 固体撮像装置及びそれを用いたカメラ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4256019A JP2988557B2 (ja) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | 固体撮像装置及びそれを用いたカメラ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06113207A true JPH06113207A (ja) | 1994-04-22 |
| JP2988557B2 JP2988557B2 (ja) | 1999-12-13 |
Family
ID=17286786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4256019A Expired - Lifetime JP2988557B2 (ja) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | 固体撮像装置及びそれを用いたカメラ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2988557B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5966174A (en) * | 1994-05-27 | 1999-10-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Signal processing circuit and method for driving a solid state imaging device using plural reading operations per image scanning time |
| US6441851B1 (en) * | 1996-10-02 | 2002-08-27 | Sony Corporation | Solid state image pickup device, signal processing method and camera therefor |
| US6587149B1 (en) | 1997-10-17 | 2003-07-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Video camera with progressive scanning and dynamic range enlarging modes |
| JP2007081924A (ja) * | 2005-09-15 | 2007-03-29 | Mitsubishi Electric Corp | 撮像装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4485371B2 (ja) | 2005-01-06 | 2010-06-23 | パナソニック株式会社 | 固体撮像装置 |
-
1992
- 1992-09-25 JP JP4256019A patent/JP2988557B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5966174A (en) * | 1994-05-27 | 1999-10-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Signal processing circuit and method for driving a solid state imaging device using plural reading operations per image scanning time |
| US6249314B1 (en) | 1994-05-27 | 2001-06-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Solid-state imaging apparatus having a solid-state imaging device and a signal processing circuit and method for driving the solid-state imaging device |
| US6441851B1 (en) * | 1996-10-02 | 2002-08-27 | Sony Corporation | Solid state image pickup device, signal processing method and camera therefor |
| US6587149B1 (en) | 1997-10-17 | 2003-07-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Video camera with progressive scanning and dynamic range enlarging modes |
| JP2007081924A (ja) * | 2005-09-15 | 2007-03-29 | Mitsubishi Electric Corp | 撮像装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2988557B2 (ja) | 1999-12-13 |
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