JPH0715672A - 固体撮像装置および駆動方法 - Google Patents
固体撮像装置および駆動方法Info
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- JPH0715672A JPH0715672A JP5145887A JP14588793A JPH0715672A JP H0715672 A JPH0715672 A JP H0715672A JP 5145887 A JP5145887 A JP 5145887A JP 14588793 A JP14588793 A JP 14588793A JP H0715672 A JPH0715672 A JP H0715672A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 入射光量取扱範囲を高照度側へ拡大する固体
撮像装置とその駆動方法を提供する。 【構成】 入射光は、３００；１単位画素光電変換部に
おいて光電変換され、３０１；電子シャッター時二画素
混合信号電荷、３０２；フィールド信号電荷１、３０
３；フィールド信号電荷２はそれぞれ、８相クロック転
送により３０４；ＨＣＣＤ１、３０５；ＨＣＣＤ２、３
０６；ＨＣＣＤ３により転送され、３０７；ＣＤＳ＆ク
ランプ回路を通過したのち、３０９；信号判断回路によ
り、信号飽和に関する判定をうけ、３０８；信号選択回
路にてその出力を選択された後、３１０；信号処理回路
にて演算処理を施され、画像信号再生を行う。
撮像装置とその駆動方法を提供する。 【構成】 入射光は、３００；１単位画素光電変換部に
おいて光電変換され、３０１；電子シャッター時二画素
混合信号電荷、３０２；フィールド信号電荷１、３０
３；フィールド信号電荷２はそれぞれ、８相クロック転
送により３０４；ＨＣＣＤ１、３０５；ＨＣＣＤ２、３
０６；ＨＣＣＤ３により転送され、３０７；ＣＤＳ＆ク
ランプ回路を通過したのち、３０９；信号判断回路によ
り、信号飽和に関する判定をうけ、３０８；信号選択回
路にてその出力を選択された後、３１０；信号処理回路
にて演算処理を施され、画像信号再生を行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、入射光量取扱い範囲を
高照度側に拡大するための固体撮像装置およびその駆動
方法、特に、映像信号のフィールドあるいはフレーム等
に代表される一定の信号電荷蓄積期間に対し、少なくと
も２回以上の信号電荷蓄積期間を設定した上、前記信号
電荷蓄積期間におけるそれぞれの信号電荷を外部のフィ
ールドメモリあるいはフレームメモリを用いず再生する
事により、入射光量取扱範囲を高照度側へ拡大する事を
特徴とした固体撮像装置とその駆動方法に関する。
高照度側に拡大するための固体撮像装置およびその駆動
方法、特に、映像信号のフィールドあるいはフレーム等
に代表される一定の信号電荷蓄積期間に対し、少なくと
も２回以上の信号電荷蓄積期間を設定した上、前記信号
電荷蓄積期間におけるそれぞれの信号電荷を外部のフィ
ールドメモリあるいはフレームメモリを用いず再生する
事により、入射光量取扱範囲を高照度側へ拡大する事を
特徴とした固体撮像装置とその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来技術においては、入射光量取扱い範
囲を拡張する際、１フレームあるいは１フィールド期間
中に少なくとも２回以上の互いに異なる蓄積期間を設
定、例えば、１フィールド期間ＴF中において、従来の
垂直走査期間に相当する第１の蓄積期間Ｔ１と垂直ブラ
ンク期間中に前記第１の蓄積期間よりも短い第２の蓄積
期間Ｔ２の設定を行い、第１の蓄積期間中に得られた信
号電荷Ｑ１は利得１にて、第２の蓄積期間中に得られた
信号電荷Ｑ２は利得（Ｔ１／Ｔ２）倍にて再生する。こ
こで、信号電荷Ｑ１が飽和電荷量に達している場合に
は、信号電荷Ｑ２の信号情報を用いることにより、結果
として、従来比（Ｔ１／Ｔ２）倍の入射光量取扱い範囲
を実現する。
囲を拡張する際、１フレームあるいは１フィールド期間
中に少なくとも２回以上の互いに異なる蓄積期間を設
定、例えば、１フィールド期間ＴF中において、従来の
垂直走査期間に相当する第１の蓄積期間Ｔ１と垂直ブラ
ンク期間中に前記第１の蓄積期間よりも短い第２の蓄積
期間Ｔ２の設定を行い、第１の蓄積期間中に得られた信
号電荷Ｑ１は利得１にて、第２の蓄積期間中に得られた
信号電荷Ｑ２は利得（Ｔ１／Ｔ２）倍にて再生する。こ
こで、信号電荷Ｑ１が飽和電荷量に達している場合に
は、信号電荷Ｑ２の信号情報を用いることにより、結果
として、従来比（Ｔ１／Ｔ２）倍の入射光量取扱い範囲
を実現する。
【０００３】上述の入射光量取扱い範囲の拡大のための
素子駆動方法に関しては、外部フレームメモリを用いず
に済ませる提案例（特開昭６３−２５０９８０号公報）
がある。前記提案例は、現行ＣＣＤの構成における４画
素、計８枚の転送電極で３つの信号パケットをつくり、
第１の蓄積期間による２画素混合の信号電荷を２パケッ
ト、第２の蓄積期間による４画素混合の信号電荷を１パ
ケットとして用いることにより１フィールド期間ＴF中
２回に分割された蓄積期間において得られる信号電荷を
連続して垂直ＣＣＤにて転送する手法が記載されてい
る。
素子駆動方法に関しては、外部フレームメモリを用いず
に済ませる提案例（特開昭６３−２５０９８０号公報）
がある。前記提案例は、現行ＣＣＤの構成における４画
素、計８枚の転送電極で３つの信号パケットをつくり、
第１の蓄積期間による２画素混合の信号電荷を２パケッ
ト、第２の蓄積期間による４画素混合の信号電荷を１パ
ケットとして用いることにより１フィールド期間ＴF中
２回に分割された蓄積期間において得られる信号電荷を
連続して垂直ＣＣＤにて転送する手法が記載されてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記４
画素混合の信号電荷を加算混合するためには、時刻的に
ΔＴずれた状態で２回読み出す必要がある為、同一パケ
ットの中に蓄積期間がＴ２と（Ｔ２＋ΔＴ）の互いに異
なった２種の信号電荷が存在する事となる。互いに期間
ΔＴずつ異なる２種の蓄積期間による前記４画素混合の
信号電荷を、前記利得（Ｔ１／Ｔ２）倍で区別なく演算
すれば、被写体光量に応じて前記第２の蓄積期間Ｔ２を
調整した場合、色ずれ、輝度ずれ等の不都合が生じる。
画素混合の信号電荷を加算混合するためには、時刻的に
ΔＴずれた状態で２回読み出す必要がある為、同一パケ
ットの中に蓄積期間がＴ２と（Ｔ２＋ΔＴ）の互いに異
なった２種の信号電荷が存在する事となる。互いに期間
ΔＴずつ異なる２種の蓄積期間による前記４画素混合の
信号電荷を、前記利得（Ｔ１／Ｔ２）倍で区別なく演算
すれば、被写体光量に応じて前記第２の蓄積期間Ｔ２を
調整した場合、色ずれ、輝度ずれ等の不都合が生じる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】１フィールド期間中に光
電変換素子から垂直ＣＣＤへの信号電荷の読み出しを少
なくとも２回行ったときに問題となる、前記第２の蓄積
期間Ｔ２における、蓄積期間の差ΔＴをなくした駆動方
法と固体撮像装置を提案する事により、色ずれ、輝度ず
れを生じる事なく入射光量取扱い範囲を拡大する事を可
能とする。
電変換素子から垂直ＣＣＤへの信号電荷の読み出しを少
なくとも２回行ったときに問題となる、前記第２の蓄積
期間Ｔ２における、蓄積期間の差ΔＴをなくした駆動方
法と固体撮像装置を提案する事により、色ずれ、輝度ず
れを生じる事なく入射光量取扱い範囲を拡大する事を可
能とする。
【０００６】
【作用】輝度分布の広い被写体に対し、標準光量以下と
標準光量の２倍前後の光量については、前記第１の蓄積
期間Ｔ１をもって対応し、前記第１の蓄積期間Ｔ１中
に、飽和電荷量に達した被写体領域に関しては、垂直ブ
ランク期間中の前記第２の蓄積期間Ｔ２を適応的に用い
る駆動方法を併用する事により、外部フィールドメモリ
あるいはフレームメモリを用いずとも入射光量取扱範囲
を高照度側へ拡大する事が可能となる。
標準光量の２倍前後の光量については、前記第１の蓄積
期間Ｔ１をもって対応し、前記第１の蓄積期間Ｔ１中
に、飽和電荷量に達した被写体領域に関しては、垂直ブ
ランク期間中の前記第２の蓄積期間Ｔ２を適応的に用い
る駆動方法を併用する事により、外部フィールドメモリ
あるいはフレームメモリを用いずとも入射光量取扱範囲
を高照度側へ拡大する事が可能となる。
【０００７】
【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。
【０００８】図１に本発明の請求項１記載に係る固体撮
像装置の１例を示す。１００；単位画素には１１０；Ｖ
ＣＣＤにおける４枚の転送電極が対応し、連続する２単
位画素に対応する合計８枚の転送電極に対しては、それ
ぞれ、１０１；φＶ１転送電極、１０２；φＶ２転送電
極、１０３；φＶ３転送電極、１０４；φＶ４転送電
極、１０５；φＶ５転送電極、１０６；φＶ６転送電
極、１０７；φＶ７転送電極、１０８；φＶ８転送電極
の８相の転送クロックが印加される。１０２；φＶ２転
送電極および１０６；φＶ６が印加される電極には、１
０９；読み出しゲートが形成される。第１図において
は、１層目のポリシリコンを用いて１つの読み出し電極
に対して、２つの読み出しゲートが設けられているが、
読み出し電極は１層目あるいは２層目どちらのポリシリ
コンを利用してもよい。また、従来のＣＣＤを用いた場
合でもＶＣＣＤ方向において隣接する２画素を一括して
１画素と考えても差し支えない。図２以降の素子駆動例
においては、図１の構造によるもので説明をおこなって
いる。
像装置の１例を示す。１００；単位画素には１１０；Ｖ
ＣＣＤにおける４枚の転送電極が対応し、連続する２単
位画素に対応する合計８枚の転送電極に対しては、それ
ぞれ、１０１；φＶ１転送電極、１０２；φＶ２転送電
極、１０３；φＶ３転送電極、１０４；φＶ４転送電
極、１０５；φＶ５転送電極、１０６；φＶ６転送電
極、１０７；φＶ７転送電極、１０８；φＶ８転送電極
の８相の転送クロックが印加される。１０２；φＶ２転
送電極および１０６；φＶ６が印加される電極には、１
０９；読み出しゲートが形成される。第１図において
は、１層目のポリシリコンを用いて１つの読み出し電極
に対して、２つの読み出しゲートが設けられているが、
読み出し電極は１層目あるいは２層目どちらのポリシリ
コンを利用してもよい。また、従来のＣＣＤを用いた場
合でもＶＣＣＤ方向において隣接する２画素を一括して
１画素と考えても差し支えない。図２以降の素子駆動例
においては、図１の構造によるもので説明をおこなって
いる。
【０００９】図２、図３、図４には、図１に於て示した
固体撮像素子を用いて請求項２、３、４に係る実施例を
示す。
固体撮像素子を用いて請求項２、３、４に係る実施例を
示す。
【００１０】図２に、通常のＴＶフレームの２０１；Ａ
−ＦＩＥＬＤおよび２０３；Ｂ−ＦＩＥＬＤにおける２
３２；奇数ライン画素と２３３；偶数ライン画素、それ
ぞれの信号電荷蓄積ならびに読み出し、転送のタイミン
グを示す。
−ＦＩＥＬＤおよび２０３；Ｂ−ＦＩＥＬＤにおける２
３２；奇数ライン画素と２３３；偶数ライン画素、それ
ぞれの信号電荷蓄積ならびに読み出し、転送のタイミン
グを示す。
【００１１】２３２；奇数ライン画素と２３３；偶数ラ
イン画素は、あらかじめ、公知の縦抜き電子シャッター
動作（ＶＯＤ−ｓｗｅｅｐ）により蓄積期間開始のタイ
ミングを一致させておく。
イン画素は、あらかじめ、公知の縦抜き電子シャッター
動作（ＶＯＤ−ｓｗｅｅｐ）により蓄積期間開始のタイ
ミングを一致させておく。
【００１２】２３３；偶数ライン画素は２２４；Ｔ１１
の期間中に入射した信号により２０５；偶数ライン第１
信号電荷を得る。ＶＣＣＤへの読み出し動作は２１０；
ＴAF 1のタイミングで行われる。一方、２３２；奇数ラ
イン画素は２２５；Ｔ１２の期間中に入射した信号によ
り２０６；奇数ライン第１信号電荷を得、ＶＣＣＤへの
読み出し動作は２１１；ＴAF21のタイミングで行われ
る。さらに、２０２；Ｖ−Ｂｌａｎｋ期間において、２
３３；偶数ライン画素は２２７；Ｔ２の期間中に入射し
た信号により２０７；偶数ライン第２信号電荷を得る。
ＶＣＣＤへの読み出し動作は２１２；ＴAS1のタイミン
グで行われる。一方、２３２；奇数ライン画素は２２
７；Ｔ２と同一の蓄積期間に設定された２２８；Ｔ２の
期間中に入射した信号により２０８；奇数ライン第２信
号電荷を得、ＶＣＣＤへの読み出し動作は２１３；Ｔ
AS21のタイミングで行われる。ここで、２０２；Ｖ−Ｂ
ｌａｎｋ期間中において、被写体の高輝度な領域を撮像
するために行う２２７；Ｔ２および２２８；Ｔ２の蓄積
時間の制御は全フィールド期間２２６；ＴFに占める２
２９；ＶＯＤ−ｓｗｅｅｐ期間を調整することにより行
う。
の期間中に入射した信号により２０５；偶数ライン第１
信号電荷を得る。ＶＣＣＤへの読み出し動作は２１０；
ＴAF 1のタイミングで行われる。一方、２３２；奇数ラ
イン画素は２２５；Ｔ１２の期間中に入射した信号によ
り２０６；奇数ライン第１信号電荷を得、ＶＣＣＤへの
読み出し動作は２１１；ＴAF21のタイミングで行われ
る。さらに、２０２；Ｖ−Ｂｌａｎｋ期間において、２
３３；偶数ライン画素は２２７；Ｔ２の期間中に入射し
た信号により２０７；偶数ライン第２信号電荷を得る。
ＶＣＣＤへの読み出し動作は２１２；ＴAS1のタイミン
グで行われる。一方、２３２；奇数ライン画素は２２
７；Ｔ２と同一の蓄積期間に設定された２２８；Ｔ２の
期間中に入射した信号により２０８；奇数ライン第２信
号電荷を得、ＶＣＣＤへの読み出し動作は２１３；Ｔ
AS21のタイミングで行われる。ここで、２０２；Ｖ−Ｂ
ｌａｎｋ期間中において、被写体の高輝度な領域を撮像
するために行う２２７；Ｔ２および２２８；Ｔ２の蓄積
時間の制御は全フィールド期間２２６；ＴFに占める２
２９；ＶＯＤ−ｓｗｅｅｐ期間を調整することにより行
う。
【００１３】２０３；Ｂ−ＦＩＥＬＤに関しても、同様
の操作を行うが、図２に示す様に、２１４；奇数ライン
第１信号電荷の蓄積期間と２１５；偶数ライン第１信号
電荷の蓄積期間を入れ換えても良い。
の操作を行うが、図２に示す様に、２１４；奇数ライン
第１信号電荷の蓄積期間と２１５；偶数ライン第１信号
電荷の蓄積期間を入れ換えても良い。
【００１４】図３、図４に読み出しおよび転送のタイミ
ングを示す。２１０；ＴAF1のタイミングで読み出され
た２４０；信号電荷はＶＣＣＤ内を１画素分転送され、
２１１；ＴAF21のタイミングでは、２４１；信号電荷が
読み出される。図３においては、２１０；ＴAF1のタイ
ミングから２１１；ＴAF21のタイミングまで、２０クロ
ックで行っている。このあと、２１２；ＴAS1のタイミ
ングから２１３；ＴAS2 1のタイミングまでを、２０クロ
ックで揃えることにより、２２７；Ｔ２と２２８；Ｔ２
の蓄積期間を揃える事が可能となる。さらに、２０７；
偶数ライン第２信号電荷に相当する２４２；信号電荷は
２０クロック期間において１画素分転送された後、図３
に示すように、２１２；ＴAS21のタイミングで２０８；
奇数ライン第２信号電荷に相当する２４３；信号電荷を
重畳して読み出すことにより混合され、以降ＶＣＣＤ内
を８相クロックにより転送される。この例においては、
２２７；Ｔ２と２２８；Ｔ２の蓄積期間を２０クロック
としたが、クロック数の限定を受けない事は言うまでも
ない。また、さきに述べたように、２２７；Ｔ２と２２
８；Ｔ２の蓄積期間は２１１；ＴAF21より２１２；Ｔ
AS1までの期間を増減することにより制御され、これに
応じて２２９；ＶＯＤ−ｓｗｅｅｐ期間の増減を行う。
ングを示す。２１０；ＴAF1のタイミングで読み出され
た２４０；信号電荷はＶＣＣＤ内を１画素分転送され、
２１１；ＴAF21のタイミングでは、２４１；信号電荷が
読み出される。図３においては、２１０；ＴAF1のタイ
ミングから２１１；ＴAF21のタイミングまで、２０クロ
ックで行っている。このあと、２１２；ＴAS1のタイミ
ングから２１３；ＴAS2 1のタイミングまでを、２０クロ
ックで揃えることにより、２２７；Ｔ２と２２８；Ｔ２
の蓄積期間を揃える事が可能となる。さらに、２０７；
偶数ライン第２信号電荷に相当する２４２；信号電荷は
２０クロック期間において１画素分転送された後、図３
に示すように、２１２；ＴAS21のタイミングで２０８；
奇数ライン第２信号電荷に相当する２４３；信号電荷を
重畳して読み出すことにより混合され、以降ＶＣＣＤ内
を８相クロックにより転送される。この例においては、
２２７；Ｔ２と２２８；Ｔ２の蓄積期間を２０クロック
としたが、クロック数の限定を受けない事は言うまでも
ない。また、さきに述べたように、２２７；Ｔ２と２２
８；Ｔ２の蓄積期間は２１１；ＴAF21より２１２；Ｔ
AS1までの期間を増減することにより制御され、これに
応じて２２９；ＶＯＤ−ｓｗｅｅｐ期間の増減を行う。
【００１５】図５に、請求項５、６、８に係る実施例を
示す。また、取り扱い入射光量範囲拡大の効果を図６に
示す。
示す。また、取り扱い入射光量範囲拡大の効果を図６に
示す。
【００１６】入射光は、３００；１単位画素光電変換部
において、光電変換され、３０１；電子シャッター時二
画素混合信号電荷、３０２；フィールド信号電荷１、３
０３；フィールド信号電荷２はそれぞれ、３０４；ＨＣ
ＣＤ１、３０５；ＨＣＣＤ２、３０６；ＨＣＣＤ３によ
り転送され、３０７；ＣＤＳ＆クランプ回路を通過した
のち、３０９；信号判断回路により、信号飽和に関する
判定をうけ、３０８；信号選択回路にてその出力を選択
された後、３１０；信号処理回路にて後述する演算処理
を施され、画像信号再生を行う。
において、光電変換され、３０１；電子シャッター時二
画素混合信号電荷、３０２；フィールド信号電荷１、３
０３；フィールド信号電荷２はそれぞれ、３０４；ＨＣ
ＣＤ１、３０５；ＨＣＣＤ２、３０６；ＨＣＣＤ３によ
り転送され、３０７；ＣＤＳ＆クランプ回路を通過した
のち、３０９；信号判断回路により、信号飽和に関する
判定をうけ、３０８；信号選択回路にてその出力を選択
された後、３１０；信号処理回路にて後述する演算処理
を施され、画像信号再生を行う。
【００１７】次に、画像の再生処理方法の一例を示す。
以下の条件式に於て、ＶTは素子の飽和電荷量に対応し
た電圧を示す。
以下の条件式に於て、ＶTは素子の飽和電荷量に対応し
た電圧を示す。
【００１８】まず、Ｔ１１およびＴ１２の蓄積期間にお
ける信号電圧Ｖ（Ｔ１１）、Ｖ（Ｔ１２）が（数１）の
条件が真となる場合、３０８；信号選択回路により、Ｖ
（Ｔ１１）、Ｖ（Ｔ１２）の信号が選択されるが、（数
１）の条件が偽となる場合、３０８；信号選択回路は３
０１；電子シャッター時二画素混合信号電荷を選択し、
３１０；信号処理回路では（数２）の演算により、Ｔ２
の蓄積期間の信号電圧はＶsig（Ｔ２）に換算される。
ここでは、ａは（数３）と定義したが、その他の最適な
値、たとえば、（数４）等を用いても良い。
ける信号電圧Ｖ（Ｔ１１）、Ｖ（Ｔ１２）が（数１）の
条件が真となる場合、３０８；信号選択回路により、Ｖ
（Ｔ１１）、Ｖ（Ｔ１２）の信号が選択されるが、（数
１）の条件が偽となる場合、３０８；信号選択回路は３
０１；電子シャッター時二画素混合信号電荷を選択し、
３１０；信号処理回路では（数２）の演算により、Ｔ２
の蓄積期間の信号電圧はＶsig（Ｔ２）に換算される。
ここでは、ａは（数３）と定義したが、その他の最適な
値、たとえば、（数４）等を用いても良い。
【００１９】
【数１】
【００２０】
【数２】
【００２１】
【数３】
【００２２】
【数４】
【００２３】提案例による入射光量範囲の拡大に関し、
図６を用いて説明する。従来ＣＣＤにおける２画素混合
による読み出しおよび転送動作により得られる出力信号
電荷量は３２０；従来二画素混合型飽和電荷量として示
している。第２（ａ）図における２２４；Ｔ１１および
２２５；Ｔ１２の蓄積期間中における信号電荷の飽和電
荷量は、図１に示した１００；１単位画素における転送
電極１枚に対応した値となる為、従来二画素混合型飽和
電荷量の約１／４となるが、輝度信号を作成する場合に
は、２４０；信号電荷と２４１；信号電荷が外部回路に
おいて加算処理されるため、結局、従来二画素混合型飽
和電荷量の約１／２の値となる。この値を、３２１；全
画素独立読み出し時飽和電荷量として示す。
図６を用いて説明する。従来ＣＣＤにおける２画素混合
による読み出しおよび転送動作により得られる出力信号
電荷量は３２０；従来二画素混合型飽和電荷量として示
している。第２（ａ）図における２２４；Ｔ１１および
２２５；Ｔ１２の蓄積期間中における信号電荷の飽和電
荷量は、図１に示した１００；１単位画素における転送
電極１枚に対応した値となる為、従来二画素混合型飽和
電荷量の約１／４となるが、輝度信号を作成する場合に
は、２４０；信号電荷と２４１；信号電荷が外部回路に
おいて加算処理されるため、結局、従来二画素混合型飽
和電荷量の約１／２の値となる。この値を、３２１；全
画素独立読み出し時飽和電荷量として示す。
【００２４】ここで、提案の素子および駆動方法におい
ては、同時に２２７；Ｔ２の蓄積期間における２０７；
偶数ライン第２信号電荷と、２２８；Ｔ２の蓄積期間に
おける２０８；奇数ライン第２信号電荷を混合した信号
電荷も同時に独立して読み出す事が可能なため、３２
２；電子シャッター２画素混合時飽和電荷量を得ること
が可能である。ここで、２２７；Ｔ２ならびに２２８；
Ｔ２の期間は、例えば、１／５００秒から１／２０００
秒まで変化させることが可能なため、図６において、３
２５；ｖａｒｉａｂｌｅで表現したような効果を得るこ
とが可能となる。従って、３２４；従来型取り扱い入射
光量上限よりも、大きな３２３；取り扱い入射光量拡大
範囲を達成可能となる。
ては、同時に２２７；Ｔ２の蓄積期間における２０７；
偶数ライン第２信号電荷と、２２８；Ｔ２の蓄積期間に
おける２０８；奇数ライン第２信号電荷を混合した信号
電荷も同時に独立して読み出す事が可能なため、３２
２；電子シャッター２画素混合時飽和電荷量を得ること
が可能である。ここで、２２７；Ｔ２ならびに２２８；
Ｔ２の期間は、例えば、１／５００秒から１／２０００
秒まで変化させることが可能なため、図６において、３
２５；ｖａｒｉａｂｌｅで表現したような効果を得るこ
とが可能となる。従って、３２４；従来型取り扱い入射
光量上限よりも、大きな３２３；取り扱い入射光量拡大
範囲を達成可能となる。
【００２５】図７、図８、図９には、ＶＯＤ−ｓｗｅｅ
ｐを用いない場合の実施例を示す。図７は、通常のＴＶ
フレームの４０１；Ａ−ＦＩＥＬＤおよび４０３；Ｂ−
ＦＩＥＬＤにおける４３２；奇数ライン画素と４３３；
偶数ライン画素、それぞれの信号電荷蓄積ならびに読み
出し、転送のタイミングを示したものである。
ｐを用いない場合の実施例を示す。図７は、通常のＴＶ
フレームの４０１；Ａ−ＦＩＥＬＤおよび４０３；Ｂ−
ＦＩＥＬＤにおける４３２；奇数ライン画素と４３３；
偶数ライン画素、それぞれの信号電荷蓄積ならびに読み
出し、転送のタイミングを示したものである。
【００２６】この場合、４３２；奇数ライン画素と４３
３；偶数ライン画素の蓄積期間開始のタイミングは互い
に異なる。４３３；偶数ライン画素は４２４；Ｔ１１の
期間中に入射した信号により４０５；偶数ライン第１信
号電荷を得る。ＶＣＣＤへの読み出し動作は４１０；Ｔ
AF1のタイミングで行われる。一方、４３２；奇数ライ
ン画素は４２５；Ｔ１２の期間中に入射した信号により
４０６；奇数ライン第１信号電荷を得、ＶＣＣＤへの読
み出し動作は４１１；ＴAF21のタイミングで行われる。
さらに、４０２；Ｖ−Ｂｌａｎｋ期間において、４３
３；偶数ライン画素は４２７；Ｔ２の期間中に入射した
信号により４０７；偶数ライン第２信号電荷を得る。Ｖ
ＣＣＤへの読み出し動作は４１２；ＴAS1のタイミング
で行われる。一方、４３２；奇数ライン画素は４２７；
Ｔ２と同一の蓄積期間に設定された４２８；Ｔ２の期間
中に入射した信号により４０８；奇数ライン第２信号電
荷を得、ＶＣＣＤへの読み出し動作は４１３；ＴAS21の
タイミングで行われる。ここで、４２４；Ｔ１１と４２
５；Ｔ１２の期間は互いに異なり、さらに、４０１；Ａ
−ＦＩＥＬＤおよび４０３；Ｂ−ＦＩＥＬＤで異なるた
め、同じ蓄積時間を有する４２７；Ｔ２と４２８；Ｔ２
の期間を制御した場合、４フィールド間において色ず
れ、輝度ずれが生じる可能性がある。しかしながら、本
発明においては、画素情報を独立に読み出しているた
め、蓄積期間の比率（数５）を考慮した演算（数６）が
可能となる。したがって、Ｔ１２の蓄積期間に換算した
値Ｖsig’（Ｔ１１）を用いることにより色ずれ、輝度
ずれが生じることはない。
３；偶数ライン画素の蓄積期間開始のタイミングは互い
に異なる。４３３；偶数ライン画素は４２４；Ｔ１１の
期間中に入射した信号により４０５；偶数ライン第１信
号電荷を得る。ＶＣＣＤへの読み出し動作は４１０；Ｔ
AF1のタイミングで行われる。一方、４３２；奇数ライ
ン画素は４２５；Ｔ１２の期間中に入射した信号により
４０６；奇数ライン第１信号電荷を得、ＶＣＣＤへの読
み出し動作は４１１；ＴAF21のタイミングで行われる。
さらに、４０２；Ｖ−Ｂｌａｎｋ期間において、４３
３；偶数ライン画素は４２７；Ｔ２の期間中に入射した
信号により４０７；偶数ライン第２信号電荷を得る。Ｖ
ＣＣＤへの読み出し動作は４１２；ＴAS1のタイミング
で行われる。一方、４３２；奇数ライン画素は４２７；
Ｔ２と同一の蓄積期間に設定された４２８；Ｔ２の期間
中に入射した信号により４０８；奇数ライン第２信号電
荷を得、ＶＣＣＤへの読み出し動作は４１３；ＴAS21の
タイミングで行われる。ここで、４２４；Ｔ１１と４２
５；Ｔ１２の期間は互いに異なり、さらに、４０１；Ａ
−ＦＩＥＬＤおよび４０３；Ｂ−ＦＩＥＬＤで異なるた
め、同じ蓄積時間を有する４２７；Ｔ２と４２８；Ｔ２
の期間を制御した場合、４フィールド間において色ず
れ、輝度ずれが生じる可能性がある。しかしながら、本
発明においては、画素情報を独立に読み出しているた
め、蓄積期間の比率（数５）を考慮した演算（数６）が
可能となる。したがって、Ｔ１２の蓄積期間に換算した
値Ｖsig’（Ｔ１１）を用いることにより色ずれ、輝度
ずれが生じることはない。
【００２７】
【数５】
【００２８】
【数６】
【００２９】図８、図９に読み出し、および転送のタイ
ミングを示す。４１０；ＴAF1のタイミングで読み出さ
れた４４０；信号電荷はＶＣＣＤ内を１画素分転送さ
れ、４１１；ＴAF21のタイミングでは、４４１；信号電
荷が読み出される。図３においては、４１０；ＴAF1の
タイミングから４１１；ＴAF21のタイミングまで、２０
クロックで行っている。このあと、４１２；ＴAS1のタ
イミングから４１３；ＴA S21のタイミングまでを、２０
クロックで揃えることにより、４２７；Ｔ２と４２８；
Ｔ２の蓄積期間を揃える事が可能となる。さらに、４０
７；偶数ライン第２信号電荷に相当する４４２；信号電
荷は２０クロック期間において１画素分転送された後、
図３に示すように、４１２；ＴAS21のタイミングで４０
８；奇数ライン第２信号電荷に相当する４４３；信号電
荷を重畳して読み出すことにより混合され、以降ＶＣＣ
Ｄ内を８相クロックにより転送される。この例において
は、４２７；Ｔ２と４２８；Ｔ２の蓄積期間を２０クロ
ックとしたが、クロック数の限定を受けない事は言うま
でもない。
ミングを示す。４１０；ＴAF1のタイミングで読み出さ
れた４４０；信号電荷はＶＣＣＤ内を１画素分転送さ
れ、４１１；ＴAF21のタイミングでは、４４１；信号電
荷が読み出される。図３においては、４１０；ＴAF1の
タイミングから４１１；ＴAF21のタイミングまで、２０
クロックで行っている。このあと、４１２；ＴAS1のタ
イミングから４１３；ＴA S21のタイミングまでを、２０
クロックで揃えることにより、４２７；Ｔ２と４２８；
Ｔ２の蓄積期間を揃える事が可能となる。さらに、４０
７；偶数ライン第２信号電荷に相当する４４２；信号電
荷は２０クロック期間において１画素分転送された後、
図３に示すように、４１２；ＴAS21のタイミングで４０
８；奇数ライン第２信号電荷に相当する４４３；信号電
荷を重畳して読み出すことにより混合され、以降ＶＣＣ
Ｄ内を８相クロックにより転送される。この例において
は、４２７；Ｔ２と４２８；Ｔ２の蓄積期間を２０クロ
ックとしたが、クロック数の限定を受けない事は言うま
でもない。
【００３０】図１０は、図７に示した４１４；奇数ライ
ン第１信号電荷の蓄積期間と４１５；偶数ライン第１信
号電荷の蓄積期間を入れ換えた場合を示す。ここで、５
０５；偶数ライン第１信号電荷は５２４；Ｔ１１の期間
中に入射した信号により得られた信号電荷であり、ＶＣ
ＣＤへの読み出しは、５１０；ＴAF1のタイミングで行
われる。５０６；奇数ライン第１信号電荷は５２５；Ｔ
１２の期間中に入射した信号により得られた信号電荷で
あり、ＶＣＣＤへの読み出しは、５１１；ＴAF 2のタイ
ミングで行われる。５０７；偶数ライン第２信号電荷は
５２７；Ｔ２の期間中に入射した信号により得られた信
号電荷であり、ＶＣＣＤへの読み出しは、５１２；Ｔ
AS1のタイミングで行われる。５０８；奇数ライン第２
信号電荷は５２８；Ｔ２の期間中に入射した信号により
得られた信号電荷であり、ＶＣＣＤへの読み出しは、５
１３；ＴAS2のタイミングで行われる。
ン第１信号電荷の蓄積期間と４１５；偶数ライン第１信
号電荷の蓄積期間を入れ換えた場合を示す。ここで、５
０５；偶数ライン第１信号電荷は５２４；Ｔ１１の期間
中に入射した信号により得られた信号電荷であり、ＶＣ
ＣＤへの読み出しは、５１０；ＴAF1のタイミングで行
われる。５０６；奇数ライン第１信号電荷は５２５；Ｔ
１２の期間中に入射した信号により得られた信号電荷で
あり、ＶＣＣＤへの読み出しは、５１１；ＴAF 2のタイ
ミングで行われる。５０７；偶数ライン第２信号電荷は
５２７；Ｔ２の期間中に入射した信号により得られた信
号電荷であり、ＶＣＣＤへの読み出しは、５１２；Ｔ
AS1のタイミングで行われる。５０８；奇数ライン第２
信号電荷は５２８；Ｔ２の期間中に入射した信号により
得られた信号電荷であり、ＶＣＣＤへの読み出しは、５
１３；ＴAS2のタイミングで行われる。
【００３１】本発明では、５２４；Ｔ１１、５２５；Ｔ
１２の期間は同一の長さに設定することが可能なため、
（数６）の換算は不要である。
１２の期間は同一の長さに設定することが可能なため、
（数６）の換算は不要である。
【００３２】
【発明の効果】以上のように、本発明に於ては、外部の
フィールドメモリあるいはフレームメモリを用いる事な
く、入射光量取扱範囲を高照度側へ拡大する事が可能で
あることを特徴とする固体撮像装置およびその駆動方法
に関するものである。
フィールドメモリあるいはフレームメモリを用いる事な
く、入射光量取扱範囲を高照度側へ拡大する事が可能で
あることを特徴とする固体撮像装置およびその駆動方法
に関するものである。
【図１】本発明の固体撮像装置を示す図
【図２】本発明の第１の駆動方法の説明図
【図３】本発明の第１の駆動実施例のＡフィールドを示
す図
す図
【図４】本発明の第１の駆動実施例のＢフィールドを示
す図
す図
【図５】本発明の第１の固体撮像装置の１例を示す図
【図６】本発明の第１の実施例の効果の説明図
【図７】本発明の第２の駆動方法の説明図
【図８】本発明の第２の駆動実施例のＡフィールド
【図９】本発明の第２の駆動実施例のＢフィールド
【図１０】本発明の第３の駆動方法の説明図
１００；１単位画素 １０１；φＶ１転送電極 １０２；φＶ２転送電極 １０３；φＶ３転送電極 １０４；φＶ４転送電極 １０５；φＶ５転送電極 １０６；φＶ６転送電極 １０７；φＶ７転送電極 １０８；φＶ８転送電極 １０９；読み出しゲート １１０；ＶＣＣＤ ２０１、４０１、５０１；Ａ−ＦＩＥＬＤ ２０２、２０４、４０２、４０４、５０２、５０４；Ｖ
−Ｂｌａｎｋ ２０３、４０３、５０３；Ｂ−ＦＩＥＬＤ ２０５、２１５、４０５、４１５、５０５、５１４；偶
数ライン第１信号電荷 ２０６、２１４、４０６、４１４、５０６、５１５；奇
数ライン第１信号電荷 ２０７、２１７、４０７、４１７、５０７、５１６；偶
数ライン第２信号電荷 ２０８、２１８、４０８、４１６、５０８、５１７；奇
数ライン第２信号電荷 ２０９、２１８、４０９、４１８、５０９、５１８；Ｖ
ＣＣＤ転送期間 ２１０、４１０、５１０；ＴAF1 ２１１、４１１、５１１；ＴAF21 ２１２、４１２、５１２；ＴAS1 ２１３、４１３、５１３；ＴAS21 ２１９、４１９、５１９；ＴBF1 ２２０、４２０、５２０；ＴBF21 ２２１、４２１、５２１；ＴBS1 ２２２、４２２、５２２；ＴBS21 ２２３、２２９；ＶＯＤ−ｓｗｅｅｐ ２２４、４２４、５２４；Ｔ１１ ２２５、４２５、５２５；Ｔ１２ ２２６、４２６、５２６；ＴF ２２７、２２８、４２７、４２８、５２７、５２８；Ｔ
２ ２３２；奇数ライン画素 ２３３；偶数ライン画素 ２４０、２４１、２４２、２４３、２５０、２５１、２
５２、２５３；信号電荷 ３００；１単位画素光電変換部 ３０１；電子シャッター時二画素混合信号電荷 ３０２；フィールド信号電荷１ ３０３；フィールド信号電荷２ ３０４；ＨＣＣＤ１ ３０５；ＨＣＣＤ２ ３０６；ＨＣＣＤ３ ３０７；ＣＤＳ＆クランプ回路 ３０８；信号選択回路 ３０９；信号判断回路 ３１０；信号処理回路 ３２０；従来二画素混合型飽和電荷量 ３２１；全画素独立読み出し時飽和電荷量 ３２２；電子シャッター２画素混合時飽和電荷量 ３２３；取り扱い入射光量拡大範囲 ３２４；従来型取り扱い入射光量上限 ３２５；ｖａｒｉａｂｌｅ
−Ｂｌａｎｋ ２０３、４０３、５０３；Ｂ−ＦＩＥＬＤ ２０５、２１５、４０５、４１５、５０５、５１４；偶
数ライン第１信号電荷 ２０６、２１４、４０６、４１４、５０６、５１５；奇
数ライン第１信号電荷 ２０７、２１７、４０７、４１７、５０７、５１６；偶
数ライン第２信号電荷 ２０８、２１８、４０８、４１６、５０８、５１７；奇
数ライン第２信号電荷 ２０９、２１８、４０９、４１８、５０９、５１８；Ｖ
ＣＣＤ転送期間 ２１０、４１０、５１０；ＴAF1 ２１１、４１１、５１１；ＴAF21 ２１２、４１２、５１２；ＴAS1 ２１３、４１３、５１３；ＴAS21 ２１９、４１９、５１９；ＴBF1 ２２０、４２０、５２０；ＴBF21 ２２１、４２１、５２１；ＴBS1 ２２２、４２２、５２２；ＴBS21 ２２３、２２９；ＶＯＤ−ｓｗｅｅｐ ２２４、４２４、５２４；Ｔ１１ ２２５、４２５、５２５；Ｔ１２ ２２６、４２６、５２６；ＴF ２２７、２２８、４２７、４２８、５２７、５２８；Ｔ
２ ２３２；奇数ライン画素 ２３３；偶数ライン画素 ２４０、２４１、２４２、２４３、２５０、２５１、２
５２、２５３；信号電荷 ３００；１単位画素光電変換部 ３０１；電子シャッター時二画素混合信号電荷 ３０２；フィールド信号電荷１ ３０３；フィールド信号電荷２ ３０４；ＨＣＣＤ１ ３０５；ＨＣＣＤ２ ３０６；ＨＣＣＤ３ ３０７；ＣＤＳ＆クランプ回路 ３０８；信号選択回路 ３０９；信号判断回路 ３１０；信号処理回路 ３２０；従来二画素混合型飽和電荷量 ３２１；全画素独立読み出し時飽和電荷量 ３２２；電子シャッター２画素混合時飽和電荷量 ３２３；取り扱い入射光量拡大範囲 ３２４；従来型取り扱い入射光量上限 ３２５；ｖａｒｉａｂｌｅ
Claims (8)
- 【請求項１】１単位の画素が入射信号変換部とＣＣＤ電
荷転送手段から構成され、前記入射信号変換部において
光に代表される各種信号を受けるための開口領域が少な
くとも１箇所以上設けられており、前記入射信号変換部
はＸ−Ｙの２次元アレイ状に配列され、Ｙ方向におい
て、前記入射信号変換部に隣接して設けられた前記ＣＣ
Ｄ電荷転送手段の転送電極は１単位の前記画素に対して
４枚から構成され、前記Ｙ方向に連続する２単位の前記
画素に対しては合計８枚の前記転送電極が設けられ、前
記８枚の前記転送電極は、８相の駆動パルスにより駆動
される事を特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項２】映像信号のフィールドあるいはフレーム等
に代表される一定の信号電荷蓄積期間おいて、Ｙ方向に
連続する２単位画素を構成する第１および第２の画素の
うち、前記第１の画素に対しては、第１Ａと前記第１Ａ
よりも時間的には少なくとも短い第２Ａの信号電荷蓄積
期間を設定し、前記第２の画素に対しては、第１Ｂおよ
び前記第１Ｂよりも時間的には少なくとも短い第２Ｂの
信号電荷蓄積期間を設定し、さらに、前記第２Ａと前記
第２Ｂの信号蓄積期間の開始時間が同時あるいは互いに
異なった場合においても、前記第２Ａと前記第２Ｂの信
号電荷蓄積期間を揃える事を特徴とした固体撮像装置の
駆動方法。 - 【請求項３】映像信号のフィールドあるいはフレーム等
に代表される一定の信号電荷蓄積期間おいて、縦型オー
バーフロー−ドレインを用いた電子シャッター動作を行
うことにより、前記第２Ａと前記第２Ｂの信号蓄積期間
の時間制御を行う事を特徴とした請求項２記載の固体撮
像装置の駆動方法。 - 【請求項４】ＣＣＤ電荷転送手段において、第１Ａの信
号電荷蓄積期間において得られた第１Ａの信号電荷、第
２Ａの信号電荷蓄積期間において得られた第２Ａの信号
電荷、第１Ｂの信号電荷蓄積期間において得られた第１
Ｂの信号電荷、第２Ｂの信号電荷蓄積期間において得ら
れた第２Ｂの信号電荷のうち、前記第２Ａの信号電荷お
よび前記第２Ｂの信号電荷は互いに混合する事により第
２ＡＢの信号電荷として読み出し、前記第１Ａ、前記第
１Ｂ、前記第２ＡＢの３つの信号電荷は互いに独立に読
み出す事を特徴とした２または３記載の固体撮像装置の
駆動方法。 - 【請求項５】駆動に必要な８相の駆動パルスを発生する
ためのパルス発生回路のすくなくとも一部をオンチップ
上に組み込むことを特徴とした請求項１記載の固体撮像
装置。 - 【請求項６】第２ＡＢの信号電荷は第１のＨＣＣＤ、第
１Ａの信号電荷は第２のＨＣＣＤ、第１Ｂの信号電荷は
第３のＨＣＣＤを用いて、同一水平走査期間中に外部信
号処理回路に読み出す事を特徴として少なくとも３チャ
ンネルのＨＣＣＤを設けた請求項１記載の固体撮像装
置。 - 【請求項７】第２ＡＢの信号電荷は第１のＨＣＣＤ、第
１Ａの信号電荷と第１Ｂの信号電荷を第２のＨＣＣＤを
用いて、同一水平走査期間中に外部信号処理回路に読み
出す事を特徴として少なくとも２チャンネル以上のＨＣ
ＣＤを設けた請求項１記載の固体撮像装置。 - 【請求項８】ＨＣＣＤの各出力端に対して設けられた信
号選択回路と、前記各出力端に対して並列かつ個別に、
あるいは一括して設けられた前記信号選択回路を制御す
るための信号判断回路を備えることを特徴とした請求項
１、５、６、７のいずれかに記載の固体撮像装置。
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05145887A JP3088591B2 (ja) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | 固体撮像装置および駆動方法 |
| KR1019940013262A KR100301886B1 (ko) | 1993-06-17 | 1994-06-13 | 고체촬상장치및그구동방법 |
| EP94109186A EP0630151B1 (en) | 1993-06-17 | 1994-06-15 | Driving method for a solid state image pickup device |
| DE69429596T DE69429596T2 (de) | 1993-06-17 | 1994-06-15 | Ansteuermethode für einen Festkörperbildaufnehmer |
| CN94106039A CN1061503C (zh) | 1993-06-17 | 1994-06-17 | 固体摄像装置及其应用两种场/帧周期的驱动方法 |
| US08/918,424 US6392700B1 (en) | 1993-06-17 | 1997-08-26 | Solid state image pickup device and its driving method using two different periods in a field or frame |
| US08/935,623 US6122008A (en) | 1993-06-17 | 1997-09-23 | Solid state image pickup device and its driving method using two different periods in a field or frame |
| CNB001012002A CN1152558C (zh) | 1993-06-17 | 2000-01-26 | 固体摄像装置及其应用两种场/帧周期的驱动方法 |
| US10/044,258 US6967684B2 (en) | 1993-06-17 | 2002-01-10 | Solid state image pickup device and its driving method using two different periods |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05145887A JP3088591B2 (ja) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | 固体撮像装置および駆動方法 |
Related Child Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP10117143A Division JP2996947B2 (ja) | 1998-04-27 | 1998-04-27 | 撮像装置及び撮像方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0715672A true JPH0715672A (ja) | 1995-01-17 |
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