JPH06165026A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡単な構成で、固体撮像素子の撮像ダイナミッ
クレンジを拡大する。 【構成】ＣＣＤ撮像素子２は露光時間の異なる第１の撮
像信号（等価的には感度の高いもの）、第２の撮像信号
（等価的には感度の低いもの）を導出する。比較回路１
２は、第２の撮像信号と基準レベルとを比較し、第１の
撮像信号が飽和レベルにあるかどうかを判定する。飽和
レベルに達していないときは、第１の撮像信号の系路に
設けられている利得制御回路１４を利得１に設定する。
しかし第１の撮像信号が飽和レベルに達しているとき
は、基準レベルで第２の撮像信号を割り算した結果によ
り、利得制御回路１４を利得制御し、利得制御回路１４
の出力側にあたかも第１の撮像信号が飽和していないか
のような予測信号を発生させるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば電荷結合撮像
素子（以下、ＣＣＤ撮像素子と記す）等の固体撮像素子
を利用した固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現状のテレビジョンカメラはそれを調整
するときに、映像信号の感度とＳＮ比との兼合いから、
そのカメラに使用されている撮像素子自身の飽和出力レ
ベルの約１／６を感度の標準設定とすることが多い。す
なわち撮像素子の出力レベルが素子の飽和出力レベルの
１／６の時に、最終の映像信号出力レベルが標準１００
％となるように調整するのである。したがって被写体か
らの光量が、最終映像信号出力レベルが標準１００％と
なるときの６倍光（約＋16dB）となるまでは信号処理
し、モニタ上に再生することができる。例えば今被写体
照度が2000lxで、テレビジョンカメラの光学系のＦ値が
８の時に最終の映像信号出力レベルが標準１００％とな
るように調整し、また光学系での回折現象によって画質
に悪影響を与えない実用的なＦ値を２２とすると、被写
体照度が、 ２０００×８×６＝９６０００ｌｘ （１） までは撮像素子を飽和させないで済む。

【０００３】しかしながら実際の被写体は太陽光に照ら
されている100000lxに近いところから影になっている数
10lx以下のところまで、そのダイナミックレンジは非常
に広いため、光学系のＦ値を常に絞っておくわけにはい
かないのが現状である。したがって被写体によっては照
度の高い部分が「白つぶれ」等の不自然な再生画像とな
る場合もあった。特に屋外に設置されている監視カメラ
や車載用や衛星搭載用のカメラでは、映像信号出力レベ
ルが標準１００％を越える方向でさらに広いダイナミッ
クレンジが求められていた。このテレビジョンカメラの
ダイナミックレンジを拡げる方法としては、以下のよう
な従来の技術で設計が可能である。

【０００４】図７に示すように、光学分解プリズム１０
１等の光路を２方向に分離する手段に対して、それぞれ
の結像位置に異なる光感度の出力信号が得られるような
２つのＣＣＤ撮像素子１０２と１０３とを設けるという
ものである。異なる光感度を得る方法としては、例えば
ＣＣＤ撮像素子１０２，１０３をそれぞれの所望の光感
度が得られるように、ＣＣＤ撮像素子駆動回路１０４，
１０５によってシャッタ駆動させる。そして増幅器１０
６，１０７で利得制御した後、加算回路１０８で両信号
を加算して広ダイナミックレンジの信号を得るのであ
る。しかしこの方法では光路を２方向に分離する手段が
必要になり、また撮像素子が少なくとも２つ必要になる
ので、装置を小型化できないという問題点があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の固体撮像装置、例えば屋外に設置されている監視カ
メラや車載用や衛星搭載用のカメラにおいては、被写体
の光量のダイナミックレンジが広いので、被写体によっ
ては「白つぶれ」等の不自然な再生画像となる場合もあ
った。特に最終映像信号出力レベルが標準１００％を越
える方向でさらに広いダイナミックレンジが求められて
いた。また従来技術を用いて設計できる範囲で広いダイ
ナミックレンジを有する撮像装置を得ようとすると、光
学プリズムのような光路を２方向に分離する手段や、２
つ以上の異なる光感度の映像信号を得るための少なくと
も２個の撮像素子とそれぞれの駆動回路が必要になると
いう問題点があり、装置の小型化の阻害要因であった。

【０００６】そこでのこの発明では、固体撮像素子が１
個で済み、光路を２方向に分離する手段が不要で、しか
も最終映像信号出力レベルが標準１００％を越える方向
でさらに広いダイナミックレンジを得ることのできる固
体撮像装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明は、

【０００８】少なくとも２種以上の互いに異なる光感度
を有する映像信号を取出すことのできる撮像手段と、こ
れらの映像信号を処理する信号処理回路とを具備するも
のであり、そしてこの信号処理回路は、前記２種以上の
映像信号の内の第１の映像信号の各画素ごとの信号レベ
ルが所定の値より大きいときに、その各画素ごとの信号
レベルとその所定の値とを演算した結果を用いて、前記
２種以上の映像信号の内の他の光感度を有する映像信号
の各画素ごとの信号レベルを制御することを特徴とする
ものである。

【０００９】また前記撮像手段は、入射光量に応じて発
生した信号電荷を蓄積する受光素子及びこの受光素子に
蓄積された信号電荷を画像走査の垂直方向に転送可能な
第１の垂直転送部を有する撮像部と、 この撮像部内の
第１の垂直転送部から転送されてくる信号電荷をそれと
同じ垂直方向に転送可能で、第１の垂直転送部とは独立
に駆動可能な第２の垂直転送部とを有し、この第２の垂
直転送部に信号電荷を蓄積可能な第１の蓄積部と、 前
記撮像部をはさみ、画像走査の垂直方向に関し前記第１
の蓄積部とは互いに反対方向に位置し、第１の垂直転送
部から前記第１の蓄積部とは反対方向に転送されてくる
信号電荷をそれと同じかまたは反対の垂直方向に転送可
能で、前記第１及び第２の垂直転送部とは独立に駆動可
能な第３の垂直転送部を有し、この第３の垂直転送部に
信号電荷を蓄積可能な第２の蓄積部と、 前記撮像部及
び第１、第２の蓄積部から１ライン単位で転送されてく
る信号電荷を画像走査の水平方向に転送可能な少なくと
も２つの水平転送部とを持つ固体撮像素子を備えるもの
である。

【００１０】さらに前記固体撮像素子の前記少なくとも
２つの水平転送部を経由して出力される少なくとも２種
の映像信号が、互いに異なる光感度を有する映像信号と
して取出されるように、前記撮像部上にある第１の垂直
転送部と、第１、第２の蓄積部上にある前記第２、３の
垂直転送部と、前記２つの水平転送部とを駆動する手段
を備えるものである。

【００１１】

【作用】上記の手段により、固体撮像素子内の少なくと
も２つの水平転送部を経由して出力される少なくとも２
種の映像信号が、互いに異なる光感度を有する映像信号
として取出されるように、前記撮像部上にある第１の垂
直転送部と、第１、第２の蓄積部上にある第２、３の垂
直転送部と、２つの水平転送部とを駆動する。このとき
得られた少なくとも２種以上の互いに異なる光感度を有
する映像信号の内の第１の映像信号が有する光感度は、
通常の撮像時より低感度に設定してあり、かつ通常撮像
時の光感度では固体撮像素子の出力が飽和してしまうよ
うな場合でも、この第１の映像信号が有する光感度では
飽和しないように設定してある。また前記所定の値と
は、通常撮像時の光感度では固体撮像素子の出力の飽和
レベルに相当しており、第１の映像信号が有する光感度
でそれと同じ照度の被写体を撮像したときの固体撮像素
子の出力レベルのことである。そして第１の映像信号の
各画素ごとの信号レベルがこの所定の値より大きいとき
に、その各画素ごとの信号レベルとその所定の値とを演
算した結果を用いて、前記２種以上の映像信号の内の他
の光感度を有する映像信号の各画素ごとの信号レベルを
制御する。

【００１２】したがって通常撮像時の光感度では固体撮
像素子の出力が飽和してしまうような場合でも、この第
１の映像信号が有する光感度では飽和していないので、
前記他の光感度を有する映像信号があたかも飽和してい
なかったように各画素ごとの信号レベルを修正すること
ができるのである。すなわち最終映像信号出力レベルが
標準１００％を越える方向でさらに広いダイナミックレ
ンジを有している固体撮像装置を得ることができるので
ある。しかも上記構成からも明らかなように、固体撮像
素子とその駆動回路は１種類で済み、光学プリズムのよ
うな光路を２方向に分離する手段も不要になる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照しながらこの発明の実施例
を説明する。

【００１４】図１にこの発明の一実施例の構成を、図２
にこの発明の一実施例に用いられているＣＣＤ撮像素子
の構成を、図３〜図５に図２のＣＣＤ撮像素子の動作例
を説明するためのタイミング図を、図６に図１の除算回
路１１、比較回路１２、利得制御回路１４及びスイッチ
回路１５の動作を説明するための図を示す。

【００１５】図１のＣＣＤ撮像素子２の受光面上には光
学像が撮像レンズ１を介して入射されて結像される。こ
のＣＣＤ撮像素子２は例えば図２のような構成になって
いる。図２において２０は入射光量に応じて光電変換さ
れた信号電荷を蓄積する受光素子２２，２３及びこの受
光素子に蓄積された信号電荷を画像走査の垂直方向に転
送可能な第１の垂直転送部２１を有する撮像部である。

【００１６】３０はこの撮像部２０内の第１のＣＣＤ垂
直転送部２１から転送されてくる信号電荷を、垂直方向
に転送可能な第２のＣＣＤ垂直転送部３１を有し、信号
電荷を蓄積可能な第１の蓄積部である。同様に４０は撮
像部２０に対して第１の蓄積部３０と反対側に位置し、
撮像部２０内の第１のＣＣＤ垂直転送部２１から第１の
蓄積部３０とは反対方向に転送されてくる信号電荷を、
それと同じかまたは反対の垂直方向に転送可能な第３の
ＣＣＤ垂直転送部４１を有し、信号電荷を蓄積可能な第
２の蓄積部である。

【００１７】３８は第１の蓄積部３０内の第２のＣＣＤ
垂直転送部３１から１転送段単位で転送されてくる信号
電荷を画像走査の水平方向に転送可能な第１のＣＣＤ水
平転送部である。同様に４８は第２の蓄積部４０内の第
３のＣＣＤ垂直転送部４１から１転送段単位で転送され
てくる信号電荷を画像走査の水平方向に転送可能な第２
のＣＣＤ水平転送部である。このときゲート電極５１は
閉じた状態になっており、第２のＣＣＤ水平転送部４８
の信号電荷が撮像部２０に戻ることはない。なお撮像部
２０で光電変換された信号電荷を第２の蓄積部４０に転
送するときは、第２のＣＣＤ水平転送部４８は、ゲート
電極５１に所定の電圧を印加することにより、撮像部２
０内の第１のＣＣＤ垂直転送部２１から転送されてきた
信号電荷を水平方向に転送するのではなく、第２の蓄積
部４０内の第３のＣＣＤ垂直転送部４１にそのまま転送
することもできる。

【００１８】上記の撮像部２０は、例えば垂直方向約５
００画素、水平方向約８００画素分の受光素子を有し、
そのアスペクト比は３：４である。またテレビジョンの
インターレース動作のために、ある１つのＣＣＤ垂直転
送部２１に対応して２つの受光素子２２，２３がある。
また１つのＣＣＤ垂直転送部２１は４つの電極２４〜２
７エリアに分割されているが、各電極２４〜２７は図示
されているＩ１〜Ｉ４の４つの端子のそれぞれに接続さ
れている。そして図１のパルス発生回路３で発生したパ
ルスにより駆動回路４が４相の垂直転送パルスΦI1〜Φ
I4を出力し、それらが上記端子Ｉ１〜Ｉ４に１つずつ加
えられる。この場合例えば第１及び第３の電極２４，２
６に、図３に記されているレベルＶ_FSのパルス（以下、
フィールドシフトパルスと記す）を加えることにより、
それぞれ受光素子２２，２３からＣＣＤ垂直転送部２１
に信号電荷を読出すことができる。

【００１９】一方、第１の蓄積部３０は全面的に遮光さ
れている。第２のＣＣＤ垂直転送部３１は撮像部２０内
の第１のＣＣＤ垂直転送部２１と同様に、４つの電極３
４〜３７で構成されている。各電極３４〜３７はＳ11〜
Ｓ14の４つの端子にそれぞれ接続されている。そして各
Ｓ11〜Ｓ14端子には、それぞれ図１の駆動回路４より４
相の垂直転送パルスΦS11 〜ΦS14 が供給されている。

【００２０】全く同様に第２の蓄積部４０も全面的に遮
光されている。第３のＣＣＤ垂直転送部４１も４つの電
極４４〜４７で構成されており、各電極４４〜４７はＳ
21〜Ｓ24の４つの端子にそれぞれ接続されている。そし
て各Ｓ21〜Ｓ24端子には、それぞれ図１の駆動回路４よ
り４相の垂直転送パルスΦS21 〜ΦS24 が供給されてい
る。これらの垂直転送パルスΦI1〜ΦI4、ΦS11 〜ΦS1
4 、及びΦS21 〜ΦS24 はフィールドシフトパルスを除
くとレベルＶ_H とＶ_L の２値となっており、レベルＶ_H
のときにポテンシャルの井戸が形成されるようになって
いる。

【００２１】上記第１のＣＣＤ水平転送部３８はＨ11，
Ｈ12の２つの端子を有する。各Ｈ11，Ｈ12端子には、２
相の水平転送パルスΦH11 、ΦH12 が上記駆動回路４よ
り供給される。同様に第２のＣＣＤ水平転送部４８はＨ
21，Ｈ22の２つの端子を有する。各Ｈ21，Ｈ22端子に
は、２相の水平転送パルスΦH21 、ΦH22 が駆動回路４
より供給される。３９及び４９（図２に示す）はそれぞ
れ第１及び第２のＣＣＤ水平転送部３８，４８から転送
されてくる信号電荷を電圧に変換して出力する出力部で
ある。

【００２２】５０は適切な電圧を印加することにより、
上記第１の蓄積部３０内の第２のＣＣＤ垂直転送部３１
から第１のＣＣＤ水平転送部３８を介して転送されてく
る信号電荷を掃出すことのできるドレイン部である。

【００２３】図３は図２のＩ１〜Ｉ４端子、Ｓ11〜Ｓ14
端子及びＳ21〜Ｓ24端子に供給される垂直転送パルスΦ
I1〜ΦI4、ΦS11 〜ΦS14 及びΦS21 〜ΦS24 の波形を
示したものである。図示のごとく各垂直転送パルスは，
撮像部２０の受光素子から第１のＣＣＤ垂直転送部２１
に読出された信号電荷を第２及び第３のＣＣＤ垂直転送
部３１，４１に高速で転送するためのフィールド転送パ
ルスＰ２，Ｐ４を含む。パルスＰ２，Ｐ４の繰返し周波
数は例えば1.5MHzである。また第１〜３のＣＣＤ垂直転
送部に残留しているスミア成分などの電荷を上記ドレイ
ン部５０に掃出すための掃き出しパルスＰ１，Ｐ３を含
む。パルスＰ１，Ｐ３の繰返し周波数は例えば３MHz で
ある。また垂直転送パルスΦI1とΦI3は上記のフィール
ドシフトパルスＦＳ１及びＦＳ２を含む。図３ではフィ
ールドシフトパルスＦＳ１から次のＦＳ１までの間隔
と、ＦＳ２から次のＦＳ２までの間隔は共に１フィール
ド期間となっている。以上のパルスＰ１〜Ｐ４及びＦＳ
１，ＦＳ２はいずれも垂直ブランキング期間内に存在す
る。また垂直転送パルスΦS11 〜ΦS14 及びΦS21 〜Φ
S24 は、それぞれ第１及び第２の蓄積部３０，４０内の
ＣＣＤ垂直転送部３１，４１の信号電荷を、ＣＣＤ水平
転送部３８，４８の方向に１転送段単位で転送するパル
スＰ５を含む。パルスＰ５は水平ブランキング期間（同
図では省略）内に存在する。

【００２４】これらのパルスの他に、図３には垂直ブラ
ンキングパルスVBLKを示す。VBLK垂直ブランキング期間
は、標準テレビジョン方式の１つであるＮＴＳＣ方式で
は約1.3ms である。

【００２５】図４（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ図３の高速
のフィールド転送パルスＰ２，Ｐ４をより詳細に説明す
るための図で、繰返しパルスの１周期分のみを示したも
のである。このパルスＰ２が第１、第２のＣＣＤ垂直転
送部２１，３１に加えられると、信号電荷は撮像部２０
から第１の蓄積部３０の方に転送される。同様にパルス
Ｐ４が第１、第３のＣＣＤ垂直転送部２１，４１に加え
られると、信号電荷は撮像部２０から第２の蓄積部４０
の方に転送される。

【００２６】図５は上記端子H11 ，H12 ，H21 ，H22 に
供給される水平転送パルスΦH11 （またはΦH21 ）及び
ΦH12 （またはΦH22 ）と、垂直転送パルスΦS11 〜Φ
S14（またはΦS21 〜ΦS24 ）の水平ブランキングＨＢ
ＬＫ付近（図３のパルスＰ５の拡大図）を示したもので
ある。図示のごとくΦH11 （またはΦH21 ）及びΦH12
（またはΦH22 ）は、互いに逆相の転送パルスＰ６及び
Ｐ７を含む。同図において転送パルスＰ６，Ｐ７の繰返
し周波数は、水平画素数が前記の約８００の場合は14.3
MHz となる。またパルスＰ５は前記したように水平ブラ
ンキング期間ごとに１回出力され、第２、第３のＣＣＤ
垂直転送部３１，４１からそれぞれ第１、第２のＣＣＤ
水平転送部３８，４８に信号電荷を転送するためのパル
スである。なお水平ブランキング期間は、ＮＴＳＣ方式
では約１０．９μｓである。図２〜図６を用いて上記実
施例の動作をより詳細に説明する。

【００２７】まず垂直転送パルスΦI1〜ΦI4、ΦS11 〜
ΦS14 、ΦS21 〜ΦS24 として第１の掃出しパルスＰ１
が出力され、第１〜３のＣＣＤ垂直転送部２１，３１，
４１に残留しているスミア成分等の不要電荷をドレイン
部５０に掃出す。次に垂直転送パルスΦI1、ΦI3として
フィールドシフトパルスＦＳ１が出力される。これによ
り撮像部２０の受光素子に、時間ｔ_s の間蓄積されてい
た信号電荷が第１のＣＣＤ垂直転送部２１に読出され
る。そしてライン（１と２）、（３と４）、（５と
６）、…のように垂直方向の隣合う２画素が加算され
る。この読出し動作の後、垂直転送パルスΦI1〜ΦI4及
びΦS11 〜ΦS14 としてフィールド転送パルスＰ２が出
力される。このパルスＰ２の１周期分をより詳細に示し
たものを図４（Ａ）に示す。これによりテレビジョンの
インターレースのための片方のＡフィールド用信号（蓄
積時間ｔ_s ）が撮像部２０から第１の蓄積部３０に転送
される。

【００２８】次に先に同じく垂直転送パルスΦI1〜ΦI
4、ΦS11 〜ΦS14 、ΦS21 〜ΦS24として第２の掃出し
パルスＰ３が出力され、第１〜３のＣＣＤ垂直転送部２
１，３１，４１に残留しているスミア成分等の不要電荷
をドレイン部５０に掃出す。この掃出し動作の後垂直転
送パルスΦI1、ΦI3として第２のフィールドシフトパル
スＦＳ２が出力される。これにより撮像部２０の受光素
子に、時間ｔ_r の間蓄積されていた信号電荷が第１のＣ
ＣＤ垂直転送部２１に読出される。そして上記と同様に
垂直方向の隣合う２画素が加算される。この読出し動作
の後、垂直転送パルスΦI1〜ΦI4及びΦS21 〜ΦS24 と
してフィールド転送パルスＰ４が出力され、Ａフィール
ド用信号（蓄積時間ｔ_r ）が撮像部２０から第２の蓄積
部４０に転送される。このパルスＰ４の１周期分をより
詳細に示したものを図４（Ｂ）に示す。このときゲート
電極５１は開いており、また第２のＣＣＤ水平転送部４
８は水平方向への転送を行なっていない。後述するがこ
の信号は本実施例では制御用信号として使用される。

【００２９】このようにして第１の蓄積部３０に転送さ
れた信号電荷は、垂直転送パルスΦS11 〜ΦS14 として
パルスＰ５が出力される（図３、図５）ことにより、第
２のＣＣＤ垂直転送部３１が駆動されて、信号電荷は１
ライン分ずつ第１のＣＣＤ水平転送部３８に転送され
る。全く同様に第２の蓄積部４０に転送された信号電荷
は、１ライン分ずつ第２のＣＣＤ水平転送部４８に転送
される。この第１のＣＣＤ水平転送部３８に転送された
信号電荷は、図５に示されるように、互いに逆相である
水平転送パルスΦH11 （Ｐ６）、ΦH12 （Ｐ７）が出力
されることにより、水平転送されて第１の出力部３９を
介して出力される。同様に第２のＣＣＤ水平転送部４８
に転送された信号電荷は、水平転送されて第２の出力部
４９を介して出力される。

【００３０】上記の説明は、第１、第２の蓄積部３０，
４０の信号をテレビジョンのインターレースのＡフィー
ルド信号として行なってきた。インターレース走査のた
めには次のＢフィールドにおいては、上記のフィールド
シフトパルスＦＳ１，ＦＳ２の後に行なわれる垂直方向
の隣接する２画素の加算の組合せを変えればよい。すな
わちライン（２と３）、（４と５）、（６と７）…のよ
うに加算する。その後の画像信号の転送、読出し動作に
ついては、前記と全く同等であるので省略する。 以上
のようにして図１のＣＣＤ撮像素子２から読出された異
なる光感度を有する２種類の映像信号のうち、図２の第
２の出力部４９からの信号Ｖ_r は図１のプリアンプ５に
て、また第１の出力部３９からの信号Ｖ_s はプリアンプ
６にて所定のレベルに増幅された後、アナログデジタル
（Ａ／Ｄ）変換器７，８でデジタルデータに変換されて
フィールド（またはフレーム）メモリ９，１０に書込ま
れる。

【００３１】フィールドメモリ９に書込まれた映像信号
Ｖ_r の一部は第１の除算回路１１に、他の一部は比較回
路１２に入力される。第１の除算回路１１と比較回路１
２のもう一方の入力にはＣＣＤ飽和レベル相当設定回路
１３からの出力信号が入力される。このＣＣＤ飽和レベ
ル相当設定回路１３は、前記２種類の異なる光感度を有
する映像信号の光蓄積時間ｔ_s 及びｔ_r （図３に示す）
と、このＣＣＤ撮像素子２の飽和出力レベルＶ_sat とか
ら次式に示すＣＣＤ飽和レベル相当値Ｖ_ref を計算、設
定する機能を有する。 Ｖ_ref ＝Ｖ_sat ・ｔ_r ／ｔ_s （２）

【００３２】図６は、ＣＣＤ出力信号のある１走査線の
信号レベルを示しており、同図の信号（ａ）は第１の出
力部３９からの出力信号例であり、信号（ｂ）は第２の
出力部４９からの出力信号例である。同図に示すように
光蓄積時間ｔ_s ではＣＣＤ出力信号が飽和してしまうよ
うな強い入射光に対しても、光蓄積時間ｔ_r では飽和し
ないようにｔ_r とｔ_s の比をあらかじめ設定してある。
したがって式（２）の値Ｖ_ref は、光蓄積時間がｔ_s の
ときにＣＣＤ撮像素子２の出力レベルが飽和してＶ_sat
となるときと同じ被写体照度下で、ＣＣＤ撮像素子２の
光蓄積時間がｔ_r となるように駆動したときの出力レベ
ルということになる。そして除算回路１１ではＶ_r ／Ｖ
_ref を計算し、その結果をスイッチ回路１５の一方の入
力端子に入力する。スイッチ回路１５の他方の入力端子
には値「１」が固定的に設定されてある。

【００３３】このスイッチ回路１５の制御動作は次のよ
うになっている。すなわち比較回路１２の結果により、
Ｖ_r ＞Ｖ_ref のとき、これは光蓄積時間がｔ_s のときで
はＣＣＤ撮像素子２の飽和出力レベルＶ_sat を越えてい
ることを意味しているが、このときは値Ｖ_r ／Ｖ_ref の
端子を選択する。逆にＶ_r ≦Ｖ_ref のときは値「１」の
端子を選択する。そしてスイッチ回路１５の出力は利得
制御回路１４に入力され、図２の第１の出力部３９から
得られる光蓄積時間がｔ_s の信号の利得を画素ごとに制
御するのである。

【００３４】一般にＣＣＤ撮像素子の出力信号は、飽和
レベルまでは入射光量に比例して出力信号が得られ、そ
れ以上の光量に対しては出力が飽和レベルにクリップさ
れるという光電変換特性を持っている。そこで利得制御
回路１４にて、第２の出力部４９からの各画素ごとの信
号レベルがＶ_ref より小さいかまたは等しいときは利得
を変えずにそのまま出力し、逆にＶ_ref より大きい時は
Ｖ_r ／Ｖ_ref 分だけレベルを大きくするのである。

【００３５】したがって図６に示すように、第１の出力
部３９からの出力信号の一部が飽和レベルにクリップさ
れていたとしても、第２の出力部４９からの出力信号の
各画素ごとレベルとＶ_ref の値とから、第１の出力部３
９からの出力があたかも飽和していなかったかのように
出力値を予測、修正することができ、固体撮像装置のダ
イナミックレンジを拡げることができるのである。つま
り、利得制御回路１４に飽和信号が入力しても、利得が
（Ｖ_r ／Ｖ_ref ）にしたがって画素毎に制御されるため
に、その出力にはＶ_r に基づく信号が転嫁された形で出
力される。

【００３６】このようにしてダイナミックレンジが拡が
った映像信号は、プロセス回路１６にてガンマ補正等の
各種の非線形処理が施され、必要ならば同期信号が付加
された後、Ｄ／Ａ変換器１７にてアナログ信号に戻され
て出力端子に導かれるという構成になっている。

【００３７】以上述べたようにこの実施例では、少なく
とも２種以上の互いに異なる光感度を有する映像信号を
取出すことのできる撮像手段と、これらの映像信号を処
理する信号処理回路とを具備するものであり、そしてこ
の信号処理回路は、前記２種以上の映像信号の内の第１
の映像信号の各画素ごとの信号レベルが所定の値より大
きいときに、その各画素ごとの信号レベルとその所定の
値とを演算した結果を用いて、前記２種以上の映像信号
の内の他の光感度を有する映像信号の各画素ごとの信号
レベルを制御している。ここで２種以上の互いに異なる
光感度を有する映像信号を取出すことのできる撮像手段
としては、図２に示すＣＣＤ撮像素子を図３〜図５に示
すタイミングで駆動することによって得ている。これに
より固体撮像装置のダイナミックレンジを最終の映像信
号の標準出力値である１００％を越える方向でさらに拡
げることができる。しかも上記説明からも明らかなよう
に、ＣＣＤ撮像素子は１個で済み、光学プリズムのよう
な光路を２方向に分離する手段は不要になる。

【００３８】なお先の説明では、第１〜第３のＣＣＤ垂
直転送部２１，３１，４１はいずれも４相駆動されるも
のとし、第１及び第２のＣＣＤ水平転送で３８，４８は
２相駆動されるものとして説明したが、これに限るもの
ではない。また第１のＣＣＤ垂直転送部２１の駆動パル
スΦI1〜ΦI4には、第２、第３のＣＣＤ垂直転送部３
１，４１の駆動パルスΦS11 〜ΦS14 及びΦS21 〜ΦS2
4 に存在するラインシフトパルスＰ５に相当するパルス
がないが、これもこれに限るものではなく、Ｐ５と同じ
パルスを設けてもよい。駆動パルスの細部については種
々の変形が可能である。さらに画素数に関しても上記の
ような数に限るのではないことはもちろんである。

【００３９】また先の実施例ではＣＣＤ撮像素子の構成
として図２に示すものを例として取上げたがこれに限る
ものではなく、図２における第２の水平転送ＣＣＤ４８
と第２の出力部４９の位置が第２の蓄積部４０に対して
その反対側、すなわち第２の蓄積部４０の上側にあって
もよい。この場合制御用信号は本線系の信号に対して天
地と左右が逆になって出力されるので、信号処理する際
にメモリからの読出しの画素順序のタイミングを本線系
のそれに合わせればよい。ＣＣＤ撮像素子の具体的構成
の細部についても種々の変形が可能である。

【００４０】また先の実施例では第２の出力部４９から
得られる制御用信号として、図３に示すように本線系の
映像信号を撮像部２０の受光素子から第１の垂直転送Ｃ
ＣＤ部２１に読出すための第１のフィールドシフトパル
スＦＳ１の時刻から、同じ垂直ブランキング期間内にあ
る第２のフィールドシフトパルスＦＳ２までの時間とし
て説明したがこれに限るものではなく、例えば本線系の
光蓄積期間ｔ_s の時間的前後の垂直ブランキング期間か
ら得られる２回の制御用信号の時間平均でもよい。この
場合の時間平均は例えば図１の第１のフィールドメモリ
９内で行なわれる。この操作は一種の動き補正としての
動作を意味しており、このようにして制御用信号を得る
ことにより、被写体が動いている場合やカメラのパンニ
ング動作時でも、本線系信号と制御用信号の光蓄積時刻
のずれを補正して、より精度の高いダイナミックレンジ
の拡大が可能となるという特徴もでてくる。

【００４１】なおこの発明は上記の実施例に限定される
ものではなく、第１の蓄積部から得られた読み出し信号
が飽和しているか否かを判定する場合、直接メモリ１０
の出力信号を用いて判定しても良い。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
固体撮像装置のダイナミックレンジを最終映像信号の標
準出力値である１００％を越える方向でさらに拡げるこ
とができるので、従来の固体撮像装置では被写体によっ
ては発生していた「白つぶれ」等の不自然な再生画像も
大幅に軽減される。また固体撮像装置の出力をコンピュ
ータ等で画像処理する場合にも、元の映像信号のダイナ
ミックレンジが広いので、不必要な疑似信号も発生せず
画質劣化もなくなる。しかも上記説明からも明らかなよ
うに、ＣＣＤ撮像素子は１個で済み、光学プリズムのよ
うな光路を２方向に分離する手段は不要になるのでシス
テム全体が簡単で安価になる。また固体撮像装置を最初
から低感度に設定しておき、信号処理回路で標準出力ま
で単に増幅するという手法に比較すると、映像信号のＳ
Ｎ比の劣化も少なく高画質となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す構成図。

【図２】図１に示したＣＣＤ撮像素子の構成を説明する
ための図。

【図３】この発明による固体撮像装置の動作を説明する
ために示したタイミング図。

【図４】図３の一部を拡大して示す図。

【図５】図３の一部を拡大して示す図。

【図６】図１に示した除算回路１１、比較回路１２、利
得制御回路１４及びスイッチ回路１５の動作を説明する
ための図。

【図７】広いダイナミックレンジを得る従来の固体撮像
装置の構成を示す図。

【符号の説明】

１…撮像レンズ、２…固体撮像素子、３…パルス発生回
路、４…ＣＣＤ駆動回路、５，６…プリアンプ、７，８
…Ａ／Ｄ変換器、９，１０…フィールドメモリ、１１…
除算回路、１２…比較回路、１３…ＣＣＤ飽和レベル相
当設定回路、１４…利得制御回路、１５…スイッチ回
路、１６…プロセス回路、１７…Ｄ／Ａ変換器。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも２種以上の互いに異なる光感
   度に基づく第１と第２の映像信号を取出すことのできる
   撮像手段と、 これらの映像信号を処理する信号処理回路とを具備し、 前記信号処理回路は、前記２種以上の映像信号の内の第
   １の映像信号の各画素ごとの信号レベルが所定の値より
   大きいときに、その各画素ごとの信号レベルとその所定
   の値とを演算した結果を用いて、前記２種以上の映像信
   号の内の他の映像信号の各画素ごとの信号レベルを制御
   することを特徴とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】 前記第１の映像信号が有する光感度は、
   通常の撮像時より低感度に設定してあり、かつ通常撮像
   時の光感度では、固体撮像素子の出力が飽和してしまう
   ような場合でも、この第１の映像信号が有する光感度で
   は飽和しないように設定してあり、前記所定の値とは、
   通常撮像時の光感度では前記固体撮像素子の出力の飽和
   レベルに相当しており、そのときの前記第１の映像信号
   が有する光感度での前記固体撮像素子の出力レベルであ
   ることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
3. 【請求項３】 前記撮像手段は、入射光量に応じて発生
   した信号電荷を蓄積する受光素子、及びこの受光素子に
   蓄積された信号電荷を画像走査の垂直方向に転送可能な
   第１の垂直転送部を有する撮像部と、 この撮像部の前記第１の垂直転送部から転送されてくる
   信号電荷をそれと同じ垂直方向に転送可能で、前記第１
   の垂直転送部とは独立に駆動可能な第２の垂直転送部を
   有し、この第２の垂直転送部に信号電荷を蓄積可能な第
   １の蓄積部と、 前記撮像部をはさみ、画像走査の垂直方向に関し前記第
   １の蓄積部とは互いに反対方向に位置し、前記第１の垂
   直転送部から前記第１の蓄積部とは反対方向に転送され
   てくる信号電荷をそれと同じまたは反対の垂直方向に転
   送可能で、前記第１及び第２の垂直転送部とは独立に駆
   動可能な第３の垂直転送部を有し、この第３の垂直転送
   部に信号電荷を蓄積可能な第２の蓄積部と、 前記撮像部及び第１、第２の蓄積部から１ライン単位で
   転送されてくる信号電荷を画像走査の水平方向に転送可
   能な少なくとも２つの水平転送部とを持つ固体撮像素子
   を具備することを特徴とする請求項１記載の固体撮像装
   置。
4. 【請求項４】 前記撮像手段は、固体撮像素子の前記少
   なくとも２つの水平転送部を経由して出力される少なく
   とも２種の映像信号が、互いに異なる光感度を有する映
   像信号として取出されるように、前記撮像部上にある前
   記第１の垂直転送部と、前記第１、第２の蓄積部上にあ
   る前記第２、第３の垂直転送部と、前記２つの水平転送
   部とを駆動する駆動手段を具備することを特徴とする請
   求項１記載の固体撮像装置。