JPH06153089A

JPH06153089A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH06153089A
Application number: JP4314267A
Authority: JP
Inventors: Junzo Sakurai; 順三桜井
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1992-10-30
Filing date: 1992-10-30
Publication date: 1994-05-31

Abstract

(57)【要約】【目的】解像度を殆ど損なわずに２種類の感度の画像
信号を並列に取り出すことができるようにした固体撮像
装置を提供する。【構成】通常感度用画素１と高感度用画素２とを１列
おきに斜め格子状に配列して画素アレイ３を構成し、該
画素アレイ３に対して画素１用の垂直走査回路４-1と、
画素２用の周期の長い走査パルスを出力する垂直走査回
路４-2とを設けて画素アレイ３の行ラインを選択させ、
水平走査回路７により駆動されるスイッチ５-1〜５-4を
介して各画素信号を読み出し線６に読み出し、プリアン
プ９に入力する。プリアンプ９の出力信号はＳ／Ｈ回路
10-1，10-2により画素１，画素２に基づく画像信号に分
離され、並列に取り出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高感度でダイナミッ
クレンジの広いカメラ（以下、ワイドＤレンジカメラと
略称する）用の固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＣＣＤ、あるいはＣＭＤ（Charge
Modulation Device）などの増幅型光電変換素子を画素
として用いた固体撮像装置は、図８の概略平面図に示す
ように、一般に単位画素101 を正方格子状に配列して画
素アレイ102 が構成されており、また全ての単位画素の
感度特性は同一に設定されている。

【０００３】ところで、一般に固体撮像装置において
は、図９に示す光量−撮像素子出力特性からわかるよう
に、蓄積時間を長くした高感度モードでは、特性（ａ）
で示すように、光量Ｌにおいてすぐに飽和してしまい、
一方、蓄積時間を１／60秒とした通常感度モードにおい
ては、特性（ｂ）に示すように、低感度となってしまう
という欠点がある。

【０００４】そこで、このような欠点を解消するため、
図10に示すように、交互に通常感度モードｂ（蓄積時
間：１／60秒）と高感度モードａ（蓄積時間：１／15
秒）に切り替えて蓄積時間を変化させ、固体撮像装置か
ら２種類の感度の画像信号を出力して、それぞれメモリ
に記憶できるように構成し、図11に示すように、光量が
０〜Ｌの低照度時は高Ｓ／Ｎの高感度モードの画像信号
を出力し、光量がＬ以上の高照度時は、すぐに飽和しな
い通常感度モードの画像を出力するように合成すると、
低照度時には高Ｓ／Ｎで高照度時にも飽和しないワイド
Ｄレンジカメラ用の撮像装置が得られる。

【０００５】図12は、かかる撮像装置を用いたワイドＤ
レンジカメラの構成例を示すブロック構成図である。撮
像素子111 から出力される画像信号は、Ｓ／Ｈ回路112
を通り、Ａ／Ｄ変換器113 によりデジタルデータに変換
される。このデジタルデータは、高感度画像信号と通常
感度画像信号に分離されたのち、フレームメモリ114，1
15 に記憶され、フレームメモリ115 より読み出された
通常感度画像信号は増幅回路116 で、フレームメモリ11
4 から読み出された高感度画像信号と同一信号レベルに
合わせるように増幅され、各画像信号は合成回路117 に
よって、低照度時には高感度画像信号を出力し、高照度
時にはすぐに飽和しない通常感度画像信号を出力するよ
うに処理され、次いでＤ／Ａ変換器118 に入力されＤ／
Ａ変換されて、出力ビデオ信号として出力されるように
なっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のワイ
ドＤレンジカメラを用いた撮像方式は、通常感度モード
期間と蓄積時間の長い高感度モード期間を交互に時系列
に組み合わせる必要があるので、ピントを合わせにく
く、明るい部分でＳ／Ｎが劣化する。また合成画像を得
るために時間がかかるため静止画用途に限定されるとい
う問題点がある。

【０００７】本発明は、従来のワイドＤレンジカメラに
おける上記問題点を解消するためになされたもので、ピ
ントを合わせ易く、また明るい部分でのＳ／Ｎの劣化を
低減し、更に動画に対応可能にしたワイドＤレンジカメ
ラ用の固体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及び作用】上記問題点を解
決するため、本発明は、複数の画素を正方格子状に配列
してなる画素アレイを備えた固体撮像装置において、前
記画素アレイは、互いに隣接する画素の感度特性を異な
らせて斜め格子状に２種類の感度特性の画素配列で構成
し、２種類の感度の画像信号を並列に取り出すように構
成するものである。

【０００９】このように構成した固体撮像装置において
は、画素アレイを斜め格子状に２種類の感度特性の画素
配列で構成しているので、解像度を殆ど損なわずに、通
常感度モードと高感度モードの２種類の感度の画像信号
を並列に得ることができ、これらの２種類の画像信号を
合成することにより、ワイドＤレンジカメラを構成する
ことができる。また通常感度モード時の画像信号を常に
取り出せるので、ピント合わせがしやすくなる。そして
互いに蓄積時間を変えて２種類の感度の画像信号を並列
に得るようにした場合は、高感度モードの蓄積期間内に
通常感度モードの画像信号を加算することができるの
で、明るい部分でのＳ／Ｎの劣化を抑えることが可能と
なる。また画素自体の感度特性を変えて２種類の感度の
画像信号を並列に得るようにした場合は、蓄積時間を長
くする必要がないので、動画対応のワイドＤレンジカメ
ラ用の固体撮像装置を実現することができる。

【００１０】

【実施例】次に実施例について説明する。図１は、本発
明に係る固体撮像装置の第１実施例を示す回路構成図で
ある。図１において、１，２は交互に配置された単位受
光画素で、白ぬきで示した通常感度用画素１と斜線を施
して示した高感度用画素２とは、それぞれ斜め格子状に
配列されている。そして、これらの各単位画素１，２
は、例えば図２に示すように、フォトダイオードＰＤと
垂直読み出しスイッチ用ＭＯＳトランジスタＴ_rとで構
成されており、この実施例では、この単位画素を４×４
のマトリクス状に配置して画素アレイ３を構成してい
る。

【００１１】そして、上記画素アレイ３に対して、第１
及び第２の垂直走査回路４-1，４-2が左右に設けられ、
通常感度用画素１に接続された行ラインは第１の垂直走
査回路４-1に、高感度用画素２に接続された行ラインは
第２の垂直走査回路４-2につながるように構成されてお
り、各垂直走査回路４-1，４-2は各行ラインに垂直走査
パルスＹ₁₁，・・・Ｙ₁₄，Ｙ₂₁，・・・Ｙ₂₄を印加するよう
になっている。

【００１２】一方、画素アレイ３の列ラインは、それぞ
れ水平読み出しスイッチ５-1，５-2，５-3，５-4を介し
て読み出し線６に接続され、各スイッチは水平走査回路
７からの走査パルスＸ₁，Ｘ₂，Ｘ₃，Ｘ₄により順次
駆動されるようになっている。出力端子８から出力され
る画像信号は、プリアンプ９を介してサンプルホールド
回路10-1，10-2に入力され、該サンプルホールド回路10
-1，10-2はそれぞれサンプルホールドパルス発生回路11
により制御され、サンプルホールド回路10-1，10-2より
通常感度用画素１による画像信号と高感度用画素２によ
る画像信号が、ＳＩＧ１，ＳＩＧ２として出力されるよ
うに構成されている。

【００１３】次に、このように構成された固体撮像装置
の動作について説明する。この構成の固体撮像装置にお
いて、高感度用画素２の蓄積時間を通常感度用画素１の
蓄積時間の４倍にする場合、図３のタイミングチャート
に示すように、第２の垂直走査回路４-2から出力される
一連の垂直走査パルスＹ₂₁，・・・Ｙ₂₄が次に出力される
までの周期を、第１の垂直走査回路４-1から出力される
一連の垂直走査パルスＹ₁₁，・・・Ｙ₁₄の場合の４倍にさ
せて、行ラインを順次選択する。一方、水平走査回路７
の走査パルスＸ₁，・・・Ｘ₄が水平読み出しスイッチ５
-1，・・・５-4に印加され、各画素信号が読み出し線６に
読み出され、出力端子８よりプリアンプ９に出力され
る。

【００１４】プリアンプ９より出力された信号は、サン
プルホールドパルス発生回路11からのパルスによって駆
動されるサンプルホールド回路10-1，10-2により、通常
感度用画素１に基づく画像信号と高感度用画素２に基づ
く画像信号とに分離され、ＳＩＧ１，ＳＩＧ２として並
列に取り出される。このように読み出される通常感度用
画素１及び高感度用画素２の蓄積，読み出し，リセット
の態様を図４に示す。

【００１５】上記実施例における通常感度用画素１と高
感度用画素２は、それぞれ斜め格子状に配列されている
ので、通常の４×４の正方格子状の画素アレイをもつ固
体撮像装置と比べて、解像度を殆ど損なわずに、蓄積時
間の異なる２種類の感度の画像信号を得ることができ
る。

【００１６】上記実施例で示した固体撮像装置より通常
感度用画素に基づく画像信号と高感度用画素に基づく画
像信号を並列に取り出すことによって、ワイドＤレンジ
カメラとして応用することができる。図５は、図１に示
した第１実施例の固体撮像装置を用いたワイドＤレンジ
カメラの構成例を示すブロック構成図である。撮像素子
11から出力される画像信号は、サンプルホールド回路12
-1，12-2によって高感度画像信号と通常感度画像信号と
に分離され、それぞれＡ／Ｄ変換器13-1，13-2によりデ
ジタルデータに変換される。

【００１７】このデジタルデータは、フレームメモリ14
-1及び14-2，・・・ 14-5にそれぞれ記憶される。フレーム
メモリ14-2，・・・ 14-5から読み出された通常感度画像信
号は、加算器15により加算して、フレームメモリ14-1か
ら読み出される高感度画像信号と信号レベルを合わせる
と共に、ノイズの積分効果によりＳ／Ｎの劣化を抑え、
高感度画像信号と、加算された通常感度画像信号は、合
成回路16に入力し、これによって、低照度時には高Ｓ／
Ｎの高感度画像信号を出力し、高照度時にはすぐに飽和
しない通常感度画像信号の加算信号を出力する。次いで
Ｄ／Ａ変換器17-1に入力され、Ｄ／Ａ変換されて出力ビ
デオ信号として出力されるようになっている。

【００１８】なお、Ａ／Ｄ変換器13-2により変換された
通常感度画像信号のデジタルデータを、そのままＤ／Ａ
変換器17-2に入力してＤ／Ａ変換された出力信号は、ピ
ント合わせ用に用いることができるようになっている。

【００１９】次に、第２実施例について説明する。図６
は、第２実施例の画素アレイ部分を示す概略平面図で、
この実施例は、正方格子状に配列した単位受光画素にマ
イクロレンズを組み合わせた構成の固体撮像装置に、本
発明を適用したものである。すなわち、正方格子状に配
列した画素21上に、マイクロレンズ22を１画素おきに斜
め格子状に配置し、マイクロレンズ22を配置して集光す
るようにした画素と、マイクロレンズなしの画素とで、
２種類の感度の画像信号を得ることができるようにした
ものである。なお、この実施例においては、マイクロレ
ンズ22を配置した画素及びマイクロレンズなしの画素に
基づいて２種類の画像信号を得る場合、各画素の蓄積時
間は同じでよいので、１／60秒にすれば動画対応が可能
となる。

【００２０】次に、第３実施例について説明する。図７
は、第３実施例の画素アレイ部分を示す概略平面図で、
この実施例は、正方格子状に配列した単位受光画素に、
透過率の異なるＮＤフィルタを組み合わせて構成したも
のである。すなわち、正方格子状に配列した画素31上
に、ＮＤフィルタ32を１画素おきに斜め格子状に配置
し、ＮＤフィルタ32を配置し減光して入射される画素
と、ＮＤフィルタなしの画素とで、２種類の感度の画像
信号を得るようにしたものである。なお、この実施例に
おいても、ＮＤフィルタ32を配置した画素及びＮＤフィ
ルタなしの画素に基づいて２種類の画像信号を得る場
合、各画素の蓄積時間は同じでよいので、１／60秒にす
れば動画対応が可能となる。

【００２１】なお上記各実施例においては、斜め格子状
に２種類の感度特性の画素を配列するようにしたものを
示したが、応用例として解像度が半分になるものの２種
類の感度特性の画素をストライプ状に配列することによ
り、容易に２種類の感度の画像信号を得ることができ
る。

【００２２】

【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
本発明によれば、解像度を殆ど損なわずに２種類の感度
の画像信号を並列に取り出すことができ、これによりピ
ント合わせが容易となり、明るい部分でのＳ／Ｎの劣化
を抑えることができ、また動画に対応可能なワイドＤレ
ンジカメラ用の固体撮像装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る固体撮像装置の第１実施例を示す
ブロック構成図である。

【図２】単位受光画素の構成例を示す図である。

【図３】図１に示した第１実施例の動作を説明するため
のタイミングチャートである。

【図４】図１に示した第１実施例の各画素群の動作を説
明するための図である。

【図５】図１に示した第１実施例を用いたワイドＤレン
ジカメラの構成例を示すブロック構成図である。

【図６】第２実施例の画素アレイ部分を示す概略平面図
である。

【図７】第３実施例の画素アレイ部分を示す概略平面図
である。

【図８】従来の固体撮像装置における正方格子状配列の
画素アレイを示す概略平面図である。

【図９】従来の固体撮像装置の感度特性を示す図であ
る。

【図10】従来のワイドＤレンジカメラの動作を説明する
ためのタイミング図である。

【図11】従来のワイドＤレンジカメラの動作を説明する
ための感度特性図である。

【図12】従来のワイドＤレンジカメラの構成例を示すブ
ロック構成図である。

【符号の説明】

１通常感度用画素２高感度用画素３画素アレイ３４-1 第１の垂直走査回路４-2 第２の垂直走査回路５-1，・・・５-4 水平読み出しスイッチ６読み出し線７水平走査回路８出力端子９プリアンプ 10-1，10-2 サンプルホールド回路 11 サンプルホールドパルス発生回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の画素を正方格子状に配列してなる
画素アレイを備えた固体撮像装置において、前記画素ア
レイは、互いに隣接する画素の感度特性を異ならせて斜
め格子状に２種類の感度特性の画素配列で構成し、２種
類の感度の画像信号を並列に取り出すように構成したこ
とを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】前記画素アレイの互いに隣接する画素
は、蓄積時間を変えて異なる感度特性をもつように構成
したことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】前記画素アレイの互いに隣接する画素上
に透過率の異なるフィルタを配置して、互いに隣接画素
に異なる感度特性をもたせるように構成したことを特徴
とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項４】前記画素アレイの斜め格子状に配列され
た一列おきの画素列を構成する画素上にマイクロレンズ
を配置し、互いに隣接する画素に異なる感度特性をもた
せるように構成したことを特徴とする請求項１記載の固
体撮像装置。