JPH07111622A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 動画に対する画像劣化の抑制するための処理
に時間を掛けることなく，画像劣化を抑制することがで
きる固体撮像装置を提供する。 【構成】 多板式固体撮像装置は、被写体１に対応する
光像を光学レンズ２を介して入射する分離プリズム２１
を備える。分離プリズム２１は、互いに共働して光学フ
ィルタ４からの光を３方向に分離する３つのプリズム２
１ａ，２１ｂ，２１ｃから構成される。各プリズム２１
ａ，２１ｂ，２１ｃの出射面側には、対応する固体撮像
素子２２，２３，２４が設けられている。各固体撮像素
子２２，２３，２４は同一の分光特性を有する。各固体
撮像素子２２，２３，２４は駆動回路２５からの垂直駆
動パルスおよび水平駆動パルスに基づき駆動され、それ
らの電荷蓄積時間は対応する第１、第２および第３のＯ
ＦＤ発生回路２６，２７，２８からのオーバフロードレ
インパルスによって制御されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の固体撮像素子が
用いられている固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、光学レンズで結像された光学像
を画像信号に変換する装置として、単板式固体撮像装置
がある。

【０００３】この単板式固体撮像装置について図を参照
しながら説明する。図５は従来の単板式固体撮像装置を
示す概要図、図６は図５の単板式固体撮像装置に用いら
れている固体撮像素子を示すブロック図である。

【０００４】単板式固体撮像装置は、図５に示すよう
に、被写体１に対応する光像を結像面に結像させる光学
レンズ２と、この光学レンズ２からの光量を規制するた
めの絞り機構３とを備える。絞り機構３の後方には光学
フィルタ４が設けられている。光学フィルタ４はその光
軸が絞り機構３の光軸に一致するように配置されてい
る。光学フィルタ４の後方には固体撮像素子５が設けら
れている。固体撮像素子５はその光軸が光学フィルタ４
の光軸に一致するようにかつ前記結像面に位置するよう
に配置されている。

【０００５】固体撮像素子５は、図６に示すように、前
記結像面に結像された光を電荷に変換し、この電荷を垂
直方向に転送する垂直転送部６と、この垂直転送部６か
ら転送された電荷を蓄積し、この蓄積された電荷を水平
方向に転送する水平転送部７とを有する。垂直転送部６
には、後述する駆動回路９（図５に示す）から、垂直転
送動作を制御するための垂直駆動パルスを取り込む端子
φＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４と、電荷蓄積時間を制
御するためのオバーフロードレインパルスを取り込む端
子φＯＦＤとが設けられている。水平転送部７には、駆
動回路９から水平転送部７の転送動作を制御するための
水平駆動パルスを取り込む端子φＨ１，φＨ２，φＨ３
が設けられている。

【０００６】水平転送部７に転送された電荷は出力回路
８で出力信号として取り出される。出力回路８は、ＭＯ
Ｓ−ＦＥＴを有するフローティングディフュージョンア
ンプからなる。出力回路８のＭＯＳ−ＦＥＴのゲートは
フローティングディフュージョンに接続されている。出
力回路８には、ＯＧ（出力ゲート）端子、ＲＳ（リセッ
ト）端子、ＲＤ（リセットドレイン）端子およびＯＳ
（出力）端子が設けられている。ＯＳ端子からは電荷が
画像信号として取り出される。

【０００７】駆動回路９は、図５に示すように、垂直転
送部６（図６に示す）の転送動作を制御するための垂直
駆動パルスおよび電荷の蓄積時間を制御するためのオー
バフロードレインパルスと、水平転送部７（図６に示
す）の転送動作を制御するための水平駆動パルスと、出
力回路８（図６に示す）の出力動作を制御するための信
号とを生成する。

【０００８】固体撮像素子５からの画像信号は増幅器１
０で増幅され後に第１の信号処理回路１１に与えられ
る。第１の信号処理回路１１は、画像信号に対し増幅処
理、クランプ処理、γ補正などの各処理を施し、各処理
を施した画像信号を出力する。

【０００９】第１の信号処理回路１１からの画像信号
は、スイッチ１２の一方の入力端１２ａおよび第２の信
号処理回路１３に与えられる。第２の信号処理回路１３
は疑似的にダイナミックレンジを拡大するための回路で
あり、これに取り込まれた画像信号を１フィールド毎に
メモリに記憶、保持し、このメモリに記憶、保持された
１フィールド分の画像信号と次の１フィールド分の画像
信号とを合成する。この合成された画像信号には増幅処
理、クランプ処理、γ補正などの各処理が施され、各処
理が施された画像信号はスイッチ１２の他方の入力端１
２ｂに与えられる。

【００１０】スイッチ１２は、入力端１２ａに与えられ
た画像信号および入力端１２ｂに与えられた画像信号の
内のいずれか一方の画像信号を選択し、この選択した画
像信号を出力端１２ｃから出力する。出力端１２ｃから
の画像信号は出力端子１４を介して外部に出力される。

【００１１】次に、単板式固体撮像装置の動作について
図を参照しながら説明する。図７は図５の単板式固体撮
像装置の固体撮像素子を動作させるための各パルスを示
す図、図８は図５の固体撮像装置の固体撮像素子が捕ら
えた光量を示す図である。

【００１２】被写体１を撮影するとき、光学レンズ２の
焦点合せが行われ、絞り機構３による光量調節が行われ
る。光学レンズ２で結像された被写体１の光学像は光学
フィルタ４を介して固体撮像素子５に写し出される。

【００１３】固体撮像素子５は、駆動回路９からの水平
駆動パルスおよび垂直駆動パルスに基づき駆動され、オ
ーバフロードレインパルスによって電荷の蓄積時間が制
御される。電荷の蓄積時間を制御することによって固体
撮像素子５のダイナミックレンジが制御される。

【００１４】固体撮像素子５からは、被写体１の光学像
に対応する画像信号が増幅器１０を介して第１の信号処
理回路１１に出力される。第１の信号処理回路１１は画
像信号に対し、増幅処理、クランプ処理、γ補正などの
各処理を施し、各処理が施された画像信号はスイッチ１
２の入力端１２ａおよび第２の信号処理回路１３に与え
られる。

【００１５】第２の信号処理回路１３は、これに取り込
まれた画像信号をメモリに記憶、保持し、このメモリに
記憶、保持された画像信号に対し、増幅処理、クランプ
処理、γ補正などの各処理を施す。第２の信号処理回路
１３で各処理が施された画像信号は、スイッチ１２の他
方の入力端１２ｂに出力される。

【００１６】固体撮像素子５のダイナミックレンジに被
写体１に対するダイナミックレンジが収まるとき、図７
（ａ），（ｂ）に示すように、オーバフロードレインパ
ルスは１フィールド期間中に出力されず、スイッチ１２
は入力端１２ａを選択する。入力端１２ａに与えられた
画像信号は出力端１２ｃから出力端子１４を介して外部
に出力される。

【００１７】固体撮像素子５のダイナミックレンジに被
写体１に対するダイナミックレンジが収まらないとき、
図７（ａ），（ｃ）に示すように、オーバフロードレイ
ンパルスは１フィールド期間中に出力され，このオーバ
フロードレインパルスによって電荷の蓄積時間が規定さ
れる。例えば、１フィールド期間をａ秒とすると、この
ａ秒とオーバフロードレインパルスの時間幅ｂ秒との差
であるｃ秒が電荷蓄積時間になる。スイッチ１２は入力
端１２ｂを選択する。

【００１８】入力端１２ｂに取り込まれた画像信号は第
２の信号処理回路１３で処理された画像信号であり、こ
の画像信号は、図８に示すように、光量が多い部分に対
応する１フィールド分の画像信号成分（図の破線Ａより
上方に位置する部分）と光量が少ない部分に対応する１
フィールド分の画像信号成分（図の実線Ｃより下方に位
置する部分）との合成信号からなる。光量が多い部分に
対応する１フィールド分の画像信号成分は、絞り機構３
による光量調節とオーバフロードレインパルスによる電
荷蓄積時間の制御とを行うことによって得られた信号成
分である。

【００１９】よって、固体撮像素子５のダイナミックレ
ンジに被写体１に対応する画像信号が収まらないとき、
第２の信号処理回路１３で疑似的にダイナミックレンジ
を広げる処理が行われるが、この疑似的にダイナミック
レンジを広げる処理では、破線Ａと実線Ｃとの間の画像
信号成分が用いられないから、画像信号が動画に対応す
る信号であるとき、著しい画像劣化が生じる。

【００２０】動画に対する画像劣化を抑えるために、図
８に示すように、破線Ｂで示す画像信号成分をさらに用
いること、すなわち３値処理を行うことが考えられる
が、３フィールド分の画像を処理することが必要にな
り、１枚の画像を得る時間がさらに掛かる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の単板式の固体撮像素子では、動画に対する画像劣化が
著しく、この画像劣化を抑えるための処理に時間が掛か
る。

【００２２】本発明は、動画に対する画像劣化の抑制す
るための処理に時間を掛けることなく画像劣化を抑制す
ることができる固体撮像装置を提供することを目的とす
る。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置
は、入射される光を複数の光に分離し、この分離された
光のそれぞれに対し同一の分光特性を有する複数の分光
手段と、各分光手段で分解された光をそれぞれ同一の分
光特性で電荷に変換し、この電荷の転送動作および電荷
の蓄積動作をする複数の固体撮像素子と、前記固体撮像
素子のそれぞれに対し、前記電荷の転送動作を同期する
ように制御しかつ前記電荷の蓄積動作における電荷の蓄
積時間を制御する駆動手段と、前記駆動手段に前記固体
撮像素子毎に対する前記電荷の蓄積時間を指示する指示
手段とを備える。

【００２４】

【作 用】本発明の固体撮像装置では、入射される光を
複数の光に分離し、この分離された光のそれぞれに対し
同一の分光特性を有する複数の分光手段と、各分光手段
で分解された光をそれぞれ同一分光特性で電荷に変換
し、この電荷の転送動作および電荷の蓄積動作をする複
数の固体撮像素子とが設けられ、前記固体撮像素子のそ
れぞれに対し、前記電荷の転送動作が同期するように制
御されかつ前記電荷の蓄積動作における電荷の蓄積時間
が制御され、前記固体撮像素子毎に対する前記電荷の蓄
積時間が指示される。

【００２５】前記固体撮像素子毎に対する前記電荷の蓄
積時間が指示されるから、前記固体撮像素子毎に光量が
異なる画像信号が得られ、疑似的にダイナミックレンジ
を広げることができる。よって、電荷の蓄積時間が制御
されている各固体撮像素子からの画像信号を同時に得る
ことができ、動画に対する画像劣化を抑制するための処
理に時間を掛けることなく画像劣化を抑制することがで
きる。

【００２６】

【実施例】以下に、本発明の実施例について図面を参照
しながら説明する。

【００２７】図１は本発明の固体撮像装置の一実施例で
ある多板式固体撮像装置を示すブロック図である。

【００２８】多板式固体撮像装置は、図１に示すよう
に、被写体１に対応する光像を結像面に結像させる光学
レンズ２と、この光学レンズ２からの光量を規制するた
めの絞り機構３とを備える。絞り機構３の後方には光学
フィルタ４が設けられている。光学フィルタ４はその光
軸が絞り機構３の光軸に一致するように配置されてい
る。

【００２９】光学フィルタ４の後方には分離プリズム２
１が設けられている。分離プリズム２１は、互いに共働
して光学フィルタ４からの光を３方向に分離する３つの
プリズム２１ａ，２１ｂ，２１ｃから構成される。プリ
ズム２１ａには光学フィルタ４からの光を取り込みかつ
光学フィルタ４の光軸に直交する入射面と分離光の１つ
を射出する出射面とが形成されている。プリズム２１ｂ
には分離光の他の１つを射出する出射面が形成され、プ
リズム２１ｃには分離光のさらに他の１つを射出する出
射面が形成されている。各プリズム２１ａ，２１ｂ，２
１ｃは同一の分光特性を有する。

【００３０】各プリズム２１ａ，２１ｂ，２１ｃの出射
面側には、対応する固体撮像素子２２，２３，２４が設
けられている。各固体撮像素子２２，２３，２４はその
光軸が対応する各プリズム２１ａ，２１ｂ，２１ｃの出
射面に直交するように配置されている。各固体撮像素子
２２，２３，２４は同一の分光特性を有し、そのダイナ
ミックレンジは同一になるように設定されている。

【００３１】各固体撮像素子２２，２３，２４には、駆
動用パルスを取り込むための複数の駆動パルス入力端子
（図示せず）と、電荷蓄積時間を制御するためのオーバ
フロードレインパルスを取り込むためのオーバフロード
レインパルス入力端子（図示せず）と、蓄積された電荷
を画像信号として出力するための出力端子（図示せず）
とが設けられている。

【００３２】各固体撮像素子２２，２３，２４の駆動パ
ルス入力端子は駆動回路２５に接続され、駆動回路２５
は各固体撮像素子２２，２３，２４の垂直転送部の転送
動作を制御するための垂直駆動パルスと、各固体撮像素
子２２，２３，２４の水平転送部の転送動作を制御する
ための水平駆動パルスとを生成する。各固体撮像素子２
２，２３，２４に対する垂直駆動パルスおよび水平駆動
パルスは互いに同期している。

【００３３】固体撮像素子２２のオーバフロードレイン
パルス入力端子には第１のＯＦＤ発生回路２６が接続さ
れ、第１のＯＦＤ発生回路２６は電荷の蓄積時間を制御
するためのオーバフロードレインパルスを発生する。オ
ーバフロードレインパルスの時間幅は指示手段（図示せ
ず）からの指示に基づき設定される。

【００３４】同様に、固体撮像素子２３のオーバフロー
ドレインパルス入力端子には第２のＯＦＤ発生回路２７
が接続され、第２のＯＦＤ発生回路２７はオーバフロー
ドレインパルスを発生し、固体撮像素子２４のオーバフ
ロードレインパルス入力端子には第３のＯＦＤ発生回路
２８が接続され、第３のＯＦＤ発生回路２８はオーバフ
ロードレインパルスを発生する。第２および第３のＯＦ
Ｄ回路２７，２８で生成されるオーバフロードレインパ
ルスの時間幅は前記指示手段からの指示に基づき設定さ
れる。

【００３５】固体撮像素子２２の出力端子からの画像信
号は増幅器２９を介して第１の信号処理回路３０に与え
られる。第１の信号処理回路３０は、固体撮像素子２２
からの画像信号に対し増幅処理、クランプ処理、γ補正
などの各処理を施す。

【００３６】同様に、固体撮像素子２３の出力端子から
の画像信号は増幅器３１を介して第２の信号処理回路３
２に与えられ、第２の信号処理回路３２は、固体撮像素
子２３からの画像信号に対し増幅処理、クランプ処理、
γ補正などの各処理を施す。固体撮像素子２４の出力端
子からの画像信号は増幅器３３を介して第３の信号処理
回路３４に与えられ、第３の信号処理回路３４は、固体
撮像素子２４からの画像信号に対し増幅処理、クランプ
処理、γ補正などの各処理を施す。

【００３７】第１の信号処理回路３０からの画像信号、
第２の信号処理回路３２からの画像信号および第３の信
号処理回路３４からの画像信号は合成信号処理回路３５
および加算器３６に与えられる。

【００３８】合成信号処理回路３５は、各第１、第２お
よび第３の信号処理回路３０，３２，３４からの画像信
号をそのレベルが外部への出力レベル内に収まるように
合成し、合成された画像信号を出力する。

【００３９】加算器３６は、各第１、第２および第３の
信号処理回路３０，３２，３４からの画像信号を加算
し、加算された画像信号を出力する。

【００４０】合成信号処理回路３５からの画像信号はス
イッチ３７の入力端３７ａに与えられ、加算器３６から
の画像信号はスイッチ３７の入力端３７ｂに与えられ
る。スイッチは各入力端３７ａ，３７ｂの内のいずれか
一方の画像信号を選択し、選択した画像信号を出力端３
７ｃから出力する。スイッチ３７で選択された画像信号
は端子１４を介して外部に出力される。

【００４１】次に、多板式固体撮像装置の動作について
図を参照しながら説明する。図２は図１の多板式固体撮
像装置の固体撮像素子が捕らえた光量を示す図、図は３
図１の多板式固体撮像装置の固体撮像素子を動作させる
ための各パルスを示す図、図４は図１の多板式固体撮像
装置で得られら出力画像信号を示す図である。

【００４２】被写体１を撮影するとき、光学レンズ２の
焦点合せが行われ、絞り機構３による光量調節が行われ
る。光学レンズ２で結像された被写体１の光学像は光学
フィルタ４を介して分離プリズム２１に入射する。分離
プリズム２１は入射光を３つの分離光に分離し、各分離
された光は対応するプリズム２１ａ，２１ｂ，２１ｃの
出射面から射出される。

【００４３】プリズム２１ａの出射面から射出された光
は固体撮像素子２２に与えられる。同様に、プリズム２
１ｂの出射面から射出された光は固体撮像素子２３に与
えられ，プリズム２１ｃの出射面から射出された光は固
体撮像素子２４に与えられる。

【００４４】各固体撮像素子２２，２３，２４はぞれぞ
れに入射された光に対し光電変換を行い、電荷を画像信
号として出力する。各固体撮像素子２２，２３，２４は
駆動回路２５からの水平駆動パルスおよび垂直駆動パル
スに基づき行われ、かつ対応する第１、第２および第３
のＯＦＤ発生回路２６，２７，２８からのオーバフロー
ドレインパルスによって電荷の蓄積時間が制御される。
電荷の蓄積時間を制御することによって各固体撮像素子
２２，２３，２４のダイナミックレンジが制御される。

【００４５】固体撮像素子２２の画像信号は増幅器２９
を介して第１の信号処理回路３０に与えられ、第１の信
号処理回路３０は画像信号に対し、増幅処理、クランプ
処理、γ補正などの各処理を施す。同様に、固体撮像素
子２３の画像信号は増幅器３１を介して第２の信号処理
回路３２に与えられ、第２の信号処理回路３２は画像信
号に対し、増幅処理、クランプ処理、γ補正などの各処
理を施す。固体撮像素子２４の画像信号は増幅器３２を
介して第３の信号処理回路３４に与えられ、第３の信号
処理回路３４は画像信号に対し、増幅処理、クランプ処
理、γ補正などの各処理を施す。

【００４６】各第１、第２および第３の信号処理回路３
０，３２，３４で処理が施された画像信号のそれぞれは
合成処理回路３５および加算器３６に与えられる。

【００４７】合成信号処理回路３５は各第１、第２およ
び第３の信号処理回路３０，３２，３４からの画像信号
を合成し、この合成された画像信号を出力する。

【００４８】加算器３６は各第１、第２および第３の信
号処理回路３０，３２，３４からの画像信号を加算し、
この加算された画像信号を出力する。

【００４９】各固体撮像素子２２，２３，２４のダイナ
ミックレンジに被写体１に対するダイナミックレンジが
収まるとき、各第１、第２、第３のＯＦＤ発生回路２
６，２７，２８からはオバーフロードレンパルスが出力
されず、スイッチ３７は、加算器３６から入力端３７ｂ
に与えられた画像信号を選択する。この選択した画像信
号は出力端３７ｃから出力端子１４を介して外部に出力
される。

【００５０】例えば、図２に示すように、固体撮像素子
２２で得られる画像信号と固体撮像素子で得られる画像
信号と固体撮像素子２４で得られる画像信号とは互いに
加算器３６で加算され、この加算された画像信号が外部
に出力される。

【００５１】これに対し、各固体撮像素子２２，２３，
２４のダイナミックレンジに被写体１に対するダイナミ
ックレンジが収まらないとき、図３に示すように、各第
１、第２、第３のＯＦＤ発生回路２６，２７，２８から
はオバーフロードレンパルスが出力される。第１のＯＦ
Ｄ発生回路２６は、図３（ａ）に示すように、前記指示
手段からの指示に基づきオーバフロードレインパルスを
出力しない。これに対し、第２のＯＦＤ発生回路２７
は、図３（ｂ）に示すように、前記指示手段からの指示
に対応する時間幅を有するオバーフロードレインパルス
を出力し、固体撮像素子２３の電荷蓄積時間は制御され
る。同様に、第３のＯＦＤ発生回路２８は、図３（ｃ）
に示すように、前記指示手段からの指示に対応する時間
幅を有するオバーフロードレインパルスを出力し，固体
撮像素子２４の電荷蓄積時間は制御される。

【００５２】各オーバフロードレインパルスによって電
荷蓄積時間が制御された各固体撮像素子２２，２３，２
４からの画像信号は合成信号処理回路３５に与えられ
る。合成信号処理回路３５は、図４に示すように、１フ
ィールド期間中に各固体撮像素子２２，２３，２４から
の画像信号をそのレベルが予め規定されている外部出力
レベル内に収まるように合成する。スイッチ３７は入力
端３７ａを選択し、合成信号処理回路３５からの画像信
号が出力端子１４を介して外部に出力される。

【００５３】よって、各固体撮像素子５のダイナミック
レンジに被写体１に対するダイナミックレンジが収まら
ないとき、各固体撮像素子２２，２３，２４のダイナミ
ックレンジをオーバフロードレインパルスで制御し、か
つ各固体撮像素子２２，２３，２４からの画像信号を合
成することによって疑似的にダイナミックレンジが広げ
られているから、動画に対する画像劣化を抑制すること
ができる。また、１フィールド期間に画像信号の合成が
行われるから、動画に対する画像劣化を抑制するための
処理に掛かる時間を短縮することができる。

【００５４】なお、本実施例では、各固体撮像素子２
２，２３，２４に入力される光量を１：１：１に設定し
ているが、予め被写体１の光量分布が予測することがで
きるとき、ＮＤフィルタが内蔵されている分離プリズム
を用いることによって各固体撮像素子に入力される光量
比を所定の比に設定することができる。例えば、各固体
撮像素子２２，２３，２４に対する光量比を１：０．
５：０．２などに設定することができる。

【００５５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の固体撮
像装置によれば、動画に対する画像劣化の抑制するため
の処理に時間を掛けることなく，動画に対する画像劣化
を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体撮像装置の一実施例である多板式
固体撮像装置を示すブロック図である。

【図２】図１の多板式固体撮像装置の固体撮像素子が捕
らえた光量を示す図である。

【図３】図１の多板式固体撮像装置の固体撮像素子を動
作させるための各パルスを示す図である。

【図４】図１の多板式固体撮像装置で得られら出力画像
信号を示す図である。

【図５】従来の単板式固体撮像装置を示す概要図であ
る。

【図６】図５の単板式固体撮像装置に用いられている固
体撮像素子を示すブロック図である。

【図７】図５の単板式固体撮像装置の固体撮像素子を動
作させるための各パルスを示す図である。

【図８】図５の単板式固体撮像装置の固体撮像素子が捕
らえた光量を示す図である。

【符号の説明】

２ 光学レンズ ３ 絞り機構 ２１ 分離プリズム ２２，２３，２４ 固体撮像素子 ２５ 駆動回路 ２６ 第１のＯＦＤ回路 ２７ 第２のＯＦＤ回路 ２８ 第３のＯＦＤ回路 ３０ 第１の信号処理回路 ３２ 第２の信号処理回路 ３４ 第３の信号処理回路 ３５ 合成信号処理回路 ３６ 加算器 ３７ スイッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入射される光を複数の光に分離し、この分
   離された光のそれぞれに対し同一の分光特性を有する複
   数の分光手段と、 各分光手段で分解された光をそれぞれ同一の分光特性で
   電荷に変換し、この電荷の転送動作および電荷の蓄積動
   作をする複数の固体撮像素子と、 前記固体撮像素子のそれぞれに対し、前記電荷の転送動
   作を同期するように制御しかつ前記電荷の蓄積動作にお
   ける電荷の蓄積時間を制御する駆動手段と、 前記駆動手段に前記固体撮像素子毎に対する前記電荷の
   蓄積時間を指示する指示手段とを備えることを特徴とす
   る固体撮像装置。