JPH09191432A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固体撮像素子を有する撮像装置において、ダ
イナミックレンジを拡大するとともに、垂直解像度を向
上させる。 【解決手段】 ４画素当たり８電極の４相駆動が行われ
る撮像素子に対し、第１の撮像期間Ｔ1 には、電荷掃き
出しパルス１５を印加してから第１の蓄積時間Ｔ1A経過
時に電荷読み出しパルス１１、１２で第１、第２水平画
素列の信号電荷を読み出し、垂直電荷転送素子でこれら
を加算する。第２の蓄積時間Ｔ1B経過時に電荷読み出し
パルス１３、１４で第３、第４水平画素列の信号電荷を
読み出す。そして、第２の撮像期間Ｔ2 では、先に第
３、第４水平画素列の信号電荷を読み出してこれらを加
算し、第１、第２水平画素列の信号電荷を読み出す。第
２、第４の蓄積時間経過時に読み出される第１〜第４水
平画素列の信号出力のそれぞれに、第１、第３の蓄積時
間経過時に読み出され且つ加算された信号出力を加算す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子を有
する撮像装置に関し、特に、ダイナミックレンジを拡大
させ且つ垂直解像度を向上させることのできる撮像装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】特開平７−１７７４３３号公報に、全画
素読み出し可能なインターライン型固体撮像素子を用い
てダイナミックレンジを拡大することのできる方法が開
示されている。

【０００３】以下、従来例として、上記公報に開示され
た全画素読み出し可能なインターライン型固体撮像素子
を有する撮像装置について説明する。

【０００４】図８にインターライン型固体撮像素子の概
略図を示す。図８において、４１は画素、４２は垂直電
荷転送素子、４３は水平電荷転送素子、４４は出力部、
４５は画像信号出力端子である。画素４１で光電変換さ
れた信号電荷は、読み出しパルスにより垂直電荷転送素
子４２に送られ、４相駆動パルスφＶ1 、φＶ2 、φＶ
3 、およびφＶ4 により水平電荷転送素子４３の方向へ
順に転送される。水平電荷転送素子４３は、垂直電荷転
送素子４２から転送されて来た水平一列分の信号電荷を
２相駆動パルスφＨ1 およびφＨ2 により出力部４４に
転送する。信号電荷は出力部４４で電圧に変換され、画
像信号出力端子４５より出力される。また、特開平７−
１７７４３３号公報には明記されていないが、全画素読
み出しを可能にするためには、１画素につき１転送段が
必要であるので、垂直電荷転送素子４２の構成として、
従来例では１画素当たり４電極の４相駆動としている。
さらに、水平奇数画素列の読み出しと水平偶数画素列の
読み出しが独立に行えるように、４相駆動パルスのうち
読み出しパルスの加わるφＶ1 を、φＶ1AとφＶ1Bとの
２つに分けて駆動できるようにしてある。

【０００５】図９に図８の固体撮像素子を用いた撮像装
置における撮像期間のタイミングチャートを示す。ＶD
は垂直同期信号であり、垂直ブランキング期間がＬｏｗ
電位で示され、ＨD は水平同期信号であり、水平ブラン
キング期間がＬｏｗ電位で示されている。また、φＶ1A
およびφＶ1Bは垂直電荷転送素子４２の４相駆動パルス
を代表して示したものであり、φＨ1 は水平電荷転送素
子４３の２相駆動パルスを代表して示したものである。
ＶSUB は、画素４１に蓄積された電荷を基板に掃き出す
ことのできる電荷掃き出しパルスを示している。

【０００６】５１は水平奇数列の画素４１の信号電荷を
垂直電荷転送素子４２に読み出す第１の電荷読み出しパ
ルスであり、５２は水平偶数列の画素４１の信号電荷を
垂直電荷転送素子４２に読み出す第２の電荷読み出しパ
ルスである。ＴA は、電荷掃き出しパルスＶSUB が印加
されてから第１の電荷読み出しパルス５１が印加される
までの期間で、水平奇数画素列の画素４１の信号電荷蓄
積時間に相当する。ＴB は、電荷掃き出しパルスＶSUB
が印加されてから第２の電荷読み出しパルス５２が印加
されるまでの期間で、水平偶数画素列の画素４１の信号
電荷蓄積時間に相当する。これにより、水平奇数画素列
の画素４１は、ほぼ垂直同期信号の一周期分電荷の蓄積
を行うのに対して、水平偶数画素列の画素は、垂直ブラ
ンキング期間より短い期間しか電荷の蓄積を行わないの
で、異なる光電変換特性を持つ出力信号が得られる。

【０００７】図１０および図１１に、それぞれ、水平奇
数画素列の画素４１および水平偶数画素列の画素４１の
撮像面照度と画素電荷量の関係を示す。これらの図にお
いて、ＰSAT ’は画素電荷の飽和量を示している。つま
り、図１０から明らかなように、水平奇数画素列の画素
４１は撮像面照度Ｅ1 ’で飽和する。また、図１１から
明らかなように、水平奇数画素列の画素４１より信号電
荷蓄積時間が短い水平偶数画素列の画素４１は、Ｅ1 ’
より大きな撮像面照度Ｅ2 ’で飽和する。

【０００８】図１２に、ダイナミックレンジの拡大処理
をした後の撮像面照度と映像信号出力の関係を示す。ダ
イナミックレンジの拡大処理は、水平奇数画素列の画素
４１からの出力信号と水平偶数画素列の画素４１からの
出力信号とを加算することにより行う。図１２から明ら
かなように、映像信号出力の飽和量はＳSAT ’になって
おり、この関係は、撮像面照度と映像信号出力における
ニー（ｋｎｅｅ）の特性として知られているものであ
る。これにより、ダイナミックレンジが拡大されている
ことがわかる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来例においては、垂直方向に連続する２つの水平画
素列からダイナミックレンジを拡大した１本の信号を作
っているので、垂直解像度が悪くなるという問題点があ
る。また、ダイナミックレンジの拡大率も、さらに向上
させることが必要とされている。さらに、従来例では、
構造の複雑な全画素読み出し可能なインターライン型固
体撮像素子を用いなければならないという問題点があ
る。

【００１０】そこで、本発明の第１の目的は、固体撮像
素子を有する撮像装置において、ダイナミックレンジを
拡大した場合であっても垂直解像度が劣化しない撮像装
置を提供することである。

【００１１】また、本発明の第２の目的は、固体撮像素
子を有する撮像装置において、ダイナミックレンジをさ
らに拡大することができる撮像装置を提供することであ
る。

【００１２】さらに、本発明の第３の目的は、固体撮像
素子を有する撮像装置において、全画素読み出し可能な
インターライン型固体撮像素子を用いることなくダイナ
ミックレンジの拡大率を向上させることができる撮像装
置を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の撮像装置は、水平および垂直に配列され
た複数の画素と、垂直画素列毎に設けられ垂直方向に電
荷を転送する複数の垂直電荷転送素子と、前記複数の垂
直電荷転送素子の一方に接続され且つ前記複数の垂直電
荷転送素子から転送される電荷を水平方向に転送する水
平電荷転送素子と、前記水平電荷転送素子により転送さ
れる電荷を電気信号に変換する出力回路とを備えた固体
撮像素子を有しており、前記固体撮像素子においては、
垂直方向に連続する第１水平画素列、第２水平画素列、
第３水平画素列および第４水平画素列の４つの水平画素
列で一つの水平画素列組が構成されており、第１の蓄積
時間経過時に前記水平画素列組から選択された連続する
２つの水平画素列の信号電荷を読み出し、第２の蓄積時
間経過時に前記水平画素列組の残りの２つの水平画素列
の信号電荷を読み出し、第３の蓄積時間経過時に前記水
平画素列組から選択された連続する２つの水平画素列の
信号電荷を読み出し、第４の蓄積時間経過時に前記水平
画素列組の残りの２つの水平画素列の信号電荷を読み出
すことができるように構成されている。

【００１４】また、請求項２の撮像装置は、前記第１〜
第４の蓄積時間経過時に読み出される前記２つの水平画
素列が、垂直方向に連続している。

【００１５】また、請求項３の撮像装置は、前記第１の
蓄積時間経過時に読み出される前記２つの水平画素列と
前記第４の蓄積時間経過時に読み出される前記２つの水
平画素列とが同じ水平画素列であり、前記第２の蓄積時
間経過時に読み出される前記２つの水平画素列と前記第
３の蓄積時間経過時に読み出される前記２つの水平画素
列とが同じ水平画素列である。

【００１６】また、請求項４の撮像装置は、前記第１の
蓄積時間経過時に読み出される前記２つの水平画素列の
信号電荷を前記垂直電荷転送素子内で加算し、前記第３
の蓄積時間経過時に読み出される前記２つの水平画素列
の信号電荷を前記垂直電荷転送素子内で加算することが
できるように構成されている。

【００１７】また、請求項５の撮像装置は、前記第１の
蓄積時間経過時に読み出され且つ前記垂直電荷転送素子
内で加算された信号出力と、前記第４の蓄積時間経過時
に読み出される信号出力とから、前記第４の蓄積時間経
過時に読み出される前記２つの水平画素列の位置に相当
する映像信号を形成し、前記第３の蓄積時間経過時に読
み出され且つ前記垂直電荷転送素子内で加算された信号
出力と、前記第２の蓄積時間経過時に読み出される信号
出力とから、前記第２の蓄積時間経過時に読み出される
前記２つの水平画素列の位置に相当する映像信号を形成
することができるように構成されている。

【００１８】また、請求項６の撮像装置は、前記第２の
蓄積時間経過時に読み出される前記２つの水平画素列の
信号電荷を前記垂直電荷転送素子内で加算し、前記第４
の蓄積時間経過時に読み出される前記２つの水平画素列
の信号電荷を前記垂直電荷転送素子内で加算することが
できるように構成されている。

【００１９】また、請求項７の撮像装置は、前記第２の
蓄積時間経過時に読み出され且つ前記垂直電荷転送素子
内で加算された信号出力と、前記第３の蓄積時間経過時
に読み出される信号出力とから、前記第３の蓄積時間経
過時に読み出される前記２つの水平画素列の位置に相当
する映像信号を形成し、前記第４の蓄積時間経過時に読
み出され且つ前記垂直電荷転送素子内で加算された信号
出力と、前記第１の蓄積時間経過時に読み出される信号
出力とから、前記第１の蓄積時間経過時に読み出される
前記２つの水平画素列の位置に相当する映像信号を形成
することができるように構成されている。

【００２０】また、請求項８の撮像装置は、前記第１の
蓄積時間経過時に前記第１水平画素列および前記第２水
平画素列の信号電荷を読み出し、前記第２の蓄積時間経
過時に前記第３水平画素列および前記第４水平画素列の
信号電荷を読み出し、前記第３の蓄積時間経過時に前記
第３水平画素列および前記第４水平画素列の信号電荷を
読み出し、前記第４の蓄積時間経過時に前記第１水平画
素列および前記第２水平画素列の信号電荷を読み出すこ
とができるように構成されている。

【００２１】また、請求項９の撮像装置は、前記第１の
蓄積時間経過時に読み出した前記第１水平画素列および
前記第２水平画素列の信号電荷を前記垂直電荷転送素子
内で加算し、前記第３の蓄積時間経過時に読み出した前
記第３水平画素列および前記第４水平画素列の信号電荷
を前記垂直電荷転送素子内で加算することができるよう
に構成されている。

【００２２】また、請求項１０の撮像装置は、前記第１
の蓄積時間経過時に読み出され且つ前記垂直電荷転送素
子内で加算された前記第１水平画素列および前記第２水
平画素列の信号出力と、前記第４の蓄積時間経過時に読
み出される前記第１水平画素列および前記第２水平画素
列の信号出力とから、前記第１水平画素列および前記第
２水平画素列の位置に相当する映像信号を形成し、前記
第３の蓄積時間経過時に読み出され且つ前記垂直電荷転
送素子内で加算された前記第３水平画素列および前記第
４水平画素列の信号出力と、前記第２の蓄積時間経過時
に読み出される前記第３水平画素列および前記第４水平
画素列の信号出力とから、前記第３水平画素列および前
記第４水平画素列の位置に相当する映像信号を形成する
ことができるように構成されている。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を一実施形態につき
図面を参照して説明する。

【００２４】図１に、本実施形態におけるインターライ
ン型固体撮像素子（ＣＣＤイメージセンサ）の概略図を
示す。図１において、１は画素、２は垂直電荷転送素
子、３は水平電荷転送素子、４は出力部、５は画像信号
出力端子である。画素１で光電変換された信号電荷は、
読み出しパルスにより垂直電荷転送素子２に送られ、８
相駆動パルスφＶ1 、φＶ2 、φＶ3 、φＶ4 、φＶ5
、φＶ6 、φＶ7 およびφＶ8 により水平電荷転送素
子３の方向へ順に転送される。水平電荷転送素子３は、
垂直電荷転送素子２から転送されて来た水平一列分の信
号電荷を２相駆動パルスφＨ1 およびφＨ2 により出力
部４に転送する。信号電荷は出力部４で電圧に変換さ
れ、画像信号出力端子５より出力される。垂直電荷転送
素子２の構成として、１画素当たり２電極つまり４画素
当たり８電極の８相駆動としている。また、画素１で光
電変換された信号電荷を垂直電荷転送素子２に読み出す
パルスは、８相駆動パルスのうちφＶ1 、φＶ3 、φＶ
5 およびφＶ7 に印加される。

【００２５】図２に、図１の固体撮像素子を用いた撮像
装置における撮像期間のタイミングチャートを示す。Ｖ
D は垂直同期信号であり、垂直ブランキング期間がＬｏ
ｗ電位で示され、ＨD は水平同期信号であり、水平ブラ
ンキング期間がＬｏｗ電位で示されている。また、φＶ
1 、φＶ3 、φＶ5 およびφＶ7 は垂直電荷転送素子２
の８相駆動パルスを代表して示したものであり、φＨ1
は水平電荷転送素子３の２相駆動パルスを代表して示し
たものである。ＶSUB は、画素１に蓄積された電荷を基
板に掃き出すことのできる電荷掃き出しパルス１５，１
６，１７，１８を示している。

【００２６】１１は、垂直方向に連続する４画素で構成
する４組の水平画素列のうち第１水平画素列の信号電荷
を垂直電荷転送素子２に読み出す第１の電荷読み出しパ
ルスφＶ1 である。また、１２は第２水平画素列の信号
電荷を垂直電荷転送素子２に読み出す第２の電荷読み出
しパルスφＶ3 であり、１３は第３水平画素列の信号電
荷を垂直電荷転送素子２に読み出す第３の電荷読み出し
パルスφＶ5 であり、１４は第４水平画素列の信号電荷
を垂直電荷転送素子２に読み出す第４の電荷読み出しパ
ルスφＶ7 である。

【００２７】Ｔ1 は第１の撮像期間を示し、Ｔ2 は第２
の撮像期間を示している。本実施形態の撮像装置におい
ては、第１の撮像期間Ｔ1 および第２の撮像期間Ｔ2 を
交互に繰り返すことで、撮像と出力を行うようになって
いる。Ｔ1Aは、第１の撮像期間Ｔ1 における第１の蓄積
時間である。この第１の蓄積時間Ｔ1Aは、電荷掃き出し
パルス１５が印加されてから第１の電荷読み出しパルス
１１および第２の電荷読み出しパルス１２が印加される
までの期間であり、第１水平画素列および第２水平画素
列の画素１の信号電荷蓄積時間に相当する。Ｔ1Bは、第
１の撮像期間Ｔ1 における第２の蓄積時間である。この
第２の蓄積時間Ｔ1Bは、電荷掃き出しパルス１６が印加
されてから第３の電荷読み出しパルス１３および第４の
電荷読み出しパルス１４が印加されるまでの期間であ
り、第３水平画素列および第４水平画素列の画素１の信
号電荷蓄積時間に相当する。

【００２８】Ｔ2Aは、第２の撮像期間Ｔ2 における第３
の蓄積時間である。この第３の蓄積時間Ｔ2Aは、電荷掃
き出しパルス１７が印加されてから第３の読み出しパル
ス１３および第４の電荷読み出しパルス１４が印加され
るまでの期間であり、第３水平画素列および第４水平画
素列の画素１の信号電荷蓄積時間に相当する。Ｔ2Bは、
第２の撮像期間Ｔ2 における第４の蓄積時間である。こ
の第４の蓄積時間Ｔ2Bは、電荷掃き出しパルス１８が印
加されてから第１の電荷読み出しパルス１１および第２
の電荷読み出しパルス１２が印加されるまでの期間であ
り、第１水平画素列および第２水平画素列の画素１の信
号電荷蓄積時間に相当する。

【００２９】本実施形態では、第１の撮像期間Ｔ1 と第
２の撮像期間Ｔ2 、第１の蓄積時間Ｔ1Aと第３の蓄積時
間Ｔ2A、および、第２の蓄積時間Ｔ2Bと第４の蓄積時間
Ｔ2Bは、それぞれ等しい時間としている。これは、後で
行う信号処理のバランスがよくなるようにするためであ
る。これにより、第１の蓄積時間Ｔ1Aおよび第３の蓄積
時間Ｔ2Aは、ほぼ第１、第２の撮像期間Ｔ1 、Ｔ2 から
垂直ブランキング期間を引いた時間だけ電荷の蓄積を行
うのに対して、第２の蓄積時間Ｔ1Bおよび第４の蓄積時
間Ｔ2Bは、垂直ブランキング期間より短い期間しか電荷
の蓄積を行わないので、それぞれについて２種類の異な
る光電変換特性を持つ出力信号が得られる。

【００３０】また、時刻ｔ1 は、第１の撮像期間Ｔ1 に
おいて、第１の電荷読み出しパルス１１および第２の電
荷読み出しパルス１２が印加されるタイミングを示し、
時刻ｔ2 は、第１の撮像期間Ｔ1 において、第３の電荷
読み出しパルス１３および第４の電荷読み出しパルス１
４が印加されるタイミングを示す。また、時刻ｔ3 は、
第２の撮像期間Ｔ2 において、第３の読み出しパルス１
３および第４の電荷読み出しパルス１４が印加されるタ
イミングを示し、時刻ｔ4 は、第２の撮像期間Ｔ2 にお
いて、第１の電荷読み出しパルス１１および第２の電荷
読み出しパルス１２が印加されるタイミングを示す。

【００３１】図３は、４画素当たり８電極で構成した垂
直電荷転送素子２を８相駆動したときの第１の撮像期間
Ｔ1 における信号電荷の転送状態を模式的に表した図で
あり、垂直方向に連続する４つの水平画素列（各列の代
表画素をＰ1 、Ｐ2 、Ｐ3 およびＰ4 で示す）で一つの
水平画素列組が構成されている。図３において、２１
は、信号電荷が蓄積状態にある垂直電荷転送素子２の電
極を示しており、２２は、信号電荷が存在していないバ
リア状態にある垂直電荷転送素子２の電極を示してい
る。時刻ｔ1 および時刻ｔ2 は、図２の時刻ｔ1 および
時刻ｔ2 にそれぞれ対応しており、時刻ｔ1 において、
第１の画素Ｐ1 および第２の画素Ｐ2 の信号電荷が読み
出され、時刻ｔ2 において、第３の画素Ｐ3 および第４
の画素Ｐ4 の信号電荷が読み出される。

【００３２】この図３から明らかなように、本実施形態
では、第１の画素Ｐ1 および第２の画素Ｐ2 の２画素分
を加算した信号電荷と、第３の画素Ｐ3 および第４の画
素Ｐ4 の２つの画素の加算されていない信号電荷との３
つの信号電荷を、それぞれ独立に読み出しおよび転送す
ることができる。なお、垂直方向に連続する４画素Ｐ1
、Ｐ2 、Ｐ3 、Ｐ4 の組からの信号電荷を読み出す画
素の組み合わせは、連続する２画素を組にするのであれ
ば、第１の画素Ｐ1 および第２の画素Ｐ2 と第３の画素
Ｐ3 および第４の画素Ｐ4 とに限らず、第２の画素Ｐ2
および第３の画素Ｐ3 と第４の画素Ｐ4 および次の４画
素の組の第１の画素Ｐ1 とでもよい。

【００３３】また、図示省略するが、第２の撮像期間Ｔ
2 では、時刻ｔ3 において、第３の画素Ｐ3 および第４
の画素Ｐ4 の信号電荷が読み出され、時刻ｔ4 におい
て、第１の画素Ｐ1 および第２の画素Ｐ2 の信号電荷が
読み出される。そして、第３の画素Ｐ3 および第４の画
素Ｐ4 の２画素分を加算した信号電荷と、第１の画素Ｐ
1 および第２の画素Ｐ2 の２つの画素の加算されていな
い信号電荷との３つの信号電荷が、それぞれ独立に転送
される。

【００３４】図４は、図１に示す固体撮像素子を備えた
本実施形態の撮像装置のブロック図である。図４におい
て、３２は図１に示す固体撮像素子であり、３１は、固
体撮像素子３２に被写体像を投影するための撮像光学系
であって、レンズ、絞り、機械式シャッタ等で構成され
ている。また、３３は撮像光学系３１および固体撮像素
子３２を駆動するための駆動回路、３４は固体撮像素子
３２からの信号を処理する信号処理回路である。３５は
信号処理回路３４からの信号を記憶する画像メモリ、３
６は映像信号出力端子、３７は駆動回路３３、画像メモ
リ３５および信号処理回路３４に制御信号を与えて撮像
装置全体を制御する同期制御回路である。この撮像装置
は、図２に示すタイミングで駆動される。

【００３５】図５に、第１の撮像期間Ｔ1 における第１
水平画素列および第２水平画素列の画素（第１の蓄積時
間Ｔ1Aに対応）、並びに、第２の撮像期間Ｔ2 における
第３水平画素列および第４水平画素列の画素（第３の蓄
積時間Ｔ2Aに対応）の撮像面照度と画素電荷量の関係を
示す。図５において、ＰSAT は、画素電荷の飽和量を示
している。つまり、図５から明らかなように、これらの
画素は、撮像面照度Ｅ1 で飽和する。

【００３６】図６に、第１の撮像期間Ｔ1 における第３
水平画素列および第４水平画素列の画素（第２の蓄積時
間Ｔ1Bに対応）、並びに、第２の撮像期間Ｔ2 における
第１水平画素列および第２水平画素列の画素（第４の蓄
積時間Ｔ2Bに対応）の撮像面照度と画素電荷量の関係を
示す。第２の蓄積時間Ｔ1Bおよび第４の蓄積時間Ｔ2B
は、第１の蓄積時間Ｔ1Aおよび第３の蓄積時間Ｔ2Aより
信号電荷蓄積時間が短いので、図６で画素電荷が飽和量
ＰSAT となるときの撮像面照度Ｅ2 は、図５で説明した
撮像面照度Ｅ1 より大きい。

【００３７】図７に、ダイナミックレンジの拡大処理を
した後の撮像面照度と映像信号出力の関係を示す。ダイ
ナミックレンジの拡大処理は、画像信号の加算で行って
いる。

【００３８】次に、本実施形態の撮像装置の動作につい
て、図１〜図７を用いて説明する。

【００３９】まず、撮像光学系３１により、被写体像が
固体撮像素子３２に投影される。本実施形態において
は、第１の撮像期間Ｔ1 および第２の撮像期間Ｔ2 を繰
り返すことで、撮像と出力を行うようになっている。第
１の撮像期間Ｔ1 においては、固体撮像素子３２に電荷
掃き出しパルス１５が印加されてから第１の蓄積時間Ｔ
1Aだけ電荷の蓄積が行われ、ｔ1 のタイミングで第１の
電荷読み出しパルス１１および第２の電荷読み出しパル
ス１２が印加される。これにより、第１水平画素列およ
び第２水平画素列の画素の信号電荷が、垂直電荷転送素
子２に読み出され、さらに、図３に示したように垂直電
荷転送素子２において加算される。

【００４０】次に、電荷掃き出しパルス１６が印加され
てから第２の蓄積時間Ｔ1Bだけ電荷の蓄積が行われ、ｔ
2 のタイミングで第３の電荷読み出しパルス１３および
第４の電荷読み出しパルス１４が印加される。これによ
り、第３水平画素列および第４水平画素列の画素の信号
電荷が、垂直電荷転送素子２にそれぞれ読み出される。
このときの状態は図３の時刻ｔ2 の状態であり、垂直電
荷転送素子２の８相の電極下には、第１の画素Ｐ1 およ
び第２の画素Ｐ2 の信号電荷を加算した信号電荷、第３
の画素Ｐ3 の信号電荷、並びに、第４の画素Ｐ4 の信号
電荷の３つが独立に読み出されて存在している。

【００４１】これらの第１の撮像期間Ｔ1 に画素１から
読み出された３つの独立した信号電荷は、つづく第２の
撮像期間Ｔ2 の間の水平ブランキング期間毎に８相の垂
直転送パルスにより１列づつ水平電荷転送素子３に転送
され、水平有効期間に２相の水平転送により出力部４に
転送される。そして、出力部４で電圧に変換され、画像
信号出力端子５より画像信号として出力される。第１の
撮像期間Ｔ1 で撮像され、つづく第２の撮像期間Ｔ2 で
出力された画像信号は、信号処理回路３４において必要
な信号処理を施された後、画像メモリ３５に記憶され
る。

【００４２】第２の撮像期間Ｔ2 においては、固体撮像
素子３２に電荷掃き出しパルス１７が印加されてから第
３の蓄積時間Ｔ2Aだけ電荷の蓄積が行われ、ｔ3 のタイ
ミングで第３の電荷読み出しパルス１３および第４の電
荷読み出しパルス１４が印加される。これにより、第３
水平画素列および第４水平画素列の画素の信号電荷が、
垂直電荷転送素子２に読み出され、さらに、垂直電荷転
送素子２において加算される。

【００４３】つぎに、電荷掃き出しパルス１８が印加さ
れてから第４の蓄積時間Ｔ2Bだけ電荷の蓄積が行われ、
ｔ4 のタイミングで第１の電荷読み出しパルス１１およ
び第２の電荷読み出しパルス１２が印加される。これに
より、第１水平画素列および第２水平画素列の画素の信
号電荷が、垂直電荷転送素子２にそれぞれ読み出され
る。このとき、垂直電荷転送素子２の８相の電極下に
は、第３の画素Ｐ3 および第４の画素Ｐ4 の信号電荷を
加算した信号電荷、第１の画素Ｐ1 の信号電荷、並び
に、第２の画素Ｐ2 の信号電荷の３つが独立に読み出さ
れて存在している。

【００４４】これらの第２の撮像期間Ｔ2 に画素１から
読み出された信号電荷は、つづく第１の撮像期間Ｔ1 の
間の水平ブランキング期間毎に８相の垂直転送パルスに
より１列づつ水平電荷転送素子３に転送され、水平有効
期間に２相の水平転送により出力部４に転送される。そ
して、出力部４で電圧に変換され、画像信号出力端子５
より画像信号として出力される。第２の撮像期間Ｔ2 で
撮像され、つづく第１の撮像期間Ｔ1 で出力された画像
信号は、信号処理回路３４において必要な信号処理を施
された後、画像メモリ３５に記憶されている第１の撮像
期間Ｔ1 に撮像された画像信号とともにダイナミックレ
ンジの拡大処理を施される。

【００４５】ダイナミックレンジの拡大処理は、画像信
号の加算で行われる。まず、第２の撮像期間Ｔ2 に撮像
された第１水平画素列および第２水平画素列の２つの画
像信号（第４の蓄積時間Ｔ2Bに対応）のそれぞれに、第
１の撮像期間Ｔ1 に撮像されて画像メモリ３５に記憶さ
れている第１水平画素列および第２水平画素列を加算し
た画像信号（第１の蓄積時間Ｔ1Aに対応）が加算され
て、それぞれ第１水平画素列の画像信号および第２水平
画素列の画像信号とされる。

【００４６】さらに、第１の撮像期間Ｔ1 で撮像された
画像メモリ３５に記憶されている第３水平画素列および
第４水平画素列の画像信号（第２の蓄積時間Ｔ1Bに対
応）のそれぞれに、第２の撮像期間Ｔ2 で撮像されて第
３水平画素列および第４水平画素列を加算した画像信号
（第３の蓄積時間Ｔ2Aに対応）が加算されて、それぞれ
第３水平画素列の画像信号および第４水平画素列の画像
信号とされる。

【００４７】これらダイナミックレンジの拡大処理を施
された画像信号は、映像信号として必要な信号処理を施
された後、映像信号出力端子３６から出力される。この
映像信号の特性は、図７に示すように、図５に示された
光電変換特性の画素２つ分の飽和量ＰSAT と、図６に示
された光電変換特性の画素１つ分の飽和量ＰSAT とを加
算した画素電荷の飽和量ＳSAT を持つものとなる。本実
施形態では、図５で示す光電変換特性の画素２つからの
信号電荷を加算しているので、感度と映像信号出力の飽
和量ＳSAT も従来例より高くなっている。この関係は、
撮像面照度と映像信号出力におけるニー（ｋｎｅｅ）特
性として知られているもので、これにより、従来以上に
ダイナミックレンジを拡大することが可能となる。

【００４８】さらに、第１水平画素列、第２水平画素
列、第３水平画素列および第４水平画素列の映像信号す
べてを作ることができるので、垂直解像度も向上させる
ことができる。さらに、本実施形態では、固体撮像素子
が全画素読み出し可能なインターライン型固体撮像素子
ではなく、４画素当たり８電極の８相駆動で動作するの
で、撮像素子の構造を簡略化でき、撮像装置が安価であ
る。

【００４９】以上説明した本実施形態では、垂直電荷転
送素子２を１画素２電極つまり４画素８電極の組で構成
したインターライン型固体撮像素子を用いて、垂直電荷
転送素子２を８相駆動させることで、第１の撮像期間Ｔ
1 に撮像された第１水平画素列および第２水平画素列の
信号電荷を加算した信号電荷、第３水平画素列の信号電
荷、並びに、第４水平画素列の信号電荷の３つを独立に
読み出し、第２の撮像期間Ｔ2 に撮像された第３水平画
素列および第４水平画素列の信号電荷を加算した信号電
荷、第１水平画素列の信号電荷、並びに、第２水平画素
列の信号電荷の３つを独立に読み出し、これらを適宜組
み合わせて加算することにより第１〜第４水平画素列の
それぞれについて得られる信号電荷の飽和量を大きくす
ることができるので、構造の簡単なインターライン型固
体撮像素子を用いて、ダイナミックレンジが拡大処理さ
れた映像信号を作ることができるとともに、垂直解像度
も向上させることができる。

【００５０】なお、本実施形態では、第１の撮像期間Ｔ
1 と第２の撮像期間Ｔ2 とが同じタイミングで繰り返さ
れる前提で説明しているが、第２の撮像期間Ｔ2 に撮像
された画像信号を、第１の撮像期間Ｔ1 と異なるタイミ
ングで読み出してもよい。この場合は、第１の撮像期間
Ｔ1 に撮像された画像信号と第２の撮像期間Ｔ2 に撮像
された画像信号から１画面分だけのダイナミックレンジ
の拡大処理を施された映像信号を作ることもできる。ま
た、第２の撮像期間Ｔ2 に撮像された画像信号に必要な
信号処理を施した後、画像メモリ３５に記憶してもよ
い。この場合は、第２の撮像期間Ｔ2 につづく第１の撮
像期間Ｔ1 に撮像された画像信号と画像メモリ３５に記
憶されている第２の撮像期間Ｔ2 に撮像された画像信号
からダイナミックレンジの拡大処理を施された映像信号
を作ることもできる。さらに、ダイナミックレンジの拡
大処理を施された画像信号、あるいは、ダイナミックレ
ンジの拡大処理を施された映像信号を画像メモリ３５に
記憶してもよい。

【００５１】また、本実施形態では、第１の蓄積時間Ｔ
1Aおよび第３の蓄積時間Ｔ2Aに読み出した信号電荷を加
算するようにしたが、第２の蓄積時間Ｔ1Bおよび第４の
蓄積時間Ｔ2Bに読み出した信号電荷を加算するようにし
てもよい。

【００５２】また、本実施形態において、撮像素子３２
として、全画素読み出し可能なインターライン型固体撮
像素子を用いてもよい。この場合、第１の撮像期間Ｔ1
に撮像された第１水平画素列、第２水平画素列、第３水
平画素列および第４水平画素列の画素の信号電荷を独立
に読み出すことができ、かつ、第２の撮像期間Ｔ2 に撮
像された第１水平画素列、第２水平画素列、第３水平画
素列および第４水平画素列の画素の信号電荷も独立に読
み出すことができる。従って、第１の撮像期間Ｔ1 に撮
像された第１水平画素列の画像信号と第２の撮像期間Ｔ
2 に撮像された第１水平画素列の画像信号、第１の撮像
期間Ｔ1 に撮像された第２水平画素列の画像信号と第２
の撮像期間Ｔ2 に撮像された第２水平画素列の画像信
号、第１の撮像期間Ｔ1 に撮像された第３水平画素列の
画像信号と第２の撮像期間Ｔ2 に撮像された第３水平画
素列の画像信号、および、第１の撮像期間Ｔ1 に撮像さ
れた第４水平画素列の画像信号と第２の撮像期間Ｔ2 に
撮像された第４水平画素列の画像信号をそれぞれ加算す
ることで、ダイナミックレンジの拡大処理が行われ、か
つ、垂直解像度の改善された映像信号を作ることができ
る。なお、この場合、画素信号電荷を読み出すに当たっ
ては連続する２つの水平画素列から読み出すひつようが
ない。また、第１〜第４水平画素列を撮像するための蓄
積時間Ｔ1A、Ｔ1B、Ｔ2A、Ｔ2Bはすべて同じとする。

【００５３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、固
体撮像素子を有する撮像装置において、ダイナミックレ
ンジを拡大させることおよび垂直解像度を向上させるこ
とが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における固体撮像素子の概
略を示す図である。

【図２】本発明の一実施形態におけるタイミングチャー
トを示す図である。

【図３】本発明の一実施形態における垂直電荷転送素子
の信号電荷の転送状態を模式的に表した図である。

【図４】本発明の一実施形態における撮像装置のブロッ
ク図である。

【図５】本発明の一実施形態における画素の光電変換特
性を示す図である。

【図６】本発明の一実施形態における画素の光電変換特
性を示す図である。

【図７】本発明の一実施形態における撮像特性を示す図
である。

【図８】従来例における固体撮像素子の概略を示す図で
ある。

【図９】従来例におけるタイミングチャートを示す図で
ある。

【図１０】従来例における画素の光電変換特性を示す図
である。

【図１１】従来例における画素の光電変換特性を示す図
である。

【図１２】従来例における撮像特性を示す図である。

【符号の説明】

１ 画素 ２ 垂直電荷転送素子 ３ 水平電荷転送素子 ４ 出力部 ５ 信号出力端子 ３１ 撮像光学系 ３２ 撮像素子 ３３ 駆動回路 ３４ 信号処理回路 ３５ 画像メモリ ３６ 映像信号出力端子 ３７ 制御信号発生回路 ＶD 垂直同期信号 ＨD 水平同期信号 ＶSUB 電荷掃き出しパルス Ｔ1 第１の撮像期間 Ｔ2 第２の撮像期間 Ｔ1A 第１の蓄積時間 Ｔ1B 第２の蓄積時間 Ｔ2A 第３の蓄積時間 Ｔ2B 第４の蓄積時間 ＰSAT 画素の飽和電荷量 Ｅ1 、Ｅ2 画素が飽和したときの撮像面照度

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平および垂直に配列された複数の画素
   と、垂直画素列毎に設けられ垂直方向に電荷を転送する
   複数の垂直電荷転送素子と、前記複数の垂直電荷転送素
   子の一方に接続され且つ前記複数の垂直電荷転送素子か
   ら転送される電荷を水平方向に転送する水平電荷転送素
   子と、前記水平電荷転送素子により転送される電荷を電
   気信号に変換する出力回路とを備えた固体撮像素子を有
   しており、 前記固体撮像素子においては、垂直方向に連続する第１
   水平画素列、第２水平画素列、第３水平画素列および第
   ４水平画素列の４つの水平画素列で一つの水平画素列組
   が構成されており、 第１の蓄積時間経過時に前記水平画素列組から選択され
   た２つの水平画素列の信号電荷を読み出し、第２の蓄積
   時間経過時に前記水平画素列組の残りの２つの水平画素
   列の信号電荷を読み出し、 第３の蓄積時間経過時に前記水平画素列組から選択され
   た２つの水平画素列の信号電荷を読み出し、第４の蓄積
   時間経過時に前記水平画素列組の残りの２つの水平画素
   列の信号電荷を読み出すことができるように構成されて
   いることを特徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】 前記第１〜第４の蓄積時間経過時に読み
   出される前記２つの水平画素列が、垂直方向に連続して
   いることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 【請求項３】 前記第１の蓄積時間経過時に読み出され
   る前記２つの水平画素列と前記第４の蓄積時間経過時に
   読み出される前記２つの水平画素列とが同じ水平画素列
   であり、前記第２の蓄積時間経過時に読み出される前記
   ２つの水平画素列と前記第３の蓄積時間経過時に読み出
   される前記２つの水平画素列とが同じ水平画素列である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 【請求項４】 前記第１の蓄積時間経過時に読み出され
   る前記２つの水平画素列の信号電荷を前記垂直電荷転送
   素子内で加算し、 前記第３の蓄積時間経過時に読み出される前記２つの水
   平画素列の信号電荷を前記垂直電荷転送素子内で加算す
   ることができるように構成されていることを特徴とする
   請求項３に記載の撮像装置。
5. 【請求項５】 前記第１の蓄積時間経過時に読み出され
   且つ前記垂直電荷転送素子内で加算された信号出力と、
   前記第４の蓄積時間経過時に読み出される信号出力とか
   ら、前記第４の蓄積時間経過時に読み出される前記２つ
   の水平画素列の位置に相当する映像信号を形成し、 前記第３の蓄積時間経過時に読み出され且つ前記垂直電
   荷転送素子内で加算された信号出力と、前記第２の蓄積
   時間経過時に読み出される信号出力とから、前記第２の
   蓄積時間経過時に読み出される前記２つの水平画素列の
   位置に相当する映像信号を形成することができるように
   構成されていることを特徴とする請求項４に記載の撮像
   装置。
6. 【請求項６】 前記第２の蓄積時間経過時に読み出され
   る前記２つの水平画素列の信号電荷を前記垂直電荷転送
   素子内で加算し、 前記第４の蓄積時間経過時に読み出される前記２つの水
   平画素列の信号電荷を前記垂直電荷転送素子内で加算す
   ることができるように構成されていることを特徴とする
   請求項３に記載の撮像装置。
7. 【請求項７】 前記第２の蓄積時間経過時に読み出され
   且つ前記垂直電荷転送素子内で加算された信号出力と、
   前記第３の蓄積時間経過時に読み出される信号出力とか
   ら、前記第３の蓄積時間経過時に読み出される前記２つ
   の水平画素列の位置に相当する映像信号を形成し、 前記第４の蓄積時間経過時に読み出され且つ前記垂直電
   荷転送素子内で加算された信号出力と、前記第１の蓄積
   時間経過時に読み出される信号出力とから、前記第１の
   蓄積時間経過時に読み出される前記２つの水平画素列の
   位置に相当する映像信号を形成することができるように
   構成されていることを特徴とする請求項６に記載の撮像
   装置。
8. 【請求項８】 前記第１の蓄積時間経過時に前記第１水
   平画素列および前記第２水平画素列の信号電荷を読み出
   し、前記第２の蓄積時間経過時に前記第３水平画素列お
   よび前記第４水平画素列の信号電荷を読み出し、 前記第３の蓄積時間経過時に前記第３水平画素列および
   前記第４水平画素列の信号電荷を読み出し、前記第４の
   蓄積時間経過時に前記第１水平画素列および前記第２水
   平画素列の信号電荷を読み出すことができるように構成
   されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装
   置。
9. 【請求項９】 前記第１の蓄積時間経過時に読み出した
   前記第１水平画素列および前記第２水平画素列の信号電
   荷を前記垂直電荷転送素子内で加算し、 前記第３の蓄積時間経過時に読み出した前記第３水平画
   素列および前記第４水平画素列の信号電荷を前記垂直電
   荷転送素子内で加算することができるように構成されて
   いることを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
10. 【請求項１０】 前記第１の蓄積時間経過時に読み出さ
    れ且つ前記垂直電荷転送素子内で加算された前記第１水
    平画素列および前記第２水平画素列の信号出力と、前記
    第４の蓄積時間経過時に読み出される前記第１水平画素
    列および前記第２水平画素列の信号出力とから、前記第
    １水平画素列および前記第２水平画素列の位置に相当す
    る映像信号を形成し、 前記第３の蓄積時間経過時に読み出され且つ前記垂直電
    荷転送素子内で加算された前記第３水平画素列および前
    記第４水平画素列の信号出力と、前記第２の蓄積時間経
    過時に読み出される前記第３水平画素列および前記第４
    水平画素列の信号出力とから、前記第３水平画素列およ
    び前記第４水平画素列の位置に相当する映像信号を形成
    することができるように構成されていることを特徴とす
    る請求項９に記載の撮像装置。