JPH06311441A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPH06311441A JPH06311441A JP6009132A JP913294A JPH06311441A JP H06311441 A JPH06311441 A JP H06311441A JP 6009132 A JP6009132 A JP 6009132A JP 913294 A JP913294 A JP 913294A JP H06311441 A JPH06311441 A JP H06311441A
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-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
- H04N25/67—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to fixed-pattern noise, e.g. non-uniformity of response
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
- H04N25/713—Transfer or readout registers; Split readout registers or multiple readout registers
Abstract
(57)【要約】
【目的】 入射光量にかかわらず出力信号の直流成分が
常に一定となる固体撮像装置を提供する。 【構成】 モニタフォトダイオードにより発生する光電
流を対数変換した電圧を、入射光量に応じたリファレン
ス電圧に変換する。フォトダイオードに発生する光電流
を対数変換した電圧と、前記リファレンス電圧との差に
応じた電荷がＣＣＤ第２電極下に蓄積され、転送部に注
入される。リファレンス電圧を入射光量に応じて調整す
ることで転送される電荷のオフセットを操作でき、出力
信号の直流成分が常に一定になる。
常に一定となる固体撮像装置を提供する。 【構成】 モニタフォトダイオードにより発生する光電
流を対数変換した電圧を、入射光量に応じたリファレン
ス電圧に変換する。フォトダイオードに発生する光電流
を対数変換した電圧と、前記リファレンス電圧との差に
応じた電荷がＣＣＤ第２電極下に蓄積され、転送部に注
入される。リファレンス電圧を入射光量に応じて調整す
ることで転送される電荷のオフセットを操作でき、出力
信号の直流成分が常に一定になる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光信号を電気信号に対
数変換する固体撮像装置に関し、特に、出力信号の直流
成分を制御可能な固体撮像装置に関するものである。
数変換する固体撮像装置に関し、特に、出力信号の直流
成分を制御可能な固体撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】入射光量に応じて発生した光電流を対数
圧縮変換して出力する固体撮像装置が特開平３−１９２
７６４号公報に提案されている。この固体撮像装置で
は、電荷を蓄積する時にリファレンス電圧を印加してい
る。しかし、このリファレンス電圧は一定であるので、
固体撮像装置からの出力電圧の直流成分は入射光量に応
じて変動する。
圧縮変換して出力する固体撮像装置が特開平３−１９２
７６４号公報に提案されている。この固体撮像装置で
は、電荷を蓄積する時にリファレンス電圧を印加してい
る。しかし、このリファレンス電圧は一定であるので、
固体撮像装置からの出力電圧の直流成分は入射光量に応
じて変動する。
【０００３】また、特開昭６１−２３６２７１号公報で
は安定した画像を得るために、前もって露光源の光量を
検出した出力と、標準パターンを露光源で照射し撮像素
子で撮像した出力とから、Ａ／Ｄ変換器のリファレンス
電圧を決定する装置が提案されている。
は安定した画像を得るために、前もって露光源の光量を
検出した出力と、標準パターンを露光源で照射し撮像素
子で撮像した出力とから、Ａ／Ｄ変換器のリファレンス
電圧を決定する装置が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】固体撮像装置では出力
信号をアナログからディジタルに変換する必要があり、
Ａ／Ｄ変換に際してより広い範囲の出力信号をより大き
な階調で変換するのが望ましい。しかし、第１の従来例
に示したものは、固体撮像装置の出力信号は直流成分が
光量に応じて変化し、直流成分を基準に被写体の輝度信
号が加わるので被写体内の輝度差が小さくても、被写体
全体が明るいときの出力と暗いときの出力を考えると出
力信号の範囲としては大きくなってしまう。この出力信
号の様子を図に示すと図４のようになり、（ａ）は被写
体全体が明るい場合で直流成分が大きく、（ｂ）は被写
体全体が暗い場合の出力で直流成分が小さくなってい
る。図中、Ｙで示す範囲が被写体の輝度差でＡＤで示す
範囲はＡ／Ｄ変換器が変換すべき範囲である。このよう
に範囲の大きな信号から大きな階調を得ようとすると、
ビット数の大きなＡ／Ｄ変換器が必要となるが、ビット
数が大きくなると高価になるためコストアップにつなが
る。図４に直流成分は図示していないが、この直流成分
はＹで示す範囲内の波形の平均値に相当する。
信号をアナログからディジタルに変換する必要があり、
Ａ／Ｄ変換に際してより広い範囲の出力信号をより大き
な階調で変換するのが望ましい。しかし、第１の従来例
に示したものは、固体撮像装置の出力信号は直流成分が
光量に応じて変化し、直流成分を基準に被写体の輝度信
号が加わるので被写体内の輝度差が小さくても、被写体
全体が明るいときの出力と暗いときの出力を考えると出
力信号の範囲としては大きくなってしまう。この出力信
号の様子を図に示すと図４のようになり、（ａ）は被写
体全体が明るい場合で直流成分が大きく、（ｂ）は被写
体全体が暗い場合の出力で直流成分が小さくなってい
る。図中、Ｙで示す範囲が被写体の輝度差でＡＤで示す
範囲はＡ／Ｄ変換器が変換すべき範囲である。このよう
に範囲の大きな信号から大きな階調を得ようとすると、
ビット数の大きなＡ／Ｄ変換器が必要となるが、ビット
数が大きくなると高価になるためコストアップにつなが
る。図４に直流成分は図示していないが、この直流成分
はＹで示す範囲内の波形の平均値に相当する。
【０００５】第２の従来例として示したものは、Ａ／Ｄ
変換器のリファレンス電圧を決定するために撮像素子と
光量センサの他に、光量センサの出力と撮像素子の出力
を加算するのに遅延回路で位相を合わせてから加算回路
に入力したり、シェーディング回路やラインＲＡＭ、Ｃ
ＰＵなど構成要素が多く、ラインＲＡＭの内容が所定の
値になるまで調整を行うといった複雑な処理をしなけれ
ばならない。
変換器のリファレンス電圧を決定するために撮像素子と
光量センサの他に、光量センサの出力と撮像素子の出力
を加算するのに遅延回路で位相を合わせてから加算回路
に入力したり、シェーディング回路やラインＲＡＭ、Ｃ
ＰＵなど構成要素が多く、ラインＲＡＭの内容が所定の
値になるまで調整を行うといった複雑な処理をしなけれ
ばならない。
【０００６】そこで本発明はこれらの問題を解決し、簡
単な処理で固体撮像装置の出力信号の直流成分が被写体
の光量に関係なく常に一定となる固体撮像装置を提供す
ることを目的としている。
単な処理で固体撮像装置の出力信号の直流成分が被写体
の光量に関係なく常に一定となる固体撮像装置を提供す
ることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、入射光量に応じた光電流を発生する光電変換
手段と、該光電流を対数変換する対数変換手段と、対数
変換された信号電荷を転送する転送手段を備えた固体撮
像装置において、前記光電変換手段の入射光量を観測す
る光量モニタ手段と、該光量モニタ手段の出力に応じて
該出力を所望の電圧に変換する電圧変換手段と、を有
し、前記電圧変換手段の出力は前記転送手段に接続され
ていて、前記対数変換手段からの出力と前記電圧変換手
段からの出力の差に対応した電荷を転送する。この場
合、前記転送手段に与えられるモニタ手段の出力に基づ
く電圧を更に調整できる手段を設けてもよい。
本発明は、入射光量に応じた光電流を発生する光電変換
手段と、該光電流を対数変換する対数変換手段と、対数
変換された信号電荷を転送する転送手段を備えた固体撮
像装置において、前記光電変換手段の入射光量を観測す
る光量モニタ手段と、該光量モニタ手段の出力に応じて
該出力を所望の電圧に変換する電圧変換手段と、を有
し、前記電圧変換手段の出力は前記転送手段に接続され
ていて、前記対数変換手段からの出力と前記電圧変換手
段からの出力の差に対応した電荷を転送する。この場
合、前記転送手段に与えられるモニタ手段の出力に基づ
く電圧を更に調整できる手段を設けてもよい。
【０００８】
【作用】本発明の構成によると、光電変換手段への入射
光量を検出する光量モニタ手段により、検出した光量に
応じて該光量モニタ手段の出力を電圧変換手段により所
望の電圧に変換し転送手段に印加している。そして、転
送すべき電荷を蓄積するときの基準となる該電圧が入射
光量に応じて変化するため、転送電荷の直流成分が一定
となる。したがって、出力信号は光量の変化による直流
成分の変動がなくなり被写体内の輝度差に対応した振幅
だけとなるので、全体としての振幅は小さくなる。
光量を検出する光量モニタ手段により、検出した光量に
応じて該光量モニタ手段の出力を電圧変換手段により所
望の電圧に変換し転送手段に印加している。そして、転
送すべき電荷を蓄積するときの基準となる該電圧が入射
光量に応じて変化するため、転送電荷の直流成分が一定
となる。したがって、出力信号は光量の変化による直流
成分の変動がなくなり被写体内の輝度差に対応した振幅
だけとなるので、全体としての振幅は小さくなる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。図１は本発明に係る固体撮像装置の構成例を示
したものである。ここで、ｐｎ接合フォトダイオード１
は入射した光を受光し、フォトダイオード１のカソード
には電圧ＶDDが印加され、アノードはｎチャネルＭＯＳ
−ＦＥＴ２のドレインＤとゲートＧに接続されている。
ＦＥＴ２のソースＳには電圧ＶSSが、バックゲート（基
板）には電圧ＶSUBが印加されている。なお、これらの
バイアスの関係はＶDD＞ＶSS≧ＶSUBであり、フォトダ
イオード１には逆バイアスが、ＦＥＴ２のソースＳと基
板、ドレインＤと基板にも逆バイアスが印加されてい
る。バックゲート（基板）に印加されている電圧ＶSUB
はＦＥＴ２にサブスレッショールド電流が流れるように
調整されている。
明する。図１は本発明に係る固体撮像装置の構成例を示
したものである。ここで、ｐｎ接合フォトダイオード１
は入射した光を受光し、フォトダイオード１のカソード
には電圧ＶDDが印加され、アノードはｎチャネルＭＯＳ
−ＦＥＴ２のドレインＤとゲートＧに接続されている。
ＦＥＴ２のソースＳには電圧ＶSSが、バックゲート（基
板）には電圧ＶSUBが印加されている。なお、これらの
バイアスの関係はＶDD＞ＶSS≧ＶSUBであり、フォトダ
イオード１には逆バイアスが、ＦＥＴ２のソースＳと基
板、ドレインＤと基板にも逆バイアスが印加されてい
る。バックゲート（基板）に印加されている電圧ＶSUB
はＦＥＴ２にサブスレッショールド電流が流れるように
調整されている。
【００１０】フォトダイオード１に光が入射すると光の
強度に比例した光電流がカソードからアノードへ流れ
る。前述のようにサブスレッショールド電流が流れるよ
うに電圧ＶSUBが調整されているのでＦＥＴ２のドレイ
ン電流はゲート・ソース間電圧の指数関数となる。つま
り、光電流は対数変換されて電圧ＶGとして電荷転送部
ＣＣＤの第１電極２２に印加される。
強度に比例した光電流がカソードからアノードへ流れ
る。前述のようにサブスレッショールド電流が流れるよ
うに電圧ＶSUBが調整されているのでＦＥＴ２のドレイ
ン電流はゲート・ソース間電圧の指数関数となる。つま
り、光電流は対数変換されて電圧ＶGとして電荷転送部
ＣＣＤの第１電極２２に印加される。
【００１１】ＣＣＤの第１電極２２には対数変換用のＦ
ＥＴ２のゲート電圧ＶG、第２電極２３にはリファレン
ス電圧ＶRが印加されていて、これらの両電極直下のチ
ャネル電位の差に応じて信号電荷が注入される。ＣＣＤ
入力ダイオード２１にはφＤ、第３電極２４にはφＳ、
第４電極２５にはφ１、第５電極２６にはφ２のパルス
が、図２に示すタイミング（後述）で印加される。第６
電極２７以降の電極には順にパルスφ１、φ２が印加さ
れる２相駆動により電荷が転送される。以上、説明した
フォトダイオード１、ＭＯＳ−ＦＥＴ２、転送部ＣＣＤ
は画素毎に設けられている構成である。
ＥＴ２のゲート電圧ＶG、第２電極２３にはリファレン
ス電圧ＶRが印加されていて、これらの両電極直下のチ
ャネル電位の差に応じて信号電荷が注入される。ＣＣＤ
入力ダイオード２１にはφＤ、第３電極２４にはφＳ、
第４電極２５にはφ１、第５電極２６にはφ２のパルス
が、図２に示すタイミング（後述）で印加される。第６
電極２７以降の電極には順にパルスφ１、φ２が印加さ
れる２相駆動により電荷が転送される。以上、説明した
フォトダイオード１、ＭＯＳ−ＦＥＴ２、転送部ＣＣＤ
は画素毎に設けられている構成である。
【００１２】次に、電荷の蓄積や転送をするためのクロ
ック信号のタイムチャートを図２に示し、駆動パルスの
タイムチャートに対応したチャネル電位図を図３に示
し、両図を参照して電荷転送の動作について説明する。
ック信号のタイムチャートを図２に示し、駆動パルスの
タイムチャートに対応したチャネル電位図を図３に示
し、両図を参照して電荷転送の動作について説明する。
【００１３】まず、ｔ＝ｔ1においてＣＣＤ入力ダイオ
ード２１に印加するクロックφＤがＨレベルからＬレベ
ルに変化すると電荷が第１電極下を通って第２電極下に
注入される。図３のチャネル電位図に斜線で示した部分
に電荷があることを示している。ｔ＝ｔ2においてクロ
ックφＤがＨレベルになると過剰な電荷が入力ダイオー
ド２１に戻る。以上がリセット動作に相当し、第２電極
下にはリファレンス電圧ＶRとゲート電圧ＶGの差に応じ
た電荷が蓄積され、このあと積分状態に入る。積分状態
では第２電極下の電荷の一部が第１電極下を通って入力
ダイオード２１に放出されて、積分動作が行われる。
ード２１に印加するクロックφＤがＨレベルからＬレベ
ルに変化すると電荷が第１電極下を通って第２電極下に
注入される。図３のチャネル電位図に斜線で示した部分
に電荷があることを示している。ｔ＝ｔ2においてクロ
ックφＤがＨレベルになると過剰な電荷が入力ダイオー
ド２１に戻る。以上がリセット動作に相当し、第２電極
下にはリファレンス電圧ＶRとゲート電圧ＶGの差に応じ
た電荷が蓄積され、このあと積分状態に入る。積分状態
では第２電極下の電荷の一部が第１電極下を通って入力
ダイオード２１に放出されて、積分動作が行われる。
【００１４】ｔ＝ｔ3において積分時間（図２のタイム
チャートに示している両矢印の時間）が終了した後、ｔ
＝ｔ4でパルスφＳがＨレベルになると、第３電極下の
チャネル電位が下がるので蓄積されていた電荷がシフト
レジスタに流入していく。ここで、シフトレジスタに転
送される電荷量のオフセットが第２電極２３に印加され
ているリファレンス電圧ＶRによって決定されているの
で電圧ＶRを調整することによって出力信号のオフセッ
トを操作することができる。
チャートに示している両矢印の時間）が終了した後、ｔ
＝ｔ4でパルスφＳがＨレベルになると、第３電極下の
チャネル電位が下がるので蓄積されていた電荷がシフト
レジスタに流入していく。ここで、シフトレジスタに転
送される電荷量のオフセットが第２電極２３に印加され
ているリファレンス電圧ＶRによって決定されているの
で電圧ＶRを調整することによって出力信号のオフセッ
トを操作することができる。
【００１５】次に、ｔ＝ｔ5でφ２レジスタ（パルスφ
２により駆動されるレジスタ）への信号がＨレベルから
Ｌレベルに変化すると、φ２レジスタのチャネル電位が
上がり電荷がφ１レジスタ（パルスφ１により駆動され
るレジスタ）に集まる（ｔ＝ｔ6）。その後、パルスφ
１がＨからＬ、φ２がＬからＨに変化することで電荷が
φ２レジスタへ転送される。この状態からφ１、φ２レ
ジスタに逆相のクロックを入力することにより電荷は隣
のレジスタに転送されていく。
２により駆動されるレジスタ）への信号がＨレベルから
Ｌレベルに変化すると、φ２レジスタのチャネル電位が
上がり電荷がφ１レジスタ（パルスφ１により駆動され
るレジスタ）に集まる（ｔ＝ｔ6）。その後、パルスφ
１がＨからＬ、φ２がＬからＨに変化することで電荷が
φ２レジスタへ転送される。この状態からφ１、φ２レ
ジスタに逆相のクロックを入力することにより電荷は隣
のレジスタに転送されていく。
【００１６】次に、リファレンス電圧ＶRについて説明
する。まず、モニタフォトダイオード３は受光部にどれ
だけの光量が入射しているかをモニタするために設けら
れていて、前述したフォトダイオード１と同じ構造で同
様のバイアスが印加されている。ＭＯＳ−ＦＥＴ４はＭ
ＯＳ−ＦＥＴ２と同様のバイアスが印加されていて、モ
ニタフォトダイオード３の入射光量に応じた光電流を対
数変換してゲート電圧ＶGMとし、電圧ＶGMはソースフォ
ロワアンプ５に入力されている。また、ＭＯＳ−ＦＥＴ
２、４のソース電圧であるＶSSはバッファとしてのソー
スフォロワアンプ６の入力端子に接続されている。
する。まず、モニタフォトダイオード３は受光部にどれ
だけの光量が入射しているかをモニタするために設けら
れていて、前述したフォトダイオード１と同じ構造で同
様のバイアスが印加されている。ＭＯＳ−ＦＥＴ４はＭ
ＯＳ−ＦＥＴ２と同様のバイアスが印加されていて、モ
ニタフォトダイオード３の入射光量に応じた光電流を対
数変換してゲート電圧ＶGMとし、電圧ＶGMはソースフォ
ロワアンプ５に入力されている。また、ＭＯＳ−ＦＥＴ
２、４のソース電圧であるＶSSはバッファとしてのソー
スフォロワアンプ６の入力端子に接続されている。
【００１７】ソースフォロワアンプ５、６は同じ構造で
ＭＯＳ−ＦＥＴを４つ組み合わせてあり、出力はそれぞ
れ差動増幅器７の反転入力端子に抵抗８を、非反転入力
端子に抵抗９を介して接続されている。非反転入力端子
は抵抗１０を介して接地されていて、出力端子と反転入
力端子は抵抗１１を介して接続されている。差動増幅器
７はモニタフォトダイオード３の出力信号と電源電圧Ｖ
ＳＳとの差の電圧を出力するが、その際、電源電圧ＶＳ
Ｓの変動分を除去し、出力を誤差のない信頼性の高いも
のとしている。差動増幅器７の出力は抵抗１３を介して
差動増幅器１２の非反転入力端子に入力される。反転入
力端子には抵抗１４を介して直流レベル調整電圧ＶLが
接続されている。出力端子と反転入力端子は抵抗１５と
可変抵抗１６を介して接続されている。差動増幅器１２
の増幅度と直流レベル調整電圧ＶLを適切な値に調節す
ることによってモニタフォトダイオード３の入射光量に
応じた所望のリファレンス電圧ＶRを得ることができ、
得られた電圧ＶRはＣＣＤの第２電極２３に入力され
る。
ＭＯＳ−ＦＥＴを４つ組み合わせてあり、出力はそれぞ
れ差動増幅器７の反転入力端子に抵抗８を、非反転入力
端子に抵抗９を介して接続されている。非反転入力端子
は抵抗１０を介して接地されていて、出力端子と反転入
力端子は抵抗１１を介して接続されている。差動増幅器
７はモニタフォトダイオード３の出力信号と電源電圧Ｖ
ＳＳとの差の電圧を出力するが、その際、電源電圧ＶＳ
Ｓの変動分を除去し、出力を誤差のない信頼性の高いも
のとしている。差動増幅器７の出力は抵抗１３を介して
差動増幅器１２の非反転入力端子に入力される。反転入
力端子には抵抗１４を介して直流レベル調整電圧ＶLが
接続されている。出力端子と反転入力端子は抵抗１５と
可変抵抗１６を介して接続されている。差動増幅器１２
の増幅度と直流レベル調整電圧ＶLを適切な値に調節す
ることによってモニタフォトダイオード３の入射光量に
応じた所望のリファレンス電圧ＶRを得ることができ、
得られた電圧ＶRはＣＣＤの第２電極２３に入力され
る。
【００１８】以上説明したような回路構成とすることで
入射光量に応じてリファレンス電圧ＶRを調整すること
ができ、したがって転送部ＣＣＤからの出力電圧の直流
成分を常に一定に保つことができる。
入射光量に応じてリファレンス電圧ＶRを調整すること
ができ、したがって転送部ＣＣＤからの出力電圧の直流
成分を常に一定に保つことができる。
【００１９】次に、固体撮像装置の出力信号について説
明する。まず、従来のリファレンス電圧ＶRが操作され
ず常に一定の値が印加されている固体撮像装置の出力信
号は前述したように、被写体内の輝度差が小さくても図
４（ａ）の被写体が明るい時から図４（ｂ）の暗い時ま
で広い範囲の出力となる。これらの出力をＡ／Ｄ変換す
るには広い範囲の電圧を変換する必要があり、そうする
と十分な階調が得られなくなり、十分な階調を得ようと
するとビット数の大きいＡ／Ｄ変換器が必要となってく
る。
明する。まず、従来のリファレンス電圧ＶRが操作され
ず常に一定の値が印加されている固体撮像装置の出力信
号は前述したように、被写体内の輝度差が小さくても図
４（ａ）の被写体が明るい時から図４（ｂ）の暗い時ま
で広い範囲の出力となる。これらの出力をＡ／Ｄ変換す
るには広い範囲の電圧を変換する必要があり、そうする
と十分な階調が得られなくなり、十分な階調を得ようと
するとビット数の大きいＡ／Ｄ変換器が必要となってく
る。
【００２０】一方、本発明の固体撮像装置の出力は図５
に示すように、被写体が明るい時も暗い時も出力の直流
成分が常に一定となるので、Ａ／Ｄ変換をする範囲ＡＤ
は被写体の輝度信号の振幅の変化範囲Ｙだけでよいので
少ないビット数のＡ／Ｄ変換器で十分な階調を得ること
ができる。また、今までと同じビット数のＡ／Ｄ変換器
であれば更に多くの階調を得ることができる。
に示すように、被写体が明るい時も暗い時も出力の直流
成分が常に一定となるので、Ａ／Ｄ変換をする範囲ＡＤ
は被写体の輝度信号の振幅の変化範囲Ｙだけでよいので
少ないビット数のＡ／Ｄ変換器で十分な階調を得ること
ができる。また、今までと同じビット数のＡ／Ｄ変換器
であれば更に多くの階調を得ることができる。
【００２１】次に、第２の実施例として第１の実施例で
示した図１の回路の差動増幅器１２の出力にサンプル・
ホールド回路を付加した場合の回路を図６に示し説明す
る。図１と同じ構成の部分については説明は省略し付加
した部分のみを説明すると、増幅器１２の出力をスイッ
チ３２を介してバッファアンプ３１の非反転入力端子に
接続し、非反転入力端子はコンデンサ３３を介して接地
されている。バッファアンプ３１の出力端子と反転入力
端子は短絡されていて、出力はリファレンス電圧ＶRと
してＣＣＤの第２電極２３に接続されている。所定の時
間、例えば積分時間と読み出し時間（ｔ＝ｔ1〜ｔ5）の
間、スイッチ３２をオフとしてその間リファレンス電圧
ＶRをホールドするようにしておくと、ホールド時間内
に光量が変化したことによる影響を除くことができる。
なお、図１、図６に示した増幅器７、１２、３１の電源
電圧は省略し図示していない。
示した図１の回路の差動増幅器１２の出力にサンプル・
ホールド回路を付加した場合の回路を図６に示し説明す
る。図１と同じ構成の部分については説明は省略し付加
した部分のみを説明すると、増幅器１２の出力をスイッ
チ３２を介してバッファアンプ３１の非反転入力端子に
接続し、非反転入力端子はコンデンサ３３を介して接地
されている。バッファアンプ３１の出力端子と反転入力
端子は短絡されていて、出力はリファレンス電圧ＶRと
してＣＣＤの第２電極２３に接続されている。所定の時
間、例えば積分時間と読み出し時間（ｔ＝ｔ1〜ｔ5）の
間、スイッチ３２をオフとしてその間リファレンス電圧
ＶRをホールドするようにしておくと、ホールド時間内
に光量が変化したことによる影響を除くことができる。
なお、図１、図６に示した増幅器７、１２、３１の電源
電圧は省略し図示していない。
【００２２】以上に示した二つの実施例の回路構成に限
らず、種々の変形例が考えられる。電圧変換手段として
は増幅回路による例を示したが、他に図７に示すような
例が考えられ、（ａ）に示す例はコンパレータを４個用
いた回路である。４個のコンパレータ４１、４２、４
３、４４で増幅器７の出力電圧と基準電圧Ｖ1、Ｖ2、Ｖ
3、Ｖ4と比較しその結果制御信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄをマル
チプレクサへ出力し、これらの信号を基にして電圧ＶR
1、ＶR2、ＶR3、ＶR4の内どの電圧を端子Ｘから出力す
るかが決定され、この出力電圧がリファレンス電圧ＶR
となる。また、マルチプレクサ以外にＦＥＴを用いたり
Ｄ／Ａ変換器を用いた回路も考えられる。（ｂ）に示す
例は、電圧変換手段としてマイコンを用いた場合のブロ
ック図であり、増幅器７の出力をＡ／Ｄ変換器でディジ
タル化し、このディジタルのデータをマイコンで演算処
理してリファレンス電圧ＶRのディジタルデータを求
め、Ｄ／Ａ変換器でこのディジタルデータをアナログ化
して出力をリファレンス電圧ＶRとしている。また、こ
れらの電圧変換手段の回路は光電変換部や転送部と同じ
一つのチップとして形成してもよい。
らず、種々の変形例が考えられる。電圧変換手段として
は増幅回路による例を示したが、他に図７に示すような
例が考えられ、（ａ）に示す例はコンパレータを４個用
いた回路である。４個のコンパレータ４１、４２、４
３、４４で増幅器７の出力電圧と基準電圧Ｖ1、Ｖ2、Ｖ
3、Ｖ4と比較しその結果制御信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄをマル
チプレクサへ出力し、これらの信号を基にして電圧ＶR
1、ＶR2、ＶR3、ＶR4の内どの電圧を端子Ｘから出力す
るかが決定され、この出力電圧がリファレンス電圧ＶR
となる。また、マルチプレクサ以外にＦＥＴを用いたり
Ｄ／Ａ変換器を用いた回路も考えられる。（ｂ）に示す
例は、電圧変換手段としてマイコンを用いた場合のブロ
ック図であり、増幅器７の出力をＡ／Ｄ変換器でディジ
タル化し、このディジタルのデータをマイコンで演算処
理してリファレンス電圧ＶRのディジタルデータを求
め、Ｄ／Ａ変換器でこのディジタルデータをアナログ化
して出力をリファレンス電圧ＶRとしている。また、こ
れらの電圧変換手段の回路は光電変換部や転送部と同じ
一つのチップとして形成してもよい。
【００２３】次に、図８の第３実施例はリファレンス電
圧ＶRを任意に調整できるようにした電圧調整装置８０
を設けた例を示している。即ち、上述した第１、第２実
施例がいずれもモニターフォトダイオード３の出力信号
を用いて、その出力信号に応じたリファレンス電圧ＶR
を得ているだけであるのに対し、図８の実施例は、更に
そのリファレンス電圧ＶRを調整できるようにしてい
る。
圧ＶRを任意に調整できるようにした電圧調整装置８０
を設けた例を示している。即ち、上述した第１、第２実
施例がいずれもモニターフォトダイオード３の出力信号
を用いて、その出力信号に応じたリファレンス電圧ＶR
を得ているだけであるのに対し、図８の実施例は、更に
そのリファレンス電圧ＶRを調整できるようにしてい
る。
【００２４】図８において、増幅器１２の反転端子に抵
抗１４を介して電圧調整装置８０を接続している以外は
図１と同一の構成となっているので、それらの同一部分
の説明は省略する。電圧調整装置８０は調整電圧ＶLを
出力するが、その構成は例えば図９に示すように予め用
意した複数の電圧ＶL1、ＶL2、・・・、ＶLNの中から１
つをスイッチ回路８１によって出力端子８２へ導出し、
これを調整電圧ＶLとするようにしてもよく、また、図
１０のようにマイクロコンピュータ９０にコマンドを送
り、このコマンドに対応するディジタル出力をマイクロ
コンピュータ９０が出力し、それをＤ／Ａ変換器９１で
アナログ信号に変換して調整電圧ＶLとするように構成
してもよい。
抗１４を介して電圧調整装置８０を接続している以外は
図１と同一の構成となっているので、それらの同一部分
の説明は省略する。電圧調整装置８０は調整電圧ＶLを
出力するが、その構成は例えば図９に示すように予め用
意した複数の電圧ＶL1、ＶL2、・・・、ＶLNの中から１
つをスイッチ回路８１によって出力端子８２へ導出し、
これを調整電圧ＶLとするようにしてもよく、また、図
１０のようにマイクロコンピュータ９０にコマンドを送
り、このコマンドに対応するディジタル出力をマイクロ
コンピュータ９０が出力し、それをＤ／Ａ変換器９１で
アナログ信号に変換して調整電圧ＶLとするように構成
してもよい。
【００２５】図９のスイッチ回路８１のための選択信号
や図１０のコマンドは例えば操作キーの操作に基いて発
生するようにする。勿論、図９においてスイッチ回路８
１は直接手動操作可能な機械的スイッチであってもよ
い。図８の実施例では、増幅器１２の出力であるリファ
レンス電圧ＶRを所望の値に制御することができるの
で、ＣＣＤ出力電圧の直流成分を一定に保つだけでな
く、その一定レベルから更にレベルを所望する量だけシ
フトできる。これは手動操作によりユーザの好みに応じ
た画像の明るさを調整することができることを意味す
る。また、ビデオカメラ等に用いる固体撮像装置では、
絞り調整を手動で行えることになる。また、その構成を
複写機のイメージリーダに用いた場合には、画像濃度調
整を手動で行えることになる。
や図１０のコマンドは例えば操作キーの操作に基いて発
生するようにする。勿論、図９においてスイッチ回路８
１は直接手動操作可能な機械的スイッチであってもよ
い。図８の実施例では、増幅器１２の出力であるリファ
レンス電圧ＶRを所望の値に制御することができるの
で、ＣＣＤ出力電圧の直流成分を一定に保つだけでな
く、その一定レベルから更にレベルを所望する量だけシ
フトできる。これは手動操作によりユーザの好みに応じ
た画像の明るさを調整することができることを意味す
る。また、ビデオカメラ等に用いる固体撮像装置では、
絞り調整を手動で行えることになる。また、その構成を
複写機のイメージリーダに用いた場合には、画像濃度調
整を手動で行えることになる。
【００２６】図１１、図１２は上記各実施例において使
用されるモニタフォトダイオード３とフォトダイオード
１に関して示している。ここで、上記実施例におけるフ
ォトダイオード１は受光素子１００を構成する複数のフ
ォトダイオード１ａ〜１ｎの１つが相当する。これに対
し、モニタフォトダイオード３は図１１に示すように受
光素子１００の長さに対応する大きさを有しており、フ
ォトダイオード１ａ〜１ｎの平均受光量のモニタ量を出
力する。また、図１２では受光素子１００の一部の平均
受光量をモニタ量として出力する。図１２の場合、一部
の平均受光量を全体の受光量とみなすことになる。
用されるモニタフォトダイオード３とフォトダイオード
１に関して示している。ここで、上記実施例におけるフ
ォトダイオード１は受光素子１００を構成する複数のフ
ォトダイオード１ａ〜１ｎの１つが相当する。これに対
し、モニタフォトダイオード３は図１１に示すように受
光素子１００の長さに対応する大きさを有しており、フ
ォトダイオード１ａ〜１ｎの平均受光量のモニタ量を出
力する。また、図１２では受光素子１００の一部の平均
受光量をモニタ量として出力する。図１２の場合、一部
の平均受光量を全体の受光量とみなすことになる。
【００２７】１ａ、１ｂ、１ｃ、・・・、１ｎはそれぞ
れ１つの画素に相当するが、これらの全画素又は一部の
画素について受光素子の予備測定を行ない、その出力を
平均したものをホールドして次回の測定のリファレンス
電圧として用いるようにしてもよい。この場合、１回の
測定につき受光素子１０から２回読み出しが必要である
ため上記各実施例に比し時間がかかるが、モニタフォト
ダイオード３を設ける必要がないという利点がある。
れ１つの画素に相当するが、これらの全画素又は一部の
画素について受光素子の予備測定を行ない、その出力を
平均したものをホールドして次回の測定のリファレンス
電圧として用いるようにしてもよい。この場合、１回の
測定につき受光素子１０から２回読み出しが必要である
ため上記各実施例に比し時間がかかるが、モニタフォト
ダイオード３を設ける必要がないという利点がある。
【００２８】モニタフォトダイオード３の出力や受光素
子１００の測定出力を第２電極２３に印加することをせ
ずに、上記電圧調整装置８０の出力電圧のみを第２電極
２３に印加するようにしてもよい。この場合、被写体が
明るいときと暗いときとで直流レベルが同一になるとい
う効果は得られないが、電圧調整装置８０の出力電圧を
第２電極２３に印加することによって画像の明るさを自
由に調整できる。また、ビデオカメラ等に用いる固体撮
像装置では、絞り調整を手動で行えることになる。ま
た、その構成を複写機のイメージリーダに用いた場合に
は、画像濃度調整を手動で行えることになる。
子１００の測定出力を第２電極２３に印加することをせ
ずに、上記電圧調整装置８０の出力電圧のみを第２電極
２３に印加するようにしてもよい。この場合、被写体が
明るいときと暗いときとで直流レベルが同一になるとい
う効果は得られないが、電圧調整装置８０の出力電圧を
第２電極２３に印加することによって画像の明るさを自
由に調整できる。また、ビデオカメラ等に用いる固体撮
像装置では、絞り調整を手動で行えることになる。ま
た、その構成を複写機のイメージリーダに用いた場合に
は、画像濃度調整を手動で行えることになる。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によると、簡
単な処理をすることで固体撮像装置の出力信号は入射光
量によらず直流成分が一定の値となり被写体の輝度信号
に対応した振幅のみとなる。したがって、Ａ／Ｄ変換す
る範囲が小さくなり小さなビット数のＡ／Ｄ変換器でも
十分な階調が得られ、今までのビット数のＡ／Ｄ変換器
であれば今まで以上の更に多くの階調が得られる。その
結果としてシステム全体のコストの増加を抑えることが
できる。
単な処理をすることで固体撮像装置の出力信号は入射光
量によらず直流成分が一定の値となり被写体の輝度信号
に対応した振幅のみとなる。したがって、Ａ／Ｄ変換す
る範囲が小さくなり小さなビット数のＡ／Ｄ変換器でも
十分な階調が得られ、今までのビット数のＡ／Ｄ変換器
であれば今まで以上の更に多くの階調が得られる。その
結果としてシステム全体のコストの増加を抑えることが
できる。
【図１】本発明に係る固体撮像装置の第１の実施例を示
す回路図。
す回路図。
【図２】ＣＣＤを駆動するために印加するクロック信号
のタイムチャート。
のタイムチャート。
【図３】ＣＣＤの動作原理の概念図。
【図４】従来のリファレンス電圧を操作しない固体撮像
装置の出力信号を示す図。
装置の出力信号を示す図。
【図５】本発明の固体撮像装置の出力信号を示す図。
【図６】本発明に係る固体撮像装置の第２の実施例を示
す回路図。
す回路図。
【図７】電圧変化手段の他の実施例を示す図。
【図８】本発明に係る固体撮像装置の第３の実施例を示
す回路図。
す回路図。
【図９】それに用いる電圧調整装置の構成例を示す図。
【図１０】電圧調整装置の他の構成例を示す図。
【図１１】上記各実施例において用いられるフォトダイ
ードとモニタフォトダイオードの一例を示す図。
ードとモニタフォトダイオードの一例を示す図。
【図１２】上記各実施例において用いられるフォトダイ
ードとモニタフォトダイオードの他の例を示す図。
ードとモニタフォトダイオードの他の例を示す図。
１ 光電変換手段（フォトダイオード） ２ 対数変換手段（ＭＯＳ−ＦＥＴ） ３ 光量モニタ手段（モニタフォトダイオード） ４ ＭＯＳ−ＦＥＴ ３１ 電圧変換手段（バッファアンプ） ＣＣＤ 転送手段
Claims (1)
- 【請求項１】入射光量に応じた光電流を発生する光電変
換手段と、該光電流を対数変換する対数変換手段と、対
数変換された信号電荷を転送する転送手段を備えた固体
撮像装置において、 前記光電変換手段の入射光量を観測する光量モニタ手段
と、 該光量モニタ手段の出力に応じて該出力を所望の電圧に
変換する電圧変換手段と、 を有し、前記電圧変換手段の出力は前記転送手段に接続
されていて、前記対数変換手段からの出力と前記電圧変
換手段からの出力の差に対応した電荷を転送することを
特徴とする固体撮像装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6009132A JPH06311441A (ja) | 1993-02-25 | 1994-01-31 | 固体撮像装置 |
| US08/552,435 US5576761A (en) | 1993-02-25 | 1995-11-03 | Solid-state sensor having direct current control circuitry and logarithmic output signal |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5-36400 | 1993-02-25 | ||
| JP3640093 | 1993-02-25 | ||
| JP6009132A JPH06311441A (ja) | 1993-02-25 | 1994-01-31 | 固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06311441A true JPH06311441A (ja) | 1994-11-04 |
Family
ID=26343795
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6009132A Pending JPH06311441A (ja) | 1993-02-25 | 1994-01-31 | 固体撮像装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5576761A (ja) |
| JP (1) | JPH06311441A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1091302C (zh) * | 1995-04-05 | 2002-09-18 | 松下电器产业株式会社 | 光检测装置及其制造方法 |
| US6734907B1 (en) | 1998-04-30 | 2004-05-11 | Minolta Co., Ltd. | Solid-state image pickup device with integration and amplification |
| US6836291B1 (en) * | 1998-04-30 | 2004-12-28 | Minolta Co., Ltd. | Image pickup device with integral amplification |
| JP2001218113A (ja) * | 2000-02-02 | 2001-08-10 | Minolta Co Ltd | 固体撮像装置 |
| CN1670962A (zh) * | 2004-03-17 | 2005-09-21 | 三洋电机株式会社 | 电荷耦合元件的电压控制装置及控制方法 |
| US8319703B2 (en) | 2007-06-28 | 2012-11-27 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Rendering an image pixel in a composite display |
| EP2395499A1 (en) * | 2008-07-23 | 2011-12-14 | Qualcomm Mems Technologies, Inc | Calibration of pixel elements by determination of white light luminance and compensation of shifts in the colour spectrum |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4742380A (en) * | 1982-02-09 | 1988-05-03 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Switch utilizing solid-state relay |
| US4498105A (en) * | 1982-05-27 | 1985-02-05 | Rca Corporation | Field-transfer CCD imagers with reference-black-level generation capability |
| FR2557372B1 (fr) * | 1983-12-27 | 1986-04-11 | Thomson Csf | Procede d'ebasage d'un dispositif photosensible a l'etat solide |
| US4602291A (en) * | 1984-05-09 | 1986-07-22 | Xerox Corporation | Pixel non-uniformity correction system |
| US4745446A (en) * | 1985-02-11 | 1988-05-17 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Photodetector and amplifier integration |
| US4763200A (en) * | 1985-04-11 | 1988-08-09 | Minolta Camera Kabushiki Kaisha | Image output apparatus |
| US4742238A (en) * | 1985-10-02 | 1988-05-03 | Canon Kabushiki Kaisha | Non-linear photoelectric converting apparatus with means for changing drainage performance |
| US4712010A (en) * | 1986-01-30 | 1987-12-08 | Hughes Aircraft Company | Radiator scanning with image enhancement and noise reduction |
| US4961117A (en) * | 1987-11-13 | 1990-10-02 | New Dest Corporation | Document scanner |
| US4857725A (en) * | 1988-07-06 | 1989-08-15 | Santa Barbara Research Center | Differential offset corrected current mirror |
| US4973833A (en) * | 1988-09-28 | 1990-11-27 | Minolta Camera Kabushiki Kaisha | Image sensor including logarithmic converters |
| US5241575A (en) * | 1989-12-21 | 1993-08-31 | Minolta Camera Kabushiki Kaisha | Solid-state image sensing device providing a logarithmically proportional output signal |
| US5047861A (en) * | 1990-07-31 | 1991-09-10 | Eastman Kodak Company | Method and apparatus for pixel non-uniformity correction |
| US5105276A (en) * | 1990-11-15 | 1992-04-14 | Eastman Kodak Company | DC restoration of sampled imagery signals |
| US5324958A (en) * | 1991-02-19 | 1994-06-28 | Synaptics, Incorporated | Integrating imaging systgem having wide dynamic range with sample/hold circuits |
| US5289286A (en) * | 1991-07-18 | 1994-02-22 | Minolta Camera Kabushiki Kaisha | Solid state sensor having logarithmic photovoltaic response, with pixel uniformity correction and white balance circuitry therefor |
-
1994
- 1994-01-31 JP JP6009132A patent/JPH06311441A/ja active Pending
-
1995
- 1995-11-03 US US08/552,435 patent/US5576761A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5576761A (en) | 1996-11-19 |
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