JPH08294055A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 固体撮像装置のダイナミックレンジを実質上
拡張するべく低露光による撮像と高露光による撮像とを
連続的に行わせるに際して、各対応する画素における低
露光の画素データと高露光の画素データとが交互に得ら
れるようにし、また、スミアのない撮像画像が得られる
ようにする。 【構成】 フレームインターライン転送方式をとり、受
光部における垂直転送部と蓄積部における垂直転送部と
をそれぞれ２系統設けて、先の低露光による各１ライン
分の画素データを一方の系統に転送し、後の高露光によ
る各１ライン分の画素データを他方の系統に転送したう
えで、両系統から同期タイミングをとりながら低露光に
よる画素データと高露光による画素データとを水平転送
部に同時に与える制御手段をとるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画素単位による固体撮
像素子が２次元状に複数配設された固体撮像装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、固体撮像素子としてＣＣＤを用
いた固体撮像装置にあっては、ダイナミックレンジが比
較的狭く、そのため、トンネルの内外のような明暗差が
大きい場所にあって、例えばトンネルの出口付近で、そ
の内外の画像を１フレームで明瞭に撮影することができ
ないものになっている。

【０００３】その場合、通常は、レンズの絞りを開けぎ
みにして、光量が低い部分での撮影を可能な状態にして
いるために、トンネルの出口付近では前方が部分的に明
るすぎてブルーミングを生じて画像が部分的に欠落した
り、また、部分的に輝度の高い光が入ると、画像中にス
ミア（光による白すじ）が発生してしまう。

【０００４】そのため、従来では、図５に示すように、
ＣＣＤカメラ１′におけるシャッター速度を切り換えて
低露光による撮像と高露光による撮像とを行わせなが
ら、先の低露光による１フレーム分の撮像データＬＤ
（カメラに内蔵のＡ／Ｄ変換器によりデジタルデータ化
されている）をバッファメモリ２に一時蓄積してタイミ
ングをとりながら、その後の高露光による１フレーム分
の撮像データＨＤとバッファメモリ２から読み出された
低露光による１フレーム分の撮像データＬＤとを合成器
３によって合成して、結果的にダイナミックレンジが広
がるようにしている（特開昭６３−３０６７７９号公報
参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、固体撮像装置により低露光による撮像と高露光に
よる撮像とを行わせて、低露光による撮像画像と高露光
による撮像画像とを合成するに際して、従来ではその合
成処理のために先に撮像された１フレーム分の撮像デー
タを一時蓄積する外部メモリを必要とすることである。

【０００６】そして、従来では、合成処理によってブル
ーミングをある程度抑制することはできても、スミアの
ない撮像画像を得ることができないものになっているこ
とである。

【０００７】また、従来では、先に撮像された１フレー
ム分の撮像データをバッファメモリに蓄積したうえで、
その後に撮像した１フレーム分の撮像データとの合成を
行わせるようにしているので、その合成のための処理が
遅く、複雑になっていることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、固体撮像装置
のダイナミックレンジを実質上拡張するために、低露光
による撮像と高露光による撮像とを連続的に行わせて、
低露光による撮像画像と高露光による撮像画像とを合成
するようにする場合、先に撮像された１フレーム分のデ
ータを一時蓄積する同期タイミングをとるための外部メ
モリを何ら必要とすることなく、また、その合成の処理
を高速かつ簡単に行わせることができるようにするとと
もに、ブルーミングを有効に抑制し、かつスミアの発生
をなくすことができるようにしている。

【０００９】そのため、本発明では、基本的に、垂直方
向における各１ラインごとの固体撮像素子の画素データ
を垂直方向に１画素分ずつ順次シフトさせる第１の垂直
転送部と、その第１の垂直転送部にそれぞれ直列に接続
されて１ライン分の垂直転送を行わせる蓄積用の第２の
垂直転送部と、その第２の垂直転送部からそれぞれ出力
される画素データを並列的に受け取って、第２の垂直転
送部と同期して水平方向に１画素分ずつシフトさせるこ
とより、垂直方向における各１ラインごとの固体撮像素
子の画素データを時系列的に出力する水平転送部からな
るフレームインターライン転送方式をとる固体撮像装置
にあって、特に、垂直方向における各１ラインごとの固
体撮像素子の画素データを垂直方向に１画素分ずつ順次
シフトさせる第３の垂直転送部と、その第３の垂直転送
部にそれぞれ直列に接続されて１ライン分の垂直転送を
行わせる蓄積用の第４の垂直転送部とを並設したうえ
で、露光時間または露光量を段階的に切り換えて低露光
と高露光とを連続的に行わせ、先の低露光による各固体
撮像素子の画素データを、後の高露光が行われているあ
いだに第１の垂直転送部を通して第２の垂直転送部に送
り、後の高露光による各固体撮像素子の画素データを第
３の垂直転送部を通して第４の垂直転送部に送る制御手
段を設けて、水平転送部から各１つの固体撮像素子にお
ける低露光による画素データと高露光による画素データ
とが交互に出力するようにしている。

【００１０】

【実施例】本発明による固体撮像装置は、そのＣＣＤ構
成部が、図１に示すように構成されている。

【００１１】それは、２次元状に複数配設された画素単
位によるＣＣＤ素子４（ここでは説明の便宜上５×５の
画素構成としている）と、垂直方向における各１ライン
ごとのＣＣＤ素子４の画素データを垂直方向に１画素分
ずつ順次シフトさせる第１の垂直転送部５１〜５５と、
その第１の垂直転送部５１〜５５にそれぞれ直列に接続
されて１ライン分の垂直転送を行わせる第２の垂直転送
部６１〜６５と、垂直方向における各１ラインごとのＣ
ＣＤ素子４の画素データを垂直方向に１画素分ずつ順次
シフトさせる第３の垂直転送部７１〜７５と、その第３
の垂直転送部７１〜７５にそれぞれ直列に接続されて１
ライン分の垂直転送を行わせる第４の垂直転送部８１〜
８５と、第２の垂直転送部６１〜６５からそれぞれ出力
される画素データを並列的に受け取るとともに、その各
受取り位置からそれぞれ１画素分ずらした位置で、第４
の垂直転送部８１〜８５からそれぞれ出力される画素デ
ータを並列的に受け取って、第２および第４の各垂直転
送部と同期して水平方向に１画素分ずつシフトさせるこ
とにより、第２の垂直転送部６１〜６５から送られてく
る画素データと第４の垂直転送部８１〜８５から送られ
てくる画素データとが交互に組み合せられた各１ライン
ごとの撮像データＩＤを時系列的に出力する水平転送部
９とによって構成されている。

【００１２】この構造は、半導体基板のＩＣ製造技術に
よるマイクロマシニング加工によって製造される。

【００１３】そして、制御部（図示せず）において、露
光時間または露光量を段階的に切り換えて低露光と高露
光とを連続的に行わせるとともに、各ＣＣＤ素子４から
の画素データの読出しの制御を行いながら、先の低露光
による各ＣＣＤ素子４の画素データを、後の高露光が行
われているあいだに第１の垂直転送部５１〜５５を通し
て第２の垂直転送部６１〜６５に送り、後の高露光によ
る各ＣＣＤ素子４の画素データを第３の垂直転送部７１
〜７５を通して第４の垂直転送部８１〜８５に送るよう
にしている。

【００１４】しかして、このような制御を行わせること
により、水平転送部９から、撮像データＩＤとして、各
１つのＣＣＤ素子４における低露光による画素データと
高露光による画素データとが交互に出力することにな
る。

【００１５】図２は、各部動作のタイミングチャートを
示している。

【００１６】Ｔ１は低露光期間、Ｔ２は高露光期間をそ
れぞれ示しており、ここでは、露光ゲートのオン、オフ
によるシャッタ制御を行うことなく、２つのリードアウ
トパルス，の位相を制御することによって、各１ラ
イン分のＣＣＤ素子４からの低露光による画素データの
読出しと高露光による画素データの読出しとを連続して
行わせるようにしている。

【００１７】また、ここでは、２種類の垂直転送パルス
，を用いて、垂直転送パルスによって先の低露光
による各１ライン分の画素データを水平転送部９に順次
送るための垂直転送を行わせ、垂直転送パルスによっ
て後の高露光による各１ライン分の画素データを第１の
水平転送部９に順次送るための垂直転送を行わせるよう
にしている。

【００１８】垂直転送パルスのうち、Ａ部分のパルス
列は、低露光時に第１の垂直転送部５１〜５５に読み出
された１ライン分の各画素データを第２の垂直転送部６
１〜６５に転送させるためのものである。

【００１９】垂直転送パルスのうち、Ｂ部分のパルス
列は、高露光時に第３の垂直転送部７１〜７５に読み出
された１ライン分の各画素データを第４の垂直転送部８
１〜８５に転送させるためのものである。

【００２０】また、垂直転送パルスのうちのＣ部分の
パルス列および垂直転送パルスのうちのＣ部分のパル
ス列は、第２の垂直転送部６１〜６５に転送されている
低露光による各１ライン分の画素データおよび第４の垂
直転送部８１〜８５に転送されている高露光による各１
ライン分の画素データをそれぞれ同期をとって水平転送
部９に送り出すためのものである。

【００２１】そして、水平転送パルスのうち、Ｄ部分の
パルス列は、第２の垂直転送部６１〜６５から転送され
てくる低露光による各１ライン分の画素データおよび第
４の垂直転送部８１〜８５から転送されてくる高露光に
よる各１ライン分の画素データを交互に組み合せて出力
させるためのものである。

【００２２】図３は、そのときの垂直方向における１ラ
イン分の低露光による画素データと高露光による画素デ
ータとを交互に組み合せたときの状態を示しており、Ｌ
１とＨ１、Ｌ２とＨ２、…．、Ｌ５とＨ５がそれぞれ同
じＣＣＤ素子４から順次読み出される低露光による画素
データと高露光による画素データをあらわしている。

【００２３】撮像データＩＤ出力のうち、Ｔ３は垂直方
向における１ライン分の低露光による画素データと高露
光による画素データとが交互に組み合せられたデータ
（図３参照）の出力期間を示し、Ｔ４は１フレーム分の
各画素データの出力期間を示している。

【００２４】このように構成された本発明による固体撮
像装置によれば、低露光による撮像と高露光による撮像
とを連続的に行わせたときに、先の低露光による垂直方
向における各１ライン分の画素データを、後の高露光に
よる各１ライン分の画素データが第４の垂直転送部８１
〜８５に転送されてくるまでのあいだ第２の垂直転送部
６１〜６５に保持してタイミングをとりながら、低露光
による撮像データＬＤと高露光による撮像データＨＤと
を互いに同期をとって画素ごとに交互に出力させること
ができるようになる。

【００２５】したがって、固体撮像装置のダイナミック
レンジを拡張し、ブルーミングの影響を抑制するべく、
連続的に行わせた低露光による撮像画像と高露光による
撮像画像とを合成するに際して、図４に示すように、Ｃ
ＣＤカメラ１から低露光による画素データと高露光によ
る画素データとが交互に出力される撮像データＩＤを合
成器３に直接送って、両者の各対応する画素データにも
とづく画像合成の処理を迅速かつ容易に行わせることが
できるようになる。

【００２６】その際、画像合成を行わせる代わりに、予
め設定された輝度レベルをしきい値として用いて、画素
単位で、そのしきい値以下となっている低露光時の画素
データまたは高露光時の画素データを選択するオア処理
を行わせるようにしてもよい。

【００２７】なお、低露光による撮像と高露光による撮
像との切換えは、それを露光時間によって行わせるだけ
ではなく、レンズの絞りを調整して露光量を切り換えた
り、また、減光フィルタを用いて露光量の調整を行わせ
るようにしてもよいことはいうまでもない。

【００２８】また、本発明によれば、垂直転送パルス
のＡ部分および垂直転送パルスのＢ部分の各垂直転送
パルスによって、ＣＣＤ素子４が２次元状に配設されて
いる受光部分に形成されている第１の垂直転送部５１〜
５５および第３の垂直転送部７１〜７５における各垂直
転送を垂直帰線期間に高速で行わせることができるの
で、受光部分の垂直転送部でスミアが生ずるのを有効に
防止することができるようになる。

【００２９】

【効果】以上、本発明による固体撮像装置にあっては、
実質上ダイナミックレンジを拡張し、ブルーミングの影
響を抑制するべく低露光による撮像と高露光による撮像
とを連続的に行わせて、両者の各対応する画素データに
もとづいて画像合成などの処理を行わせるに際して、各
１つの画素における先の低露光による画素データと後の
高露光による画素データとを交互に続けて出力させるこ
とができ、従来のように、先の低露光により撮像された
１フレーム分の画素データをいったん外部メモリに蓄積
したうえで、後の高露光による撮像と同期タイミングを
とりながらその蓄積された各画素データを読み出すよう
な必要がなくなり、両者の各対応する画素データにもと
づく画像合成の処理などを迅速かつ容易に行わせること
ができ、また、スミアの発生を防止して品質の良い撮像
画像を得ることができるという利点を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による固体撮像装置におけるＣＣＤ構成
部の簡略構成図である。

【図２】その構成部における各部動作のタイミングチャ
ートである。

【図３】本発明による垂直方向における１ライン分の低
露光による画素データと高露光による画素データとが交
互に組み合せられた出力状態を示す図である。

【図４】本発明による固体撮像装置を示すブロック構成
図である。

【図５】従来の固体撮像装置を示すブロック構成図であ
る。

【符号の説明】

１ ＣＣＤカメラ ３ 合成器 ４ ＣＣＤ素子 ５１〜５５ 第１の垂直転送部 ６１〜６５ 第２の垂直転送部 ７１〜７５ 第３の垂直転送部 ８１〜８５ 第４の垂直転送部 ９ 水平転送部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画素単位による固体撮像素子が２次元状
   に複数配設された固体撮像装置において、垂直方向にお
   ける各１ラインごとの固体撮像素子の画素データを垂直
   方向に１画素分ずつ順次シフトさせる第１の垂直転送部
   と、その第１の垂直転送部にそれぞれ直列に接続されて
   １ライン分の垂直転送を行わせる第２の垂直転送部と、
   垂直方向における各１ラインごとの固体撮像素子の画素
   データを垂直方向に１画素分ずつ順次シフトさせる第３
   の垂直転送部と、その第３の垂直転送部にそれぞれ直列
   に接続されて１ライン分の垂直転送を行わせる第４の垂
   直転送部と、第２の垂直転送部からそれぞれ出力される
   画素データを並列的に受け取るとともに、その各受取り
   位置からそれぞれ１画素分ずらした位置で、第４の垂直
   転送部からそれぞれ出力される画素データを並列的に受
   け取って、第２および第４の各垂直転送部と同期して水
   平方向に１画素分ずつシフトさせることにより、第２の
   垂直転送部から送られてくる画素データと第４の垂直転
   送部から送られてくる画素データとが交互に組み合せら
   れた各１ラインごとの撮像データを時系列的に出力する
   水平転送部と、露光時間または露光量を段階的に切り換
   えて低露光と高露光とを連続的に行わせ、先の低露光に
   よる各固体撮像素子の画素データを、後の高露光が行わ
   れているあいだに第１の垂直転送部を通して第２の垂直
   転送部に送り、後の高露光による各固体撮像素子の画素
   データを第３の垂直転送部を通して第４の垂直転送部に
   送る制御手段とをそなえ、水平転送部から各１つの固体
   撮像素子における低露光による画素データと高露光によ
   る画素データとが交互に出力するようにしたことを特徴
   とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】 水平転送部から交互に出力される各１つ
   の固体撮像素子における低露光による画素データと高露
   光による画素データとを合成する手段を設け、その合成
   された各固体撮像素子の画素データから撮像画像を得る
   ようにしたことを特徴とする前記第１項の記載による固
   体撮像装置。
3. 【請求項３】 水平転送部から交互に出力される各１つ
   の固体撮像素子における低露光による画素データと高露
   光による画素データとの何れかを選択する手段を設け、
   その選択された各固体撮像装置の画素データから撮像画
   像を得るようにしたことを特徴とする前記第１項の記載
   による固体撮像装置。