JPH09162381A - リニアセンサ - Google Patents
リニアセンサInfo
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- JPH09162381A JPH09162381A JP7316322A JP31632295A JPH09162381A JP H09162381 A JPH09162381 A JP H09162381A JP 7316322 A JP7316322 A JP 7316322A JP 31632295 A JP31632295 A JP 31632295A JP H09162381 A JPH09162381 A JP H09162381A
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- linear sensor
- sensitivity
- lines
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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
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/701—Line sensors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Facsimile Heads (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 対数特性を持ったリニアセンサを実現するの
は技術的に難易度が高いため、広ダイナミックレンジの
リニアセンサが得られなかった。 【解決手段】 少なくとも２ライン構成のリニアセンサ
において、一方のリニアセンサ１０を高感度とし、他方
のリニアセンサ２０を低感度とするとともに、低感度の
リニアセンサ２０のリードアウトゲート２３とＣＣＤア
ナログシフトレジスタ２４との間に、ライン相互間の位
置補正を行うアナログメモリ２９ａ，２９ｂを設け、各
ラインの信号出力ＯＵＴ１，ＯＵＴ２の同時化を図る。
は技術的に難易度が高いため、広ダイナミックレンジの
リニアセンサが得られなかった。 【解決手段】 少なくとも２ライン構成のリニアセンサ
において、一方のリニアセンサ１０を高感度とし、他方
のリニアセンサ２０を低感度とするとともに、低感度の
リニアセンサ２０のリードアウトゲート２３とＣＣＤア
ナログシフトレジスタ２４との間に、ライン相互間の位
置補正を行うアナログメモリ２９ａ，２９ｂを設け、各
ラインの信号出力ＯＵＴ１，ＯＵＴ２の同時化を図る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リニアセンサに関
し、特に広ダイナミックレンジ対応の少なくとも２ライ
ン構成のリニアセンサに関する。
し、特に広ダイナミックレンジ対応の少なくとも２ライ
ン構成のリニアセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】リニアセンサでは、入射光量に対して信
号出力がリニアに推移するが、ある一定光量を越えると
信号出力が一定となるため、ダイナミックレンジが広い
入力情報に対して充分な信号出力が得られない。すなわ
ち、明るい部分に入射露光量を合わせると、暗い部分の
信号出力が非常に少なく、また逆に暗い部分に入射露光
量を合わせると、明るい部分が飽和して同一レベルの信
号出力となってしまう。したがって、光入力に対するダ
イナミックレンジが狭い。
号出力がリニアに推移するが、ある一定光量を越えると
信号出力が一定となるため、ダイナミックレンジが広い
入力情報に対して充分な信号出力が得られない。すなわ
ち、明るい部分に入射露光量を合わせると、暗い部分の
信号出力が非常に少なく、また逆に暗い部分に入射露光
量を合わせると、明るい部分が飽和して同一レベルの信
号出力となってしまう。したがって、光入力に対するダ
イナミックレンジが狭い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】そこで、入射光量に対
して信号出力がリニアではない、例えば対数特性を持っ
たリニアセンサが望まれている。しかしながら、対数特
性を持ったリニアセンサを実現するのは技術的に難易度
が高いため現実的ではない。したがって、技術的に比較
的難易度の低い構成でダイナミックレンジの広いリニア
センサの開発が望まれているのが実情である。
して信号出力がリニアではない、例えば対数特性を持っ
たリニアセンサが望まれている。しかしながら、対数特
性を持ったリニアセンサを実現するのは技術的に難易度
が高いため現実的ではない。したがって、技術的に比較
的難易度の低い構成でダイナミックレンジの広いリニア
センサの開発が望まれているのが実情である。
【０００４】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、比較的に簡単な構成
で広ダイナミックレンジ化を可能としたリニアセンサを
提供することにある。
であり、その目的とするところは、比較的に簡単な構成
で広ダイナミックレンジ化を可能としたリニアセンサを
提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明では、センサ列、
このセンサ列で光電変換された信号電荷を読み出す読み
出しゲート、この読み出しゲートを介して読み出された
信号電荷を転送する電荷転送レジスタおよびこの電荷転
送レジスタで転送された信号電荷を電気信号に変換して
出力する出力部を各々有する少なくとも２ライン構成の
リニアセンサにおいて、ライン相互間の位置補正を行う
べく読み出しゲートと電荷転送レジスタとの間にアナロ
グメモリを配するとともに、ライン相互間で感度を変え
た構成を採っている。
このセンサ列で光電変換された信号電荷を読み出す読み
出しゲート、この読み出しゲートを介して読み出された
信号電荷を転送する電荷転送レジスタおよびこの電荷転
送レジスタで転送された信号電荷を電気信号に変換して
出力する出力部を各々有する少なくとも２ライン構成の
リニアセンサにおいて、ライン相互間の位置補正を行う
べく読み出しゲートと電荷転送レジスタとの間にアナロ
グメモリを配するとともに、ライン相互間で感度を変え
た構成を採っている。
【０００６】上記構成のリニアセンサにおいて、各ライ
ンの信号出力はライン相互間の間隔に対応して空間的に
離れた位置の情報となることから、時間的に進んだ状態
にあるラインについては、センサ列から読み出しゲート
を介して読み出した信号電荷をアナログメモリに一時的
に蓄えることで、ライン相互間の位置補正を行う。これ
により、各ラインの信号出力は空間的に同じ位置の情報
となり、しかもライン相互間で感度が異なることで、入
射光量に対して感度の異なる映像出力となる。そして、
入射光量が少ない場所には感度の高いラインの信号出力
を用い、入射光量の多い場所には感度の低いラインの信
号出力を用いることで、光入力に対するダイナミックレ
ンジが広がる。
ンの信号出力はライン相互間の間隔に対応して空間的に
離れた位置の情報となることから、時間的に進んだ状態
にあるラインについては、センサ列から読み出しゲート
を介して読み出した信号電荷をアナログメモリに一時的
に蓄えることで、ライン相互間の位置補正を行う。これ
により、各ラインの信号出力は空間的に同じ位置の情報
となり、しかもライン相互間で感度が異なることで、入
射光量に対して感度の異なる映像出力となる。そして、
入射光量が少ない場所には感度の高いラインの信号出力
を用い、入射光量の多い場所には感度の低いラインの信
号出力を用いることで、光入力に対するダイナミックレ
ンジが広がる。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しつつ詳細に説明する。
て図面を参照しつつ詳細に説明する。
【０００８】図１は、例えば２ライン構成のリニアセン
サに適用した場合の本発明の一実施形態を示す構成図で
ある。図１において、第１のリニアセンサ１０は、光電
変換部（画素）１１が直線状に多数配列されてなるセン
サ列１２を有し、その一方側には各光電変換部１１で光
電変換された信号電荷を読み出す読み出しゲート（以
下、リードアウトゲートと称する）１３およびその読み
出した信号電荷を転送する電荷転送レジスタ（以下、Ｃ
ＣＤアナログシフトレジスタと称する）１４が設けら
れ、またその他方側にはオーバーフローゲート１５およ
びオーバーフロードレイン１６が配された構成となって
いる。
サに適用した場合の本発明の一実施形態を示す構成図で
ある。図１において、第１のリニアセンサ１０は、光電
変換部（画素）１１が直線状に多数配列されてなるセン
サ列１２を有し、その一方側には各光電変換部１１で光
電変換された信号電荷を読み出す読み出しゲート（以
下、リードアウトゲートと称する）１３およびその読み
出した信号電荷を転送する電荷転送レジスタ（以下、Ｃ
ＣＤアナログシフトレジスタと称する）１４が設けら
れ、またその他方側にはオーバーフローゲート１５およ
びオーバーフロードレイン１６が配された構成となって
いる。
【０００９】センサ列１２は、例えば２０４８画素（Ｓ
１〜Ｓ２０４８）分の有効画素部１２ａと、その前後の
複数画素分の無効画素部１２ｂ，１２ｃとから構成され
ている。無効画素部１２ｂ，１２ｃは、各光電変換部１
１の受光面側が遮光されたいわゆるオプティカルブラッ
ク（ＯＰＢ）部である。ＣＣＤアナログシフトレジスタ
１４の転送先側の端部には、例えばフローティング・デ
ィフュージョン・アンプ構成の電荷電圧変換部１７が設
けられている。この電荷電圧変換部１７は、その後段の
アンプ等からなる出力回路１８と共に出力部を構成して
いる。
１〜Ｓ２０４８）分の有効画素部１２ａと、その前後の
複数画素分の無効画素部１２ｂ，１２ｃとから構成され
ている。無効画素部１２ｂ，１２ｃは、各光電変換部１
１の受光面側が遮光されたいわゆるオプティカルブラッ
ク（ＯＰＢ）部である。ＣＣＤアナログシフトレジスタ
１４の転送先側の端部には、例えばフローティング・デ
ィフュージョン・アンプ構成の電荷電圧変換部１７が設
けられている。この電荷電圧変換部１７は、その後段の
アンプ等からなる出力回路１８と共に出力部を構成して
いる。
【００１０】かかる構成の第１のカラーリニアセンサ１
０において、センサ列１２の各光電変換部１１の信号電
荷は、リードアウトゲートパルスφＲＯＧがリードアウ
トゲート１３に印加されることにより、このリードアウ
トゲート１３を介してＣＣＤアナログシフトレジスタ１
４に読み出される。そして、この読み出された信号電荷
はＣＣＤアナログシフトレジスタ１４で順に転送された
後、電荷電圧変換部１７において信号電圧に変換され、
さらに出力回路１８を経て信号出力ＯＵＴ１となる。ま
た、オーバーフローゲート１５を溢れた信号電荷はオー
バーフロードレイン１６に捨てられる。
０において、センサ列１２の各光電変換部１１の信号電
荷は、リードアウトゲートパルスφＲＯＧがリードアウ
トゲート１３に印加されることにより、このリードアウ
トゲート１３を介してＣＣＤアナログシフトレジスタ１
４に読み出される。そして、この読み出された信号電荷
はＣＣＤアナログシフトレジスタ１４で順に転送された
後、電荷電圧変換部１７において信号電圧に変換され、
さらに出力回路１８を経て信号出力ＯＵＴ１となる。ま
た、オーバーフローゲート１５を溢れた信号電荷はオー
バーフロードレイン１６に捨てられる。
【００１１】一方、第２のリニアセンサ２０は、第１の
リニアセンサ１０の場合と同様に、光電変換部２１が直
線状に配列されてなるセンサ列２２と、その一方側に配
されたオーバーフローゲート２５およびオーバーフロー
ドレイン２６とを有し、センサ列２２に関してオーバー
フロードレイン２６を挟んで第１のリニアセンサ１０と
線対称に配置されている。なお、オーバーフロードレイ
ン２６については、第１のリニアセンサ１０のオーバー
フロードレイン１６と共用されている。また、センサ列
２２の他方側には、リードアウトゲート２３と、ライン
メモリであるアナログメモリ２９ａ，２９ｂと、ＣＣＤ
アナログシフトレジスタ２４とが設けられている。
リニアセンサ１０の場合と同様に、光電変換部２１が直
線状に配列されてなるセンサ列２２と、その一方側に配
されたオーバーフローゲート２５およびオーバーフロー
ドレイン２６とを有し、センサ列２２に関してオーバー
フロードレイン２６を挟んで第１のリニアセンサ１０と
線対称に配置されている。なお、オーバーフロードレイ
ン２６については、第１のリニアセンサ１０のオーバー
フロードレイン１６と共用されている。また、センサ列
２２の他方側には、リードアウトゲート２３と、ライン
メモリであるアナログメモリ２９ａ，２９ｂと、ＣＣＤ
アナログシフトレジスタ２４とが設けられている。
【００１２】かかる構成の第２のカラーリニアセンサ２
０において、センサ列２２の各光電変換部２１の信号電
荷は、リードアウトゲートパルスφＲＯＧがリードアウ
トゲート２３に印加されることで、このリードアウトゲ
ート２３を介して読み出されてアナログメモリ２９ａ
に、さらにアナログメモリ２９ｂに一時的に蓄えられ、
しかる後ＣＣＤアナログシフトレジスタ２４に読み出さ
れる。その結果、センサ列２２の信号電荷は、アナログ
メモリ２９ａ，２９ｂがラインメモリであることから、
２ライン分だけ遅れてＣＣＤアナログシフトレジスタ２
４に読み出されることになる。
０において、センサ列２２の各光電変換部２１の信号電
荷は、リードアウトゲートパルスφＲＯＧがリードアウ
トゲート２３に印加されることで、このリードアウトゲ
ート２３を介して読み出されてアナログメモリ２９ａ
に、さらにアナログメモリ２９ｂに一時的に蓄えられ、
しかる後ＣＣＤアナログシフトレジスタ２４に読み出さ
れる。その結果、センサ列２２の信号電荷は、アナログ
メモリ２９ａ，２９ｂがラインメモリであることから、
２ライン分だけ遅れてＣＣＤアナログシフトレジスタ２
４に読み出されることになる。
【００１３】ここで、センサ列１２，２２の各幅をｄと
し、センサ列１２，２２間に介在するオーバーフローゲ
ート１５，２５およびオーバーフロードレイン１６（２
６）のトータルの幅もほぼｄであるとすると、センサ列
１２，２２相互のセンサ中心間の距離がほぼ２ｄとな
る。このような位置的条件下において、センサ列に垂直
な方向を副走査方向とし、かつセンサ列２２がセンサ列
１２に先行するものとすると、ある時点ではセンサ列１
２，２２が空間的に距離２ｄだけ離れた位置の情報を読
み取ったことになる。
し、センサ列１２，２２間に介在するオーバーフローゲ
ート１５，２５およびオーバーフロードレイン１６（２
６）のトータルの幅もほぼｄであるとすると、センサ列
１２，２２相互のセンサ中心間の距離がほぼ２ｄとな
る。このような位置的条件下において、センサ列に垂直
な方向を副走査方向とし、かつセンサ列２２がセンサ列
１２に先行するものとすると、ある時点ではセンサ列１
２，２２が空間的に距離２ｄだけ離れた位置の情報を読
み取ったことになる。
【００１４】ところが、先行する側のリニアセンサ２０
に、アナログメモリ２９ａ，２９ｂを設けてセンサ列２
２の信号電荷を２ライン分だけ遅延させてＣＣＤアナロ
グシフトレジスタ２４に読み出すようにしたことで、あ
る時点でＣＣＤアナログシフトレジスタ１４，２４に読
み出された各信号電荷は、センサ列１２，２２が距離２
ｄだけ離れていても、空間的に同じ位置の情報となる。
そして、ＣＣＤアナログシフトレジスタ２４に読み出さ
れた信号電荷は、当該シフトレジスタ２４で順に転送さ
れた後、電荷電圧変換部２７において信号電圧に変換さ
れ、さらに出力回路２８を経て信号出力ＯＵＴ２とな
る。
に、アナログメモリ２９ａ，２９ｂを設けてセンサ列２
２の信号電荷を２ライン分だけ遅延させてＣＣＤアナロ
グシフトレジスタ２４に読み出すようにしたことで、あ
る時点でＣＣＤアナログシフトレジスタ１４，２４に読
み出された各信号電荷は、センサ列１２，２２が距離２
ｄだけ離れていても、空間的に同じ位置の情報となる。
そして、ＣＣＤアナログシフトレジスタ２４に読み出さ
れた信号電荷は、当該シフトレジスタ２４で順に転送さ
れた後、電荷電圧変換部２７において信号電圧に変換さ
れ、さらに出力回路２８を経て信号出力ＯＵＴ２とな
る。
【００１５】この第２のリニアセンサ２０の信号出力Ｏ
ＵＴ２は、上述したアナログメモリ２９ａ，２９ｂの作
用により、第１のリニアセンサ１０の信号出力ＯＵＴ１
と同時化されたものとなる。なお、本実施形態において
は、２つのアナログメモリ２９ａ，２９ｂを設け、セン
サ列２２の信号電荷を２ライン分だけ遅延させてＣＣＤ
アナログシフトレジスタ２４に読み出す構成としたが、
オーバーフローゲート１５，２５およびオーバーフロー
ドレイン１６を省略してセンサ列１２，２２を隣接配置
することも可能であり、この場合には、センサ列１２，
２２相互のセンサ中心間の距離がｄとなるため、アナロ
グメモリを１ライン分設けるだけで信号出力ＯＵＴ１，
２を同時化できる。
ＵＴ２は、上述したアナログメモリ２９ａ，２９ｂの作
用により、第１のリニアセンサ１０の信号出力ＯＵＴ１
と同時化されたものとなる。なお、本実施形態において
は、２つのアナログメモリ２９ａ，２９ｂを設け、セン
サ列２２の信号電荷を２ライン分だけ遅延させてＣＣＤ
アナログシフトレジスタ２４に読み出す構成としたが、
オーバーフローゲート１５，２５およびオーバーフロー
ドレイン１６を省略してセンサ列１２，２２を隣接配置
することも可能であり、この場合には、センサ列１２，
２２相互のセンサ中心間の距離がｄとなるため、アナロ
グメモリを１ライン分設けるだけで信号出力ＯＵＴ１，
２を同時化できる。
【００１６】以上説明した２ライン構成のリニアセンサ
において、本発明の特徴とするところは、ライン相互間
で感度を変える点にある。一例として、第１，第２のリ
ニアセンサ１０，２０のうち、スキャン時に先行する側
の第２のリニアセンサ２０を低感度とし、後続する第１
のリニアセンサ１０を高感度のものとする。ライン相互
間で感度を変えるには、大別して、第１，第２のリニア
センサ１０，２０の各センサ列相互間で感度を変える方
法と、各出力部相互間で感度を変える方法とがある。以
下、ライン相互間で感度を変えるための具体例について
説明する。
において、本発明の特徴とするところは、ライン相互間
で感度を変える点にある。一例として、第１，第２のリ
ニアセンサ１０，２０のうち、スキャン時に先行する側
の第２のリニアセンサ２０を低感度とし、後続する第１
のリニアセンサ１０を高感度のものとする。ライン相互
間で感度を変えるには、大別して、第１，第２のリニア
センサ１０，２０の各センサ列相互間で感度を変える方
法と、各出力部相互間で感度を変える方法とがある。以
下、ライン相互間で感度を変えるための具体例について
説明する。
【００１７】先ず、第１，第２のリニアセンサ１０，２
０の各センサ列１２，２２相互間で感度を変える方法に
ついて説明する。その一例として、センサ列１２，２２
における光電変換部（センサ部）１１，２１の各開口部
１１ａ，２１ａの開口面積を変える方法がある。すなわ
ち、図２に示すように、センサ列１２における光電変換
部（センサ部）１１の開口部１１ａの開口面積をＳ１と
し、センサ列２２における光電変換部２１の開口部２１
ａの開口面積をＳ２とした場合に、各開口面積をＳ１＞
Ｓ２の関係に設定する。このような関係に設定すること
で、光電変換部１１に入射する光量が光電変換部２１に
入射する光量よりも多くなるため、センサ列１２の感度
がセンサ列２２の感度よりも高くなる。その結果、第１
のリニアセンサ１０が高感度となり、第２のリニアセン
サ２０が低感度となる。
０の各センサ列１２，２２相互間で感度を変える方法に
ついて説明する。その一例として、センサ列１２，２２
における光電変換部（センサ部）１１，２１の各開口部
１１ａ，２１ａの開口面積を変える方法がある。すなわ
ち、図２に示すように、センサ列１２における光電変換
部（センサ部）１１の開口部１１ａの開口面積をＳ１と
し、センサ列２２における光電変換部２１の開口部２１
ａの開口面積をＳ２とした場合に、各開口面積をＳ１＞
Ｓ２の関係に設定する。このような関係に設定すること
で、光電変換部１１に入射する光量が光電変換部２１に
入射する光量よりも多くなるため、センサ列１２の感度
がセンサ列２２の感度よりも高くなる。その結果、第１
のリニアセンサ１０が高感度となり、第２のリニアセン
サ２０が低感度となる。
【００１８】他の方法として、センサ列１２，２２の各
光電変換部１１，２１の上に光学フィルタを配置し、こ
れら光学フィルタの透過率を変える方法がある。すなわ
ち、図３に示すように、光電変換部１１側の光学フィル
タ３１の透過率をＴ１とし、光電変換部２１側の光学フ
ィルタ３２の透過率をＴ２とした場合に、各透過率をＴ
１＞Ｔ２の関係に設定する。このような関係に設定した
場合にも、光電変換部１１に入射する光量が光電変換部
２１に入射する光量よりも多くなるため、センサ列１２
の感度がセンサ列２２の感度よりも高くなる。その結
果、第１のリニアセンサ１０が高感度となり、第２のリ
ニアセンサ２０が低感度となる。
光電変換部１１，２１の上に光学フィルタを配置し、こ
れら光学フィルタの透過率を変える方法がある。すなわ
ち、図３に示すように、光電変換部１１側の光学フィル
タ３１の透過率をＴ１とし、光電変換部２１側の光学フ
ィルタ３２の透過率をＴ２とした場合に、各透過率をＴ
１＞Ｔ２の関係に設定する。このような関係に設定した
場合にも、光電変換部１１に入射する光量が光電変換部
２１に入射する光量よりも多くなるため、センサ列１２
の感度がセンサ列２２の感度よりも高くなる。その結
果、第１のリニアセンサ１０が高感度となり、第２のリ
ニアセンサ２０が低感度となる。
【００１９】光学フィルタ３１，３２の透過率Ｔ１，Ｔ
２は、例えば各フィルタの膜厚を変えることによって変
化させることができる。なお、本例では、光電変換部１
１，１２の双方に光学フィルタを設けるとしたが、高感
度側の光電変換部１１には光学フィルタを設けず、低感
度側の光電変換部２１にのみ低透過率の光学フィルタを
設けるようにしても良いことは勿論である。
２は、例えば各フィルタの膜厚を変えることによって変
化させることができる。なお、本例では、光電変換部１
１，１２の双方に光学フィルタを設けるとしたが、高感
度側の光電変換部１１には光学フィルタを設けず、低感
度側の光電変換部２１にのみ低透過率の光学フィルタを
設けるようにしても良いことは勿論である。
【００２０】さらに他の方法として、オーバーフローゲ
ート１５，２５およびオーバーフロードレイン１６（２
６）を電子シャッタとして利用する方法がある。すなわ
ち、図４のタイミングチャートに示すように、オーバー
フローゲート１５，２５にシャッタパルスφＳＨＵＴ
１，φＳＨＵＴ２を印加することによって、センサ列１
２，２２における信号電荷の蓄積時間τ１，τ２を変え
る方法である。この蓄積時間をτ１＞τ２の関係に設定
することで、センサ列１２の光電変換部１１に蓄積され
る信号電荷の電荷量が、センサ列２２の光電変換部２１
に蓄積される信号電荷の電荷量よりも多くなるため、セ
ンサ列１２の感度がセンサ列２２の感度よりも高くな
る。その結果、第１のリニアセンサ１０が高感度とな
り、第２のリニアセンサ２０が低感度となる。
ート１５，２５およびオーバーフロードレイン１６（２
６）を電子シャッタとして利用する方法がある。すなわ
ち、図４のタイミングチャートに示すように、オーバー
フローゲート１５，２５にシャッタパルスφＳＨＵＴ
１，φＳＨＵＴ２を印加することによって、センサ列１
２，２２における信号電荷の蓄積時間τ１，τ２を変え
る方法である。この蓄積時間をτ１＞τ２の関係に設定
することで、センサ列１２の光電変換部１１に蓄積され
る信号電荷の電荷量が、センサ列２２の光電変換部２１
に蓄積される信号電荷の電荷量よりも多くなるため、セ
ンサ列１２の感度がセンサ列２２の感度よりも高くな
る。その結果、第１のリニアセンサ１０が高感度とな
り、第２のリニアセンサ２０が低感度となる。
【００２１】なお、本例では、センサ列１２，２２の双
方の蓄積時間τ１，τ２を変えることでセンサ列１２，
２２相互間に感度差を持たせるとしたが、高感度側のセ
ンサ列１２の蓄積時間は通常通りとし、低感度側のセン
サ列２２の蓄積時間のみを変えるようにしても、センサ
列１２，２２相互間に感度差を持たせることができるこ
とは明らかである。これにより、オーバーフローゲート
１５，２５およびオーバーフロードレイン１６（２６）
を電子シャッタとしてのみ用いる場合には、高感度側の
オーバーフローゲート１５およびオーバーフロードレイ
ン１６を省略することができる。
方の蓄積時間τ１，τ２を変えることでセンサ列１２，
２２相互間に感度差を持たせるとしたが、高感度側のセ
ンサ列１２の蓄積時間は通常通りとし、低感度側のセン
サ列２２の蓄積時間のみを変えるようにしても、センサ
列１２，２２相互間に感度差を持たせることができるこ
とは明らかである。これにより、オーバーフローゲート
１５，２５およびオーバーフロードレイン１６（２６）
を電子シャッタとしてのみ用いる場合には、高感度側の
オーバーフローゲート１５およびオーバーフロードレイ
ン１６を省略することができる。
【００２２】次に、ライン相互間で感度を変えるため
に、第１，第２のリニアセンサ１０．２０の各出力部相
互間で感度を変える方法について説明する。その一例と
して、電荷電圧変換部１７，２７の変換効率に差を持た
せることで、各出力部相互間で感度を変える方法があ
る。図５に、電荷電圧変換部１７，２７として、例えば
フローティング・ディフュージョン・アンプを用いた場
合の等価回路を示す。ここで、電荷電圧変換部１７，２
７のＦＤ（フローティング・ディフュージョン）の容量
Ｃと信号電荷Ｑsig と変換後の信号電圧Ｖsig との間に
は、
に、第１，第２のリニアセンサ１０．２０の各出力部相
互間で感度を変える方法について説明する。その一例と
して、電荷電圧変換部１７，２７の変換効率に差を持た
せることで、各出力部相互間で感度を変える方法があ
る。図５に、電荷電圧変換部１７，２７として、例えば
フローティング・ディフュージョン・アンプを用いた場
合の等価回路を示す。ここで、電荷電圧変換部１７，２
７のＦＤ（フローティング・ディフュージョン）の容量
Ｃと信号電荷Ｑsig と変換後の信号電圧Ｖsig との間に
は、
【数１】Ｖsig ＝Ｑsig ／Ｃ の関係式が成り立つ。
【００２３】そこで、電荷電圧変換部１７のＦＤの容量
をＣ１とし、電荷電圧変換部２７のＦＤの容量をＣ２と
した場合に、電荷電圧変換部１７，２７の各ＦＤの容量
をＣ１＜Ｃ２の関係に設定する。このような関係に設定
することで、電荷電圧変換部１７の変換効率が電荷電圧
変換部２７の変換効率よりも高くなるため、第１のリニ
アセンサ１０の出力部の感度が第２のリニアセンサ２０
の出力部の感度よりも高くなる。その結果、第１のリニ
アセンサ１０が高感度となり、第２のリニアセンサ２０
が低感度となる。
をＣ１とし、電荷電圧変換部２７のＦＤの容量をＣ２と
した場合に、電荷電圧変換部１７，２７の各ＦＤの容量
をＣ１＜Ｃ２の関係に設定する。このような関係に設定
することで、電荷電圧変換部１７の変換効率が電荷電圧
変換部２７の変換効率よりも高くなるため、第１のリニ
アセンサ１０の出力部の感度が第２のリニアセンサ２０
の出力部の感度よりも高くなる。その結果、第１のリニ
アセンサ１０が高感度となり、第２のリニアセンサ２０
が低感度となる。
【００２４】他の方法として、出力回路１８，２８の各
ゲインに差を持たせることで、各出力部相互間で感度を
変える方法がある。すなわち、図６に示すように、出力
回路１８の内蔵アンプ３３のゲインをＧ１とし、出力回
路２８の内蔵アンプ３４のゲインをＧ２とした場合に、
各ゲインをＧ１＞Ｇ２の関係に設定する。このような関
係に設定することで、出力回路１８，２８の各信号入力
のレベルが同じであるとした場合、出力回路１８の信号
出力ＯＵＴ１の方が出力回路２８の信号出力ＯＵＴ２よ
りもレベルが高くなるため、第１のリニアセンサ１０の
出力部の感度が第２のリニアセンサ２０の出力部の感度
よりも高くなる。その結果、第１のリニアセンサ１０が
高感度となり、第２のリニアセンサ２０が低感度とな
る。
ゲインに差を持たせることで、各出力部相互間で感度を
変える方法がある。すなわち、図６に示すように、出力
回路１８の内蔵アンプ３３のゲインをＧ１とし、出力回
路２８の内蔵アンプ３４のゲインをＧ２とした場合に、
各ゲインをＧ１＞Ｇ２の関係に設定する。このような関
係に設定することで、出力回路１８，２８の各信号入力
のレベルが同じであるとした場合、出力回路１８の信号
出力ＯＵＴ１の方が出力回路２８の信号出力ＯＵＴ２よ
りもレベルが高くなるため、第１のリニアセンサ１０の
出力部の感度が第２のリニアセンサ２０の出力部の感度
よりも高くなる。その結果、第１のリニアセンサ１０が
高感度となり、第２のリニアセンサ２０が低感度とな
る。
【００２５】上述したように、２ライン構成のリニアセ
ンサにおいて、第１，第２のリニアセンサ１０，２０の
各信号出力ＯＵＴ１，ＯＵＴ２をアナログメモリ２９
ａ，２９ｂの作用によって同時化するとともに、ライン
相互間で感度を変えたことにより、入射光量に対して感
度の異なる信号出力ＯＵＴ１，ＯＵＴ２が得られる。す
なわち、第１のリニアセンサ１０の信号出力ＯＵＴ１に
ついては、図７（ａ）に示すように、ある入射光量まで
は信号出力が光量に対してリニアに推移し、それ以降は
飽和し一定レベルとなる。一方、第２のリニアセンサ２
０の信号出力ＯＵＴ２については、図７（ｂ）に示すよ
うに、低傾斜角度にて信号出力が光量に対してリニアに
推移する。
ンサにおいて、第１，第２のリニアセンサ１０，２０の
各信号出力ＯＵＴ１，ＯＵＴ２をアナログメモリ２９
ａ，２９ｂの作用によって同時化するとともに、ライン
相互間で感度を変えたことにより、入射光量に対して感
度の異なる信号出力ＯＵＴ１，ＯＵＴ２が得られる。す
なわち、第１のリニアセンサ１０の信号出力ＯＵＴ１に
ついては、図７（ａ）に示すように、ある入射光量まで
は信号出力が光量に対してリニアに推移し、それ以降は
飽和し一定レベルとなる。一方、第２のリニアセンサ２
０の信号出力ＯＵＴ２については、図７（ｂ）に示すよ
うに、低傾斜角度にて信号出力が光量に対してリニアに
推移する。
【００２６】この感度が異なる２つの信号出力ＯＵＴ
１，ＯＵＴ２は、以下に説明する信号処理回路４０によ
って選択的に出力され、映像出力となる。すなわち、図
８に示す信号処理回路４０において、第１，第２のリニ
アセンサ１０，２０の各信号出力ＯＵＴ１，ＯＵＴ２
は、選択スイッチ４１の２入力となる。選択スイッチ４
１は、通常は、第１のリニアセンサ１０の信号出力ＯＵ
Ｔ１を選択して映像出力とする。
１，ＯＵＴ２は、以下に説明する信号処理回路４０によ
って選択的に出力され、映像出力となる。すなわち、図
８に示す信号処理回路４０において、第１，第２のリニ
アセンサ１０，２０の各信号出力ＯＵＴ１，ＯＵＴ２
は、選択スイッチ４１の２入力となる。選択スイッチ４
１は、通常は、第１のリニアセンサ１０の信号出力ＯＵ
Ｔ１を選択して映像出力とする。
【００２７】また、第１のリニアセンサ１０の信号出力
ＯＵＴ１は、コンパレータ４２でスレッショールドレベ
ルＶｔｈと比較される。このスレッショールドレベルＶ
ｔｈは、信号出力ＯＵＴ１の飽和レベルよりも僅かに低
いレベルに設定される。コンパレータ４２は、第１のリ
ニアセンサ１０の信号出力ＯＵＴ１をスレッショールド
レベルＶｔｈと比較することで、信号出力ＯＵＴ１の飽
和領域／非飽和領域の弁別を行い、信号出力ＯＵＴ１が
スレッショールドレベルＶｔｈよりも高くなったときに
飽和領域と判定し、選択スイッチ４１を切換え制御す
る。
ＯＵＴ１は、コンパレータ４２でスレッショールドレベ
ルＶｔｈと比較される。このスレッショールドレベルＶ
ｔｈは、信号出力ＯＵＴ１の飽和レベルよりも僅かに低
いレベルに設定される。コンパレータ４２は、第１のリ
ニアセンサ１０の信号出力ＯＵＴ１をスレッショールド
レベルＶｔｈと比較することで、信号出力ＯＵＴ１の飽
和領域／非飽和領域の弁別を行い、信号出力ＯＵＴ１が
スレッショールドレベルＶｔｈよりも高くなったときに
飽和領域と判定し、選択スイッチ４１を切換え制御す
る。
【００２８】これにより、選択スイッチ４１は、第１の
リニアセンサ１０の信号出力ＯＵＴ１が飽和領域となる
直前に、第１のリニアセンサ１０の信号出力ＯＵＴ１に
代えて第２のリニアセンサ２０の信号出力ＯＵＴ２を映
像出力とする。このように、高感度の信号出力ＯＵＴ１
が飽和しないような入射光量の比較的少ない領域では信
号出力ＯＵＴ１を映像出力とし、高感度の信号出力ＯＵ
Ｔ１が飽和してしまうような入射光量の比較的多い領域
では低感度の信号出力ＯＵＴ２を映像出力とすることに
より、光入力に対するダイナミックレンジが拡大するこ
とになる。
リニアセンサ１０の信号出力ＯＵＴ１が飽和領域となる
直前に、第１のリニアセンサ１０の信号出力ＯＵＴ１に
代えて第２のリニアセンサ２０の信号出力ＯＵＴ２を映
像出力とする。このように、高感度の信号出力ＯＵＴ１
が飽和しないような入射光量の比較的少ない領域では信
号出力ＯＵＴ１を映像出力とし、高感度の信号出力ＯＵ
Ｔ１が飽和してしまうような入射光量の比較的多い領域
では低感度の信号出力ＯＵＴ２を映像出力とすることに
より、光入力に対するダイナミックレンジが拡大するこ
とになる。
【００２９】また、低感度の第２のリニアセンサ２０側
にアナログメモリ２９ａ，２９ｂを配置し、この第２の
リニアセンサ２０を副走査方向において高感度の第１の
リニアセンサ１０よりも先行する位置関係に配置したこ
とにより、低感度の第２のリニアセンサ２０は入射光量
が多い領域で使用されることから、アナログメモリ２９
ａ，２９ｂで発生する暗電流ノイズの影響を高感度の第
１のリニアセンサ１０の場合よりも受けないため、Ｓ／
Ｎの良い映像出力を導出できる。
にアナログメモリ２９ａ，２９ｂを配置し、この第２の
リニアセンサ２０を副走査方向において高感度の第１の
リニアセンサ１０よりも先行する位置関係に配置したこ
とにより、低感度の第２のリニアセンサ２０は入射光量
が多い領域で使用されることから、アナログメモリ２９
ａ，２９ｂで発生する暗電流ノイズの影響を高感度の第
１のリニアセンサ１０の場合よりも受けないため、Ｓ／
Ｎの良い映像出力を導出できる。
【００３０】なお、上記実施形態においては、センサ列
の各画素（Ｓ１，Ｓ２，……，Ｓ２０４８）をその配列
方向（主走査方向）において各ライン間で同じ位置にな
るように配置しており、その方が好ましいが、必ずしも
同じ位置である必要はなく、主走査方向の画素ピッチの
範囲でずれていても画質上問題とはならない。
の各画素（Ｓ１，Ｓ２，……，Ｓ２０４８）をその配列
方向（主走査方向）において各ライン間で同じ位置にな
るように配置しており、その方が好ましいが、必ずしも
同じ位置である必要はなく、主走査方向の画素ピッチの
範囲でずれていても画質上問題とはならない。
【００３１】また、上記実施形態では、２ライン構成の
リニアセンサに適用した場合について説明したが、２ラ
インに限定されるものではなく、３ライン以上の構成と
しても良く、各ラインの感度をより細分化して設定する
ことで、入射光量に対する信号出力の特性を、簡単な構
成でより対数特性に近いリニアセンサを構成することが
できる。
リニアセンサに適用した場合について説明したが、２ラ
インに限定されるものではなく、３ライン以上の構成と
しても良く、各ラインの感度をより細分化して設定する
ことで、入射光量に対する信号出力の特性を、簡単な構
成でより対数特性に近いリニアセンサを構成することが
できる。
【００３２】図９は、本発明の応用例を示す構成図であ
り、カラーリニアセンサに適用した場合を示す。図９に
おいて、Ｂ（青），Ｇ（緑），Ｒ（赤）に対応して３つ
のカラーリニアセンサ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒが設けら
れている。そして、これらカラーリニアセンサ５０Ｂ，
５０Ｇ，５０Ｒとして、図１に示したリニアセンサ、即
ちライン相互間の位置補正を行うアナログメモリを有す
るとともに、ライン相互間で感度が異なる構成のリニア
センサが用いられている。ただし、カラーリニアセンサ
であることから、センサ列の受光面の上に各色に対応し
たカラーフィルタが配されている点で図１の構成とは異
なる。
り、カラーリニアセンサに適用した場合を示す。図９に
おいて、Ｂ（青），Ｇ（緑），Ｒ（赤）に対応して３つ
のカラーリニアセンサ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒが設けら
れている。そして、これらカラーリニアセンサ５０Ｂ，
５０Ｇ，５０Ｒとして、図１に示したリニアセンサ、即
ちライン相互間の位置補正を行うアナログメモリを有す
るとともに、ライン相互間で感度が異なる構成のリニア
センサが用いられている。ただし、カラーリニアセンサ
であることから、センサ列の受光面の上に各色に対応し
たカラーフィルタが配されている点で図１の構成とは異
なる。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
少なくとも２ライン構成のリニアセンサにおいて、ライ
ン相互間の位置補正を行うアナログメモリを設け、各ラ
インの信号出力の同時化を図るとともに、ライン相互間
で感度を変えた構成としたことにより、入射光量に対し
てライン相互間で感度の異なる映像出力を得ることがで
きるので、入射光量が多い場合には感度の高いラインの
信号出力を用い、入射光量の少ない場合には感度の低い
ラインの信号出力を用いることにより、光入力に対する
ダイナミックレンジを拡大することが可能となる。
少なくとも２ライン構成のリニアセンサにおいて、ライ
ン相互間の位置補正を行うアナログメモリを設け、各ラ
インの信号出力の同時化を図るとともに、ライン相互間
で感度を変えた構成としたことにより、入射光量に対し
てライン相互間で感度の異なる映像出力を得ることがで
きるので、入射光量が多い場合には感度の高いラインの
信号出力を用い、入射光量の少ない場合には感度の低い
ラインの信号出力を用いることにより、光入力に対する
ダイナミックレンジを拡大することが可能となる。
【図１】本発明の一実施形態を示す構成図である。
【図２】ライン相互間でセンサ開口面積を変える場合の
構成図である。
構成図である。
【図３】ライン相互間で光学フィルタの透過率を変える
場合の構成図である。
場合の構成図である。
【図４】ライン相互間で蓄積時間を変える場合のタイミ
ングチャートである。
ングチャートである。
【図５】ライン相互間でＦＤ容量を変える場合の等価回
路図である。
路図である。
【図６】ライン相互間でアンプのゲインを変える場合の
回路図である。
回路図である。
【図７】高感度（ａ）および低感度（ｂ）の各入射光量
に対する信号出力の特性図である。
に対する信号出力の特性図である。
【図８】信号処理回路の構成の一例を示す回路図であ
る。
る。
【図９】カラーリニアセンサに適用した場合の応用例を
示す構成図である。
示す構成図である。
１０ 高感度のリニアセンサ １１，２１ 光
電変換部 １２，２２ センサ列 １３，２３ リ
ードアウトゲート １４，２４ ＣＣＤアナログシフトレジスタ １５，２５ オーバーフローゲート １５，２６ オーバーフロードレイン １７，２７ 電荷電圧変換部 １８，２８
出力回路 ２０ 低感度のリニアセンサ ２９ａ，２９
ｂ アナログメモリ ３１，３２ 光学フィルタ
電変換部 １２，２２ センサ列 １３，２３ リ
ードアウトゲート １４，２４ ＣＣＤアナログシフトレジスタ １５，２５ オーバーフローゲート １５，２６ オーバーフロードレイン １７，２７ 電荷電圧変換部 １８，２８
出力回路 ２０ 低感度のリニアセンサ ２９ａ，２９
ｂ アナログメモリ ３１，３２ 光学フィルタ
Claims (4)
- 【請求項１】 センサ列、このセンサ列で光電変換され
た信号電荷を読み出す読み出しゲート、この読み出しゲ
ートを介して読み出された信号電荷を転送する電荷転送
レジスタおよびこの電荷転送レジスタで転送された信号
電荷を電気信号に変換して出力する出力部を各々有する
少なくとも２ライン構成のリニアセンサであって、 ライン相互間の位置補正を行うべく前記読み出しゲート
と前記電荷転送レジスタとの間に配されたアナログメモ
リを備え、 ライン相互間で感度を変えたことを特徴とするリニアセ
ンサ。 - 【請求項２】 請求項１記載のリニアセンサにおいて、 前記センサ列相互間で感度を変えたことを特徴とするリ
ニアセンサ。 - 【請求項３】 請求項１記載のリニアセンサにおいて、 前記出力部相互間で感度を変えたことを特徴とするリニ
アセンサ。 - 【請求項４】 請求項１記載のリニアセンサにおいて、 前記アナログメモリは低感度側のラインに配されている
ことを特徴とするリニアセンサ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7316322A JPH09162381A (ja) | 1995-12-05 | 1995-12-05 | リニアセンサ |
| US08/752,375 US6028299A (en) | 1995-12-05 | 1996-12-04 | Linear image sensor device comprising first and second linear image sensor sections having first and second sensitivities |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7316322A JPH09162381A (ja) | 1995-12-05 | 1995-12-05 | リニアセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09162381A true JPH09162381A (ja) | 1997-06-20 |
Family
ID=18075845
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7316322A Pending JPH09162381A (ja) | 1995-12-05 | 1995-12-05 | リニアセンサ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6028299A (ja) |
| JP (1) | JPH09162381A (ja) |
Cited By (6)
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|---|---|---|---|---|
| JP2001267543A (ja) * | 2000-03-21 | 2001-09-28 | Sony Corp | 固体撮像素子およびこれを用いたカメラシステム |
| JP2004228246A (ja) * | 2003-01-21 | 2004-08-12 | Nec Electronics Corp | リニアイメージセンサ |
| US6791614B1 (en) | 1998-05-08 | 2004-09-14 | Nec Electronics Corporation | Color linear image sensor device with shutter function for charges in photodetectors and method of manufacturing the same |
| JP4799610B2 (ja) * | 2005-04-12 | 2011-10-26 | プランメカ オイ | Ｃｃｄセンサおよびｃｃｄセンサのダイナミック・レンジを拡大する方法 |
| JP2017084892A (ja) * | 2015-10-26 | 2017-05-18 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 撮像装置 |
| DE112021003373T5 (de) | 2020-06-23 | 2023-05-11 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Bildgebungsvorrichtung |
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| JP2000164848A (ja) * | 1998-11-27 | 2000-06-16 | Sony Corp | 固体撮像装置及びその駆動方法 |
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| US7084905B1 (en) * | 2000-02-23 | 2006-08-01 | The Trustees Of Columbia University In The City Of New York | Method and apparatus for obtaining high dynamic range images |
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1995
- 1995-12-05 JP JP7316322A patent/JPH09162381A/ja active Pending
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1996
- 1996-12-04 US US08/752,375 patent/US6028299A/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| US6028299A (en) | 2000-02-22 |
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