JPH08223487A

JPH08223487A - 固体撮像素子の駆動方法

Info

Publication number: JPH08223487A
Application number: JP7027075A
Authority: JP
Inventors: Yasutoshi Yamamoto; 靖利山本; Masayuki Yoneyama; 匡幸米山; Shogo Sasaki; 省吾佐々木; Yukihiro Tanizoe; 幸広谷添
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-02-15
Filing date: 1995-02-15
Publication date: 1996-08-30

Abstract

(57)【要約】【目的】従来に比べて大幅にダイナミックレンジの拡
大された出力信号を得る固体撮像素子の駆動方法を提供
する。【構成】インターライン型の固体撮像素子に対して、
垂直ブランキング期間内に、低い電圧Ｈｉ１で光電変換
部の電荷の一部を読み出す第１の読み出し動作を行い、
次にこの第１の読み出し動作で読み出された電荷を排出
する掃き出し動作を行い、さらに第１の読み出し動作時
よりも高い電圧Ｈｉ２で光電変換部の電荷を読み出す第
２の読み出し動作を順次行う。【効果】第１の読み出し動作でクリップされた電荷
に、短時間露光による電荷が重畳されるので、出力信号
はニー特性を持つようになり、大幅にダイナミックレン
ジの拡大された出力信号を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ビデオカメラなどに用
いられる固体撮像素子の駆動方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、固体撮像素子の性能の向上は目ざ
ましく、家庭用のビデオカメラなどに広く用いられてい
る。

【０００３】以下、従来の固体撮像素子の駆動方法につ
いて図面を参照しながら説明する。従来の固体撮像素子
の駆動方法としては、例えば特開平２−８７６８５号公
報に記載の技術があげられる。この従来の固体撮像素子
の駆動方法では、２次元状に配置された光電変換部と、
前記光電変換部より読み出した電荷を垂直方向に転送可
能な垂直電荷転送部とを有し、１画面分の画像を撮像す
る期間内に複数回の読み出し動作を行い、垂直電荷転送
部において、読み出した電荷を加算し出力している。

【０００４】ここで、読み出し回数を２回とし、１回目
の読み出し動作で読み出される電荷Ｑ１の蓄積時間ｔ１
と、２回目の読み出し動作で読み出される電荷Ｑ２の蓄
積時間ｔ２とを異ならせた場合を考える。（図１３）は
従来の固体撮像素子の光電変換特性を表すグラフであ
る。（図１３）において横軸は光強度、縦軸は出力電荷
量である。１回目の読み出し動作で読み出される電荷Ｑ
１の光電変換特性を実線で、２回目の読み出し動作で読
み出される電荷Ｑ２の光電変換特性を破線で、加算後の
電荷Ｑ３の光電変換特性を一点鎖線で示す。１回目の読
み出し動作で読み出される電荷Ｑ１は光強度Ａで光電変
換部が飽和し、２回目の読み出し動作で読み出される電
荷Ｑ２は光強度Ｃで光電変換部が飽和する。２回目の読
み出し動作で読み出される電荷Ｑ２はダイナミックレン
ジが広いが、低照度時は信号量が小さいためにＳＮ比が
低い。１回目の読み出し動作で読み出される電荷Ｑ１は
ダイナミックレンジは狭いが、信号量が大きいためにＳ
Ｎ比が高い。加算後の電荷Ｑ３は低照度時のＳＮ比が高
く、ダイナミックレンジも広くなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成では、垂直電荷転送部において読み出した電
荷を加算し出力しているが、画素ごとに光電変換部の飽
和レベルにばらつきがあり、（図１３）のＱ３における
光電変換特性の編曲点であるニーポイントが画素ごとに
ばらついてしまう。これは映像では高輝度部の固定パタ
ーンノイズとなり、画質が著しく劣化するという問題が
生じる。

【０００６】また、分光特性の異なる色フィルタを配置
して単一の固体撮像素子でカラー化を行うことを考えた
場合、光電変換部でニー特性を持つために色分離ができ
ないという問題がある。

【０００７】本発明はこのような問題点を解決し、従来
に比べて大幅にダイナミックレンジの拡大された出力信
号を得ることが可能な固体撮像素子の駆動方法を提供す
ることを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、２次元状に配置された光電変換部と、前記
光電変換部より読み出した電荷を垂直方向に転送する垂
直電荷転送部とを有する固体撮像素子を駆動する際に、
１画面分の画像を撮像する期間内に異なる読み出し電圧
での読み出し動作を複数回行い、前記複数回の読み出し
動作のうち最後の読み出し動作の前に、前記垂直電荷転
送部の電荷を排出する掃き出し動作を行うことを特徴と
するものである。

【０００９】また、本発明は、２次元状に配置された光
電変換部と、前記光電変換部より読み出した電荷を垂直
方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部
により転送された電荷を１画面分蓄積する電荷蓄積部と
を有する固体撮像素子を駆動する際に、１画面分の画像
を撮像する期間内に異なる読み出し電圧での読み出し動
作を複数回行い、前記複数回の読み出し動作のうち最後
の読み出し動作の前に、垂直電荷転送部の電荷を排出す
る掃き出し動作を行うことを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】本発明は、上記の駆動方法により、１画面分の
画像を撮像する期間内に異なる読み出し電圧での読み出
し動作を複数回行い、前記複数回の読み出し動作のうち
最後の読み出し動作の前に、垂直電荷転送部の電荷を排
出する掃き出し動作を行うことにより、固定パターンノ
イズが発生することなくダイナミックレンジを拡大する
ことができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例における固体撮
像素子の駆動方法について、図面を参照しながら説明す
る。

【００１２】本実施例の目的は、固体撮像素子において
１画面分の画像を撮像する期間内に異なる読み出し電圧
での読み出し動作を複数回行い、前記複数回の読み出し
動作のうち最後の読み出し動作の前に垂直電荷転送部の
電荷を排出する掃き出し動作を行うことにより、光電変
換部の飽和レベルのばらつきによる画質劣化をなくすこ
とである。

【００１３】第１の実施例では、固体撮像素子としてイ
ンターライントランスファ型（ＩＴ型）のものを用い、
複数の読み出し動作は２回とする。

【００１４】（図１）は本発明の第１の実施例における
固体撮像素子の構造を表す構造図である。（図１）にお
いて、１は光電変換部、２は垂直電荷転送部、３は駆動
パルス入力端子、４は水平電荷転送部、５は出力増幅
器、６は出力端子である。

【００１５】固体撮像素子は、１画素の光電変換部１に
対して垂直電荷転送部２は２段の転送ゲート構成になっ
ている。また、光電変換部１は２段で１つの組をなし、
垂直電荷転送部２ａ〜２ｄは４段４相の組をなしてい
る。垂直電荷転送部２ａ〜２ｄの４段の転送ゲートはそ
れぞれ駆動パルス入力端子３ａ〜３ｄと接続されてい
る。

【００１６】（図２）に第１の実施例の駆動パルスのタ
イミング図を示す。（図２）において、φＶ１〜φＶ４
は、それぞれ駆動パルス入力端子３ａ〜３ｄに入力され
る駆動パルスである。φＶ１〜φＶ４のうち、φＶ１で
奇数段、φＶ３で偶数段の光電変換部１の電荷が読み出
される。（図２）で拡大表示している部分はフィールド
期間の１ラインの転送における駆動パルスである。

【００１７】また、（図３）の（ａ）（ｂ）に各々、第
１の読み出し動作と第２の読み出し動作の際の光電変換
部１と垂直電荷転送部２のポテンシャル図を示す。

【００１８】光の入射により、光電変換部１では光電変
換によって電荷が蓄積される。蓄積された電荷は、テレ
ビ方式の垂直ブランキング時に第１の読み出し動作によ
り駆動パルス入力端子３ａ，３ｃに”Ｈｉ１”の電圧が
加えられ、転送ゲート２ａ，２ｃを通じて光電変換部１
の電荷Ｑ１のうち、基準電荷Ｑｔｈ以上の信号が垂直電
荷転送部２に読み出される。基準電荷Ｑｔｈは第１の読
み出し動作の読み出し電圧”Ｈｉ１”で設定される。第
１の読み出し動作終了後掃き出し動作により、第１の読
み出し動作で読み出された垂直電荷転送部２の電荷はす
べて水平電荷転送部４に掃き出され、垂直電荷転送部２
の電荷はゼロになる。

【００１９】次に第１の読み出し動作を行ったのと同じ
垂直ブランキング期間内に第２の読み出し動作により、
駆動パルス入力端子３ａ，３ｃに”Ｈｉ２”の電圧が加
えられ、転送ゲート２ａ，２ｃを通じて光電変換部１よ
り垂直電荷転送部２に電荷Ｑ２が読み出される。第２の
読み出し動作による電荷Ｑ２の最大値Ｑｓａｔは第２の
読み出し電圧”Ｈｉ２”で設定される。

【００２０】垂直電荷転送部２に読み出された第２の読
み出し動作による電荷Ｑ２は、垂直電荷転送部２内で上
下の２画素分がそれぞれ混合されて、次のフィールド期
間に順次水平電荷転送部４にそれぞれ転送されて、出力
増幅器５、出力端子６より出力信号Ｓとして出力され
る。

【００２１】（図２）に第１の実施例の読み出しパルス
のタイミングと光電変換部１における蓄積電荷の関係を
表すグラフを示す。（図２）のグラフにおいて、横軸は
時間、縦軸は蓄積電荷量である。（図２）ではＡ，Ｂ，
Ｃの３種類の光強度における様子を、それぞれ実線、破
線、一点鎖線で示している。

【００２２】第２の読み出し動作により読み出される電
荷Ｑ２と光強度の関係を表す光電変換特性図を（図４）
に実線で示す。破線は通常の光電変換特性である。（図
４）において、横軸は光強度、縦軸は出力電荷である。
本発明の固体撮像素子の駆動方法により、光電変換特性
は光強度Ａで光電変換の傾きが変化するニーポイントを
持ち、光強度Ｃまで光電変換可能となる。この時のニー
ポイントレベルＱthは第１の読み出し電圧”Ｈｉ１”と
第２の読み出し電圧”Ｈｉ２”で決まり、基板電圧と読
み出し電圧との差で決まる従来方式に比べると、画素ご
とのばらつきは小さい。

【００２３】以上のように、第１の実施例によれば、固
体撮像素子において１画面分の画像を撮像する期間内に
異なる読み出し電圧での読み出し動作を複数回行い、前
記複数回の読み出し動作のうち最後の読み出し動作の前
に垂直電荷転送部の電荷を排出する掃き出し動作を行う
ことにより、光電変換部の飽和レベルのばらつきによる
画質劣化をなくすことができる。

【００２４】なお、本実施例では、第１の読み出し動作
及び第２の読み出し動作を垂直ブランキング期間内に行
っているが、第１の読み出し動作を有効走査期間内に行
うことも可能である。ただし、この場合は読み出し動作
を有効走査期間内に行うために、電荷蓄積部を持たない
インターライントランスファ型固体撮像素子では実現で
きず、電荷蓄積部を伴うフレームインタライントランス
ファ型の固体撮像素子あるいは外部のフレームメモリを
必要とする。また、本実施例によれば、複数回の読み出
し動作を垂直ブランキング期間内に行うことにより、固
体撮像素子の構造を単純にし、フレームメモリを不要と
することができる。

【００２５】以下、本発明の第２の実施例における固体
撮像素子の駆動方法について図面を参照しながら説明す
る。

【００２６】本実施例の目的は、分光特性の異なる色フ
ィルタを前記光電変換部上に配置し、最後の読み出し動
作で読み出した電荷をそれぞれ独立に転送することによ
り、単一の固体撮像素子でダイナミックレンジの拡大さ
れたカラー信号を得ることである。

【００２７】第２の実施例でも複数の読み出し動作は２
回とする。（図５）は本発明の第２の実施例における固
体撮像素子の構造を表す構造図である。（図５）におい
て、光電変換部１上にマゼンタ（Ｍｇ）、グリーン
（Ｇ）、イェロー（Ｙｅ）、シアン（Ｃｙ）の４種類の
分光特性の異なる色フィルタが配置されている。

【００２８】固体撮像素子は、１画素の光電変換部１に
対して垂直電荷転送部２は３段の転送ゲート構成になっ
ている。また、光電変換部１は２段で１つの組をなし、
垂直電荷転送部２ａ〜２ｆは６段６相の組をなしてい
る。垂直電荷転送部２ａ〜２ｆの６段の転送ゲートは、
それぞれ駆動パルス入力端子３ａ〜３ｆと接続されてい
る。このような構成とすることにより、光電変換部１よ
り読み出された電荷を垂直電荷転送部２によりそれぞれ
独立に転送することができる。

【００２９】（図６）に第２の実施例の駆動パルスのタ
イミング図を示す。（図６）において、φＶ１〜φＶ６
は、それぞれ駆動パルス入力端子３ａ〜３ｆに入力され
る駆動パルスである。φＶ１〜φＶ６のうち、φＶ２で
奇数段、φＶ５で偶数段の光電変換部１の電荷が読み出
される。

【００３０】読み出し動作に関しては第１の実施例に準
ずるのでここでは省略する。垂直電荷転送部２に読み出
された第２の読み出しによる各画素の電荷Ｑ２は、それ
ぞれ独立に、次のフィールド期間に順次水平電荷転送部
４ａおよび４ｂにそれぞれ転送されて、出力増幅器５、
出力端子６より出力信号Ｓ１、Ｓ２として出力される。

【００３１】次に第２の実施例の信号処理について説明
する。（図７）は第２の実施例における固体撮像素子の
駆動方法の信号処理ブロック図である。（図７）におい
て、１１は固体撮像素子（ＣＣＤ）、１２は信号処理回
路、１３は出力端子、１５は駆動パルス発生回路、１６
は固体撮像素子１１の駆動回路、１８はデニー回路であ
る。

【００３２】駆動パルス発生回路１５において発生され
た、（図６）に示したパルスを含む駆動パルスは、駆動
回路１６によって駆動電圧が制御されて、固体撮像素子
１１に加えられる。固体撮像素子１１より出力された出
力信号Ｓ１、Ｓ２は、デニー回路１８に入力される。固
体撮像素子１１からは、本発明の駆動方法により（図
４）に示したような傾きが途中で変化するいわゆるニー
特性を持った光電変換特性の信号が出力されるが、デニ
ー回路１８ではこのニー特性を補正し、傾きが一定のリ
ニアな特性になるように入力信号を変換して出力する。
信号処理回路１２ではデニー回路１８の出力信号Ｓ
１’、Ｓ２’を入力し、色分離等の信号処理を施して、
カラー化された信号を出力端子１３より出力する。

【００３３】なお、第１の実施例では、各画素の信号を
上下２画素分加算する画素混合を行って出力していた
が、ニー特性を持った信号を出力してダイナミックレン
ジを拡大するような方式において色フィルタを配置した
場合には、画素混合する２画素の分光特性が異なるため
に、被写体の色によって２つのニーポイントが変動する
ために被写体の色を特定することができず、色分離がで
きない。

【００３４】以上のように、第２の実施例によれば、各
画素の信号を独立に出力しているために、ニー特性を持
った出力信号を回路などでリニアな特性に戻すことなど
により、正確に色分離が行える。

【００３５】以下、本発明の第３の実施例における固体
撮像素子及び固体撮像素子の信号処理回路について、図
面を参照しながら説明する。

【００３６】本実施例の目的は、複数回の読み出し動作
を行う際の露光時間を１画面分の出力信号レベルの変化
に応じて変化させることにより、拡大するダイナミック
レンジの量を調整しようというものである。

【００３７】（図８）は本発明の第３の実施例における
固体撮像素子の構造を表す構造図である。（図８）は
（図１）の構成に対して、電荷蓄積部７が付加されたい
わゆるフレームインターライントランスファ（ＦＩＴ）
型構造である。電荷蓄積部７ａ〜７ｄの４段の転送ゲー
トは、それぞれ駆動パルス入力端子３ｅ〜３ｈと接続さ
れている。

【００３８】（図９）に第３の実施例における固体撮像
素子の駆動波形図を示す。（図９）において、φＶ１〜
φＶ８は、それぞれ駆動パルス入力端子３ａ〜３ｈに入
力される駆動パルスである。

【００３９】光電変換部１で光電変換により蓄積された
電荷は、蓄積開始後ｔ１の期間の後に、第１の読み出し
動作により光電変換部１の電荷Ｑ１のうち、基準電荷Ｑ
ｔｈ以上の信号が垂直電荷転送部２に読み出される。第
１の読み出し動作終了後、垂直ブランキング期間に掃き
出し動作によって、第１の読み出し動作で読み出された
垂直電荷転送部２の電荷はすべて電荷蓄積部７を通して
水平電荷転送部４に掃き出され、垂直電荷転送部２の電
荷はゼロになる。

【００４０】次に、同じ垂直ブランキング期間内の第１
の読み出し動作からｔ２の期間の後に第２の読み出し動
作により、光電変換部１より垂直電荷転送部２に電荷Ｑ
２が読み出される。

【００４１】垂直電荷転送部２に読み出された、第２の
読み出し動作による電荷Ｑ２は、垂直電荷転送部２内で
上下の２画素分がそれぞれ混合されて、高速転送により
電荷蓄積部７に転送され、次のフィールド期間に順次水
平電荷転送部４にそれぞれ転送されて、出力増幅器５、
出力端子６より出力信号Ｓとして出力される。

【００４２】本実施例では、電荷蓄積部を持つＦＩＴ型
の固体撮像素子を用いることにより、第１の読み出し動
作による電荷と第２の読み出し動作による電荷とを混合
することなしに読み出すことができるため、垂直ブラン
キング期間以外でも第１の読み出し動作を行うことがで
きる。

【００４３】ここで、光電変換部１の飽和電荷量をＱｓ
ａｔ、第１の読み出し動作により取り残される電荷をＱ
ｔｈ、ニーポイントにおける光量をＡ、完全に飽和する
ときの光量をＣとすると、Ｃ／Ａで表されるダイナミッ
クレンジは、Ｃ／Ａ＝（Ｑｓａｔ−Ｑｔｈ）／Ｑｔｈ×
（ｔ１／ｔ２）で与えられる。すなわち、Ｑｓａｔ、Ｑ
ｔｈを一定にした場合、この固体撮像素子のダイナミッ
クレンジはｔ１とｔ２の比を変更することで調整でき
る。

【００４４】（図１０）に第３の実施例の固体撮像素子
の駆動方法における制御回路の構成図を示す。（図１
０）において、１１は固体撮像素子、１２は信号処理回
路、１３は出力端子、１４は比較回路、１５は駆動パル
ス発生回路、１６は固体撮像素子の駆動回路である。

【００４５】固体撮像素子１１から出力された出力信号
は信号処理回路１２に入力され、信号処理された後に映
像信号として出力端子１３から出力される。また、比較
回路１４は固体撮像素子１１の出力信号を入力し、その
出力信号量を固体撮像素子１１の飽和電荷量Ｑｓａｔに
対応する信号量Ｖｓａｔと比較して、１フィールド期間
内に飽和信号量Ｖｓａｔを検出した場合、垂直ブランキ
ング期間に検出信号を駆動パルス発生回路１５に送り、
飽和信号量を検出しなかった場合には検出信号を送らな
い。そして、垂直ブランキング期間終了時に比較回路１
４はリセットされ、次のフィールドの始まりと同時に比
較処理が始まる。駆動パルス発生回路１５では比較回路
１４から検出信号を受けた場合、すなわち被写体の最大
輝度が現在のダイナミックレンジに入っていない場合に
第１の読み出し動作までの期間ｔ１を長くし、第２の読
み出し動作までの期間ｔ２を短くすることによってダイ
ナミックレンジを大きくする。また、検出信号を受けな
かった場合は、被写体の最大輝度が現在のダイナミック
レンジに入っているので、第１の読み出し動作までの期
間ｔ１を短くし、第２の読み出し動作までの期間ｔ２を
長くすることによってダイナミックレンジを小さくす
る。固体撮像素子の駆動回路１６は駆動パルス発生回路
１５の信号のを入力し、駆動電圧の調整を行い、固体撮
像素子１１に供給する。

【００４６】以上のように、本実施例によれば、複数回
の読み出し動作を行う際の露光時間を、１画面分の出力
信号レベルの変化に応じて変化させることにより、拡大
するダイナミックレンジの量を調整することができる。

【００４７】以下、本発明の第４の実施例における固体
撮像素子の駆動方法について図面を参照しながら説明す
る。

【００４８】第３の実施例では、出力信号レベルの最大
値に応じて拡大するダイナミックレンジを調整したが、
スポットライトなどの面積は小さいが輝度の高い点光源
が画面内にある場合、ダイナミックレンジを過剰に拡大
しようとして、低輝度部の階調が圧縮された、いわゆる
つぶれた状態になる場合がある。

【００４９】本実施例の目的は、複数回の読み出し動作
を行う際の露光時間を、１画面分の出力信号レベルの変
化、特にその最大レベルの出現頻度に応じて変化させ、
拡大するダイナミックレンジの量を調整することによ
り、過剰なダイナミックレンジの拡大により低輝度部が
つぶれるのを避けようというものである。

【００５０】第４の実施例における固体撮像素子の構造
及び動作は第３の実施例に準じるのでここでは省略す
る。第４の実施例は固体撮像素子の駆動方法における制
御回路に特徴がある。

【００５１】（図１１）に第４の実施例の固体撮像素子
の駆動方法における制御回路の構成図を示す。

【００５２】（図１１）において、１１は固体撮像素
子、１２は信号処理回路、１３は出力端子、１４ａ，１
４ｂは比較回路、１５は駆動パルス発生回路、１６は固
体撮像素子の駆動回路、１７はカウンタである。

【００５３】固体撮像素子１１から出力された出力信号
は信号処理回路１２に入力され、信号処理された後に映
像信号として出力端子１３から出力される。また、第１
の比較回路１４ａは固体撮像素子１１の出力信号を入力
し、固体撮像素子１１の飽和電荷量Ｑｓａｔに対応する
信号量Ｖｓａｔと比較して飽和信号量を検出した場合に
検出信号を出力する。カウンタ１７は第１の比較回路１
４ａの検出信号が検出された回数を１フィールド期間カ
ウントし、その値を垂直ブランキング期間に第２の比較
回路１４ｂに送る。垂直ブランキング期間の終了と同時
にカウンタ１７の値はリセットされ、次のフィールドの
始まりと同時にカウントが始められる。

【００５４】カウンタ１７から出力されるカウント数
は、１画面内に飽和電荷量を与える画素がどの程度ある
かを表し、これは画面内における飽和画素の面積比を意
味する。

【００５５】第２の比較回路１４ｂでは、カウンタ１７
から入力した信号値が所定の回数より大きい場合、すな
わち現在のダイナミックレンジに入っていない被写体の
面積が画面に対して所定の面積を超えた場合に検出信号
を発生する。ここにおける所定の面積とは、たとえば１
画面に対して１／５以下であり、好ましくは１／１０以
下である。信号値が所定の回数より小さい場合は、検出
信号を発生しない。駆動パルス発生回路１５では第２の
比較回路１４ｂから検出信号を受けた場合、第１の読み
出し動作までの期間ｔ１を長くし、第２の読み出し動作
までの期間ｔ２を短くすることによってダイナミックレ
ンジを大きくする。また、検出信号を受けなかった場合
は現在のダイナミックレンジを越える被写体の面積が小
さいので、第１の読み出し動作までの期間ｔ１を短く
し、第２の読み出し動作までの期間ｔ２を長くすること
によってダイナミックレンジを小さくする。

【００５６】以上のように、本実施例によれば、複数回
の読み出し動作を行う際の露光時間を、１画面分の出力
信号レベルの変化、特にその最大レベルの出現頻度に応
じて変化させることにより、拡大するダイナミックレン
ジの量を調整することができる。

【００５７】以下、本発明の第５の実施例における固体
撮像素子の駆動方法について、図面を参照しながら説明
する。

【００５８】本実施例の目的は、複数回の読み出し動作
を行う際の読み出し電圧を１画面分の出力信号レベルの
変化、特にその最大レベルの出現頻度に応じて変化させ
ることにより、拡大するダイナミックレンジの量を調整
しようというものである。

【００５９】第５の実施例における固体撮像素子の構造
及び動作は第１の実施例に準じるのでここでは省略す
る。第５の実施例における固体撮像素子のダイナミック
レンジは、第３の実施例における固体撮像素子のダイナ
ミックレンジと同様に、Ｃ／Ａ＝（Ｑｓａｔ−Ｑｔｈ）
／Ｑｔｈ×（ｔ１／ｔ２）で与えられる。ここで、ｔ
１、ｔ２を一定にした場合、この固体撮像素子のダイナ
ミックレンジはＱｓａｔとＱｔｈの比を変えることで調
整できる。

【００６０】（図１２）に第５の実施例の固体撮像素子
の駆動方法における制御回路の構成図を示す。

【００６１】（図１２）において、１１は固体撮像素
子、１２は信号処理回路、１３は出力端子、１４ａ，１
４ｂは比較回路、１５は駆動パルス発生回路、１６は固
体撮像素子の駆動回路、１７はカウンタである。

【００６２】固体撮像素子１１、信号処理回路１２、第
１の比較回路１４ａ、カウンタ１７、第２の比較回路１
４ｂの動作は第４の実施例に準じるのでここでは省略す
る。

【００６３】駆動回路１６では、第２の比較回路１４ｂ
から検出信号を受けた場合、すなわち現在のダイナミッ
クレンジに入っていない被写体の面積が画面に対して所
定の面積を超えた場合に、第１の読み出し動作における
読み出し電圧”Ｈｉ１”を小さくすることによってダイ
ナミックレンジを大きくする。また、検出信号を受けな
かった場合は、現在のダイナミックレンジを越える被写
体の面積が小さいので、第１の読み出し動作における読
み出し電圧”Ｈｉ１”を大きくすることによってダイナ
ミックレンジを小さくする。

【００６４】以上のように、本実施例によれば、複数回
の読み出し動作を行う際の読み出し電圧を、１画面分の
出力信号レベルの変化、特にその最大レベルの出現頻度
に応じて変化させることにより、拡大するダイナミック
レンジの量を調整することができる。

【００６５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、固体撮
像素子において１画面分の画像を撮像する期間内に異な
る読み出し電圧での読み出し動作を複数回行い、前記複
数回の読み出し動作のうち最後の読み出し動作の前に垂
直電荷転送部の電荷を排出する掃き出し動作を行うこと
により、光電変換部の飽和レベルのばらつきによる画質
劣化をなくすことができる。

【００６６】この際、複数回の読み出し動作を垂直ブラ
ンキング期間内に行うことにより、固体撮像素子の構造
を単純にし、フレームメモリを不要とすることができ
る。

【００６７】また、本発明は、分光特性の異なる色フィ
ルタを光電変換部上に配置し、最後の読み出し動作で読
み出した電荷をそれぞれ独立に転送することにより、単
一の固体撮像素子でダイナミックレンジの拡大されたカ
ラー信号を得ることことができる。

【００６８】また、本発明は、複数回の読み出し動作を
行う際の露光時間を１画面分の出力信号レベルの変化に
応じて変化させることにより、拡大するダイナミックレ
ンジの量を調整することができる。特に、複数回の読み
出し動作を行う際の露光時間を１画面分の出力信号レベ
ルの変化、特にその最大レベルの出現頻度に応じて変化
させることにより、拡大するダイナミックレンジの量を
より適切に調整することができる。

【００６９】さらに、本発明は、複数回の読み出し動作
を行う際の読み出し電圧を１画面分の出力信号レベルの
変化、特にその最大レベルの出現頻度に応じて変化させ
ることにより、拡大するダイナミックレンジの量を調整
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における固体撮像素子の
構造を表す構造図

【図２】本発明の第１の実施例において、読み出しパル
スのタイミングと光電変換部１における蓄積電荷の関係
を表すグラフ

【図３】本発明に係る、第１の読み出し動作と、第２の
読み出し動作の際の光電変換部１と垂直電荷転送部２の
ポテンシャル図

【図４】第１の実施例の第２の読み出し動作により読み
出される電荷Ｑ２と光強度の関係を表す光電変換特性図

【図５】本発明の第２の実施例における固体撮像素子の
構造を表す構造図

【図６】本発明の第２の実施例において、読み出しパル
スのタイミングと光電変換部１における蓄積電荷の関係
を表すグラフ

【図７】本発明の第２の実施例の固体撮像素子の駆動方
法における制御回路の構成図

【図８】本発明の第３の実施例における固体撮像素子の
構造を表す構造図

【図９】本発明の第３の実施例において、読み出しパル
スのタイミングと光電変換部１における蓄積電荷の関係
を表すグラフ

【図１０】本発明の第３の実施例の固体撮像素子の駆動
方法における制御回路の構成図

【図１１】本発明の第４の実施例の固体撮像素子の駆動
方法における制御回路の構成図

【図１２】本発明の第５の実施例の固体撮像素子の駆動
方法における制御回路の構成図

【図１３】従来の固体撮像素子の光電変換特性を表すグ
ラフ

【符号の説明】

１光電変換部２垂直電荷転送部３駆動パルス入力端子４水平電荷転送部５出力増幅器６出力端子７電荷蓄積部１１固体撮像素子１２信号処理回路１３出力端子１４比較回路１５駆動パルス発生回路１６固体撮像素子の駆動回路１７カウンタ１８デニー回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者谷添幸広大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２次元状に配置された光電変換部と、前記
光電変換部より読み出した電荷を垂直方向に転送する垂
直電荷転送部とを有する固体撮像素子を駆動する際に、
１画面分の画像を撮像する期間内に異なる読み出し電圧
での読み出し動作を複数回行い、前記複数回の読み出し
動作のうち最後の読み出し動作の前に、前記垂直電荷転
送部の電荷を排出する掃き出し動作を行うことを特徴と
する固体撮像素子の駆動方法。
【請求項２】固体撮像素子は分光特性の異なる色フィル
タを光電変換部上に配置し、最後の読み出し動作で読み
出した電荷をそれぞれ独立に転送することを特徴とする
請求項１記載の固体撮像素子の駆動方法。
【請求項３】複数回の読み出し動作を行う際の露光時間
を異ならせることを特徴とする請求項１記載の固体撮像
素子の駆動方法。
【請求項４】１画面分の画像を撮像する期間は、テレビ
ジョン方式における１フィールド期間であることを特徴
とする請求項１記載の固体撮像素子の駆動方法。
【請求項５】複数回の読み出し動作はテレビジョン方式
における垂直ブランキング期間内に行うことを特徴とす
る請求項４記載の固体撮像素子の駆動方法。
【請求項６】２次元状に配置された光電変換部と、前記
光電変換部より読み出した電荷を垂直方向に転送する垂
直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部により転送された
電荷を１画面分蓄積する電荷蓄積部とを有する固体撮像
素子を駆動する際に、１画面分の画像を撮像する期間内
に異なる読み出し電圧での読み出し動作を複数回行い、
前記複数回の読み出し動作のうち最後の読み出し動作の
前に、垂直電荷転送部の電荷を排出する掃き出し動作を
行うことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子の駆
動方法。
【請求項７】複数回の読み出し動作を行う際の露光時間
を、１画面分の出力信号レベルの変化に応じて変化させ
ることを特徴とする請求項６記載の固体撮像素子の駆動
方法。
【請求項８】複数回の読み出し動作を行う際の露光時間
を、１画面分の出力信号レベルの最大値に応じて変化さ
せることを特徴とする請求項７記載の固体撮像素子の駆
動方法。
【請求項９】複数回の読み出し動作を行う際の露光時間
を、１画面分の出力信号レベルの最大値の出現頻度に応
じて変化させることを特徴とする請求項７記載の固体撮
像素子の駆動方法。
【請求項１０】複数回の読み出し動作を行う際の読み出
し電圧を、１画面分の出力信号レベルの変化に応じて変
化させることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子
の駆動方法。
【請求項１１】複数回の読み出し動作を行う際の読み出
し電圧を、１画面分の出力信号レベルの最大値に応じて
変化させることを特徴とする請求項１０記載の固体撮像
素子の駆動方法。
【請求項１２】複数回の読み出し動作を行う際の読み出
し電圧を、１画面分の出力信号レベルの最大値の出現頻
度に応じて変化させることを特徴とする請求項１０記載
の固体撮像素子の駆動方法。