JPH10304249A - Solid-state image pickup device - Google Patents

Solid-state image pickup device

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JPH10304249A
JPH10304249A JP9104824A JP10482497A JPH10304249A JP H10304249 A JPH10304249 A JP H10304249A JP 9104824 A JP9104824 A JP 9104824A JP 10482497 A JP10482497 A JP 10482497A JP H10304249 A JPH10304249 A JP H10304249A
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JP
Japan
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photoelectric conversion
signal
conversion elements
solid
state imaging
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Application number
JP9104824A
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Japanese (ja)
Inventor
Sumio Sakai
澄夫 酒井
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state image pickup device in which flicker effects are reduced. SOLUTION: In the device, a read period of a photo diode of a CMOS sensor 5 is set to a multiple of (n+1/2) of a flicker period of a fluorescent light (n is integer). Thus, a phase of an output signal (d) of an A/D converter 7 and a phase of an output signal (e) of a frame memory 14 are shifted by 180 deg. (flicker phase is inverted for each frame) and an output signal (f) of an adder 13 that is an image pickup signal is obtained, where the flicker component for each frame is reduced by using the adder 13 to integrate (sum) the signals (d), (e).

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はパソコン用カメラや
電子スチルカメラなどに使用される固体撮像素子とし
て、CMOSイメージセンサーを用いた、固体撮像装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state imaging device using a CMOS image sensor as a solid-state imaging device used for a personal computer camera, an electronic still camera, or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、カラーカメラには撮像管が使用さ
れてきた。これは、画像の画素をひとつひとつ考えるよ
うなものではなく、いわゆる連続したアナログ信号であ
り、撮像管の光導電層に蓄積された画像情報は、隣接し
た水平方向の各情報間で、できる限り漏れを少なくする
ような構造で保存し、電子ビームの水平方向の連続走査
によって連続信号として取り出していた。
2. Description of the Related Art Conventionally, an image pickup tube has been used in a color camera. This is not to consider each pixel of the image one by one, but is a so-called continuous analog signal, and the image information stored in the photoconductive layer of the image pickup tube leaks as much as possible between adjacent information in the horizontal direction. And stored as a continuous signal by continuous scanning of the electron beam in the horizontal direction.

【0003】しかし、CCD( Charge Coupled Device
= 電荷結合素子)に代表される固体撮像素子が開発さ
れて以来、撮像管は放送局用や特殊用途用以外では用い
られなくなり、ほとんどが固体撮像素子に置き代えられ
ている。
However, a CCD (Charge Coupled Device)
Since the development of solid-state imaging devices typified by charge-coupled devices, imaging tubes are no longer used for purposes other than those for broadcast stations and special applications, and are mostly replaced by solid-state imaging devices.

【0004】固体撮像素子の場合、前記撮像管と異な
り、それぞれの画素ははっきりと独立した形で記憶され
ていて、撮像管の電子ビーム走査に相当するものは、ク
ロックと呼ばれる読み出し用の基準になる連続パルスで
ある。そして、各画素情報は信号電荷として蓄えられて
いて、クロックパルスで順次転送され、読み出して並べ
られて、テレビジョン信号となる。
In the case of a solid-state image pickup device, unlike the above-mentioned image pickup tube, each pixel is stored in a clearly independent manner, and the one corresponding to the electron beam scanning of the image pickup tube is based on a reading reference called a clock. This is a continuous pulse. Each pixel information is stored as a signal charge, sequentially transferred by a clock pulse, read out and arranged, and becomes a television signal.

【0005】一方、近年、CCDにかわる固体撮像素子
として、CMOSイメージセンサーが開発製造されてい
る。このCMOSイメージセンサー(以下、単にCMO
Sセンサーともいう)は、LSIメモリやプロセッサと
同じ、CMOSプロセスで作製される。このため、単一
電源で動作し、CCD撮像素子と比べ、超低消費電力
(約1/10)で動作する。さらに、撮像部と素子駆動
回路を1チップに集積でき、高密度な高精細画素を構成
可能であるといった優れた特徴を有する。
On the other hand, in recent years, CMOS image sensors have been developed and manufactured as solid-state imaging devices replacing CCDs. This CMOS image sensor (hereinafter simply referred to as CMO)
The S sensor is also manufactured by the same CMOS process as the LSI memory and the processor. Therefore, it operates with a single power supply and operates with ultra-low power consumption (about 1/10) as compared with a CCD image sensor. Further, it has an excellent feature that an imaging section and an element driving circuit can be integrated on one chip, and high-density and high-definition pixels can be configured.

【0006】図3は固体撮像素子としてCMOSセンサ
ーを用いた従来の固体撮像装置の構成例を示すブロック
図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of a conventional solid-state imaging device using a CMOS sensor as a solid-state imaging device.

【0007】図3において、商用電源1より電力の供給
された蛍光灯2は、固体撮像装置の被写体3を照らして
いる。ここで、前記被写体3は、後述の説明の都合上、
全面に渡り均一な反射率を有する、例えば白い紙が選ば
れている。
In FIG. 3, a fluorescent lamp 2 supplied with power from a commercial power supply 1 illuminates a subject 3 of a solid-state imaging device. Here, the subject 3 is,
For example, white paper having a uniform reflectance over the entire surface is selected.

【0008】また、図3における固体撮像装置は、被写
体3をCMOSセンサー5上に結像させるためのレンズ
4と、結像された像を電気信号に変換するCMOSセン
サー5と、CMOSセンサー5が結像された像を電気信
号に変換するための各種のタイミング信号を発生供給す
るシステムクロック11,駆動パルス発生部12,並び
に電子シャッターパルス発生部10と、入力された信号
を増幅するアンプ6と、アナログ信号をディジタル信号
に変換するA/D変換器7と、入力された信号(撮像信
号)を、例えば、輝度信号と色信号に分離された映像信
号として出力する信号処理部8と、例えば1V(垂直)
期間の輝度信号を入力し、画像の明暗情報を前記電子シ
ャッターパルス発生部10に供給する積算器9とにより
構成される。
The solid-state imaging device shown in FIG. 3 includes a lens 4 for imaging the subject 3 on the CMOS sensor 5, a CMOS sensor 5 for converting the formed image to an electric signal, and a CMOS sensor 5. A system clock 11, which supplies various timing signals for converting the formed image into electric signals, a drive pulse generator 12, an electronic shutter pulse generator 10, and an amplifier 6 which amplifies the input signal; An A / D converter 7 for converting an analog signal into a digital signal, a signal processing unit 8 for outputting an input signal (imaging signal) as a video signal separated into, for example, a luminance signal and a chrominance signal, 1V (vertical)
It comprises an integrator 9 which receives a luminance signal of a period and supplies brightness information of an image to the electronic shutter pulse generator 10.

【0009】以上のように構成された固体撮像装置にお
いて、被写体3からの反射光はレンズ4を通り、CMO
Sセンサー5に入る。CMOSセンサー5の出力はアン
プ6で増幅された後、A/D変換器7によりディジタル
信号に変換され、信号処理回路8にて輝度信号aと色信
号bに分離され、カメラブロックの出力となり、図示し
ないパソコン等のインターフェース回路に供給される。
In the solid-state imaging device configured as described above, the reflected light from the subject 3 passes through the lens 4 and
Enter the S sensor 5. After the output of the CMOS sensor 5 is amplified by the amplifier 6, it is converted into a digital signal by the A / D converter 7, separated into a luminance signal a and a chrominance signal b by the signal processing circuit 8, and becomes an output of the camera block. It is supplied to an interface circuit such as a personal computer (not shown).

【0010】ところで、図4はCMOSセンサー5の内
部構成を示した図である。図4に示すように、CMOS
センサー5(垂直シフトレジスター20,21および水
平シフトレジスター22)に加えられるパルスとして
は、垂直方向の信号読み出し開始位置を決めるパルスV
Pと、水平方向の信号読み出し開始位置を決めるパルス
HPと、水平読み出しの時間を決めるパルスCLKと、
電子シャッターの値を決めるパルスESPとがある。
FIG. 4 is a diagram showing the internal configuration of the CMOS sensor 5. As shown in FIG.
The pulse applied to the sensor 5 (the vertical shift registers 20 and 21 and the horizontal shift register 22) is a pulse V that determines a signal reading start position in the vertical direction.
P, a pulse HP for determining a horizontal signal read start position, a pulse CLK for determining a horizontal read time,
There is a pulse ESP that determines the value of the electronic shutter.

【0011】このうちESPパルスは図3の電子シャッ
ターパルス発生部10より発生し、VP,HP,CLK
パルスは図3の駆動パルス発生部12より発生される。
駆動パルス発生部12はシステムクロック11からのシ
ステムクロック11を基に各パルスを分周して作成され
る。
The ESP pulse is generated by the electronic shutter pulse generator 10 shown in FIG.
The pulse is generated by the drive pulse generator 12 in FIG.
The drive pulse generator 12 is created by dividing each pulse based on the system clock 11 from the system clock 11.

【0012】また、電子シャッターパルス発生部10は
駆動パルス発生部12からの垂直読み出し開始信号を基
にESPパルスを作成し、そのタイミングは、信号処理
部8からの輝度信号aに基づいて積算器9より供給され
る画像の明暗情報に基づき、前記電子シャッターパルス
発生部10により決定(調整)される。即ち、電子シャ
ッターパルス発生部10により、CMOSセンサー5か
ら、一定量の明るさの信号(撮像信号)が得られるよう
に電子シャッターのシャッタースピードの制御(調整)
が行なわれる。
The electronic shutter pulse generator 10 generates an ESP pulse based on the vertical read start signal from the drive pulse generator 12, and its timing is calculated based on the luminance signal a from the signal processor 8. The electronic shutter pulse generator 10 determines (adjusts) based on the light / dark information of the image supplied from 9. That is, the electronic shutter pulse generator 10 controls (adjusts) the shutter speed of the electronic shutter so that a signal (imaging signal) of a certain amount of brightness is obtained from the CMOS sensor 5.
Is performed.

【0013】次に、前記図4を参照しながら、このCM
OSセンサ5の動作について詳細に説明を行う。
Next, referring to FIG.
The operation of the OS sensor 5 will be described in detail.

【0014】図4において、フォトダイオード23は電
荷掃き出し用のMOSスイッチ24と信号読み出しスイ
ッチ25にそれぞれ接続されている。
In FIG. 4, a photodiode 23 is connected to a MOS switch 24 for discharging electric charges and a signal read switch 25, respectively.

【0015】垂直シフトレジスター20はESPパルス
によってクリアされ、HPパルスで駆動されることでフ
ォトダイオード23の1水平ライン毎に垂直方向に順次
そのスイッチ24を駆動するパルスを出力する。ESP
パルス後の最初のHPパルスで1ライン目のスイッチ2
4をオンとするパルスを出力し、それによって1ライン
目のフォトダイオード23のカソードが基準電位(接地
電位)点に接続され、フォトダイオード23に蓄積され
た電荷が掃き出される。次のHPパルスで2ライン目の
スイッチ24がオンにされ、1ライン目のスイッチ24
はオフとなりフォトダイオード23は電荷を蓄積する。
垂直シフトレジスター20はこのようにして全てのフォ
トダイオード23の電荷を掃き出すと1垂直周期後に再
びESPパルスが加えられて初期の動作状態に戻り、以
下それを繰り返す。
The vertical shift register 20 is cleared by the ESP pulse, and is driven by the HP pulse to output a pulse for sequentially driving the switch 24 in the vertical direction for each horizontal line of the photodiode 23. ESP
Switch 2 on the first line with the first HP pulse after the pulse
Then, a pulse for turning on the LED 4 is output, whereby the cathode of the photodiode 23 on the first line is connected to the reference potential (ground potential) point, and the charges accumulated in the photodiode 23 are swept out. The switch 24 on the second line is turned on by the next HP pulse, and the switch 24 on the first line is turned on.
Is turned off, and the photodiode 23 accumulates electric charge.
When the vertical shift register 20 sweeps out the charges of all the photodiodes 23 in this manner, an ESP pulse is applied again after one vertical cycle, and the operation returns to the initial operation state, and thereafter, the operation is repeated.

【0016】垂直シフトレジスター21は、VPパルス
でクリアされ、HPパルスで駆動されることでフォトダ
イオード23の1水平ライン毎に垂直方向に順次そのス
イッチ25を駆動するパルスを出力する。VPパルス後
の最初のHPパルスで1ライン目のスイッチ25をオン
とするパルスを出力し、それによって1ライン目のフォ
トダイオード23の蓄積電荷がそれぞれコンデンサ26
に移される。同時に、水平シフトレジスター22がHP
パルスでクリアされ、クロックCLKによってスイッチ
27を水平方向に順次オンさせるパルスを出力するよう
に駆動されるため、コンデンサ26の電荷はシリアルに
IV変換器28へと読み出される。次のHPパルスによ
って垂直シフトレジスター21は、2ライン目のスイッ
チ25をオンにさせるパルスを出力し、フォトダイオー
ド23の電荷がコンデンサ26に移され、水平シフトレ
ジスター22によって読み出される。その動作が1垂直
期間行われて全てのフォトダイオード23の電荷が読み
出されると再びVPパルスが印加され、以後その繰返し
となる。
The vertical shift register 21 is cleared by the VP pulse and driven by the HP pulse to output a pulse for sequentially driving the switch 25 in the vertical direction for each horizontal line of the photodiode 23. A pulse for turning on the switch 25 on the first line is output by the first HP pulse after the VP pulse.
Moved to At the same time, the horizontal shift register 22
Since the pulse is cleared so as to output a pulse for sequentially turning on the switch 27 in the horizontal direction by the clock CLK, the charge of the capacitor 26 is read out to the IV converter 28 in a serial manner. The vertical shift register 21 outputs a pulse for turning on the switch 25 on the second line by the next HP pulse, and the electric charge of the photodiode 23 is transferred to the capacitor 26 and read out by the horizontal shift register 22. When the operation is performed for one vertical period and all the charges of the photodiodes 23 are read, a VP pulse is applied again, and thereafter, the operation is repeated.

【0017】ここにおいて、コンデンサ26に移される
電荷は、ESPパルスが加えられてから、VPパルスが
加えられるまでの期間に比例するもので、ESPパルス
とVPパルス間の時間間隔を制御することにより、シャ
ッタースピードの制御が可能であることがわかる。尚、
垂直シフトレジスター20,21がHPパルスによって
駆動されるため、フォトダイオード23の電荷蓄積期間
は、実際にはHPパルス周期の整数倍となる。
Here, the charge transferred to the capacitor 26 is proportional to the period from the application of the ESP pulse to the application of the VP pulse, and is controlled by controlling the time interval between the ESP pulse and the VP pulse. It can be seen that the shutter speed can be controlled. still,
Since the vertical shift registers 20 and 21 are driven by the HP pulse, the charge accumulation period of the photodiode 23 is actually an integral multiple of the HP pulse period.

【0018】図5にVPパルス,ESPパルスと、入力
光,CMOSセンサー5の出力信号outの関係を示
す。尚、図5において、図4に示すシステムクロック1
1が蛍光灯2のフリッカ周期の3倍に設定されていて、
CMOSセンサーのシャッタースピードはESPのパル
スがVPのパルスに近い、高速シャッターの場合を示し
ている。
FIG. 5 shows the relationship between the VP pulse and the ESP pulse, the input light, and the output signal out of the CMOS sensor 5. In FIG. 5, the system clock 1 shown in FIG.
1 is set to three times the flicker cycle of the fluorescent light 2,
The shutter speed of the CMOS sensor indicates a high-speed shutter in which the ESP pulse is close to the VP pulse.

【0019】ところで、上記固体撮像素子としてのCM
OSセンサーは、CCDと異なり、各画素間でのV方向
の露光タイミングが異なっている。即ち、CMOSセン
サーの出力は、前記図4に示す如く、前記ESPパルス
とVPパルス(との時間差sで決定されるシャッタース
ピード)により制御されるシフトレジスター20,21
によりライン単位で前記各フォトダイオード23の蓄積
電荷が読み出され(前記各コンデンサ26にホールドさ
れ)、シフトレジスター22によりH方向にスキャンさ
れて1H分の信号(同一の露光タイミング)として取り
出されるようになっている。また、これをV方向に配置
されるフォトダイオード23の数分(図では480個)
繰り返し実施することで、全フォトダイオード23の数
(全画素)分(図では640×480個)の信号が取り
出されるようになっている(V方向の露光タイミングが
異なる)。
By the way, the CM as the solid-state image pickup device
The OS sensor differs from the CCD in that the exposure timing in the V direction differs between pixels. That is, as shown in FIG. 4, the output of the CMOS sensor is controlled by the shift registers 20 and 21 controlled by the ESP pulse and the VP pulse (the shutter speed determined by the time difference s between the ESP pulse and the VP pulse).
Thus, the charge stored in each of the photodiodes 23 is read out line by line (held by each of the capacitors 26), scanned in the H direction by the shift register 22, and taken out as a 1H signal (the same exposure timing). It has become. Further, this is equivalent to the number of photodiodes 23 arranged in the V direction (480 in the figure).
By repeating the process, signals of the number (all pixels) of all the photodiodes 23 (640 × 480 in the figure) are extracted (exposure timings in the V direction are different).

【0020】このため、例えば、屋内の蛍光灯下で撮影
を行った場合、蛍光灯フリッカがCMOSセンサーの各
画素のV方向に露光量差を発生させる。これにより、電
子シャッターの値によっては、垂直方向に輝度差が生じ
てしまうという問題が発生する。
For this reason, for example, when photographing is performed under an indoor fluorescent lamp, the fluorescent lamp flicker causes an exposure difference in the V direction of each pixel of the CMOS sensor. This causes a problem that a luminance difference occurs in the vertical direction depending on the value of the electronic shutter.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】上記の如く、撮像素子
としてCMOSセンサーを用いた固体撮像装置の被写体
の照明として、商用電源を用いた通常の蛍光灯等の、フ
リッカを有する照明を用いた場合であって、CMOSセ
ンサーの電子シャッターを利用して光量を制御する場合
において、前記照明のフリッカ周期に応じた横縞が、前
記固体撮像装置の映像出力に発生するという問題(欠
点)があった。
As described above, when a solid-state imaging device using a CMOS sensor as an imaging device is illuminated with an object having flicker, such as a normal fluorescent lamp using a commercial power supply, is used. However, when controlling the light amount using the electronic shutter of the CMOS sensor, there is a problem (defect) that horizontal stripes corresponding to the flicker cycle of the illumination are generated in the video output of the solid-state imaging device.

【0022】そこで、本発明はこのような問題に鑑み、
フリッカを有する照明下における被写体を撮像した場合
でも、照明の発生するフリッカによる影響(横縞の発
生)を実用レベルにまで低減した、固体撮像装置を提供
することを目的とするものである。
Therefore, the present invention has been made in view of such a problem,
It is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device in which even when an image of a subject under illumination having flicker is taken, the influence (the occurrence of horizontal stripes) of flicker caused by illumination is reduced to a practical level.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明に
よる固体撮像装置は、行列に2次元に配列された複数の
光電変換素子を有し、該複数の光電変換素子からスイッ
チを介して撮像信号を線順次で読み出すと共に、前記複
数の光電変換素子の受光時間を前記線を構成する行単位
で制御する制御手段を備えた固体撮像素子において、被
撮像体に光を照射する周期的に光量が変化する光源と、
前記複数の光電変換素子から読み出された撮像信号を1
画面分記憶する記憶手段と、次に前記複数の光電変換素
子から読み出される1画面分の撮像信号と前記記憶手段
に記憶されている1画面分の撮像信号とを加算する加算
手段と、この加算手段の出力を撮像信号として出力する
出力手段と、前記複数の光電変換素子の受光周期を、前
記光源の光量変化に伴って前記撮像信号に生ずる変動成
分の変動位相が、隣接する1画面分の信号において逆と
なる周期に設定する手段とを具備したことを特徴とする
ものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a solid-state imaging device including a plurality of photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally in a matrix, and a plurality of photoelectric conversion elements arranged via a switch from the plurality of photoelectric conversion elements. In the solid-state imaging device including a control unit that controls the light receiving time of the plurality of photoelectric conversion elements in units of rows configuring the line while periodically reading out the imaging signal in a line-sequential manner, periodically irradiating the imaging target with light. A light source whose light intensity changes,
The imaging signals read from the plurality of photoelectric conversion elements are set to 1
Storage means for storing the image data for one screen; adding means for adding the image signal for one screen read from the plurality of photoelectric conversion elements and the image signal for one screen stored in the storage means; An output unit that outputs an output of the unit as an imaging signal; and a light receiving cycle of the plurality of photoelectric conversion elements, wherein a fluctuation phase of a fluctuation component generated in the imaging signal in accordance with a change in the light amount of the light source corresponds to one adjacent screen. Means for setting the cycle to be the reverse of the signal.

【0024】請求項1に記載の発明によれば、複数の光
電変換素子の受光周期を、光源の光量変化に伴って前記
撮像信号に生ずる変動成分の変動位相が、隣接する1画
面分の信号において逆となる周期に設定し、前記隣接す
る1画面分の信号を加算するようにしたので、照明装置
の有するフリッカ成分により前記CMOSセンサーが受
ける影響を、実用レベル(1/2)まで軽減することが
できる。
According to the first aspect of the present invention, the light receiving cycle of the plurality of photoelectric conversion elements is set such that the fluctuation phase of the fluctuation component generated in the imaging signal according to the change in the light amount of the light source is a signal of one adjacent screen. Is set to the opposite cycle, and the signals for the adjacent one screen are added, so that the influence of the flicker component of the lighting device on the CMOS sensor is reduced to a practical level (1 /). be able to.

【0025】請求項2に記載の発明による固体撮像装置
は、行列に2次元に配列された複数の光電変換素子を有
し、該複数の光電変換素子からスイッチを介して撮像信
号を線順次で読み出すと共に、前記複数の光電変換素子
の受光時間を前記線を構成する行単位で制御する制御手
段を備えた固体撮像素子において、被撮像体に光を照射
する周期的に光量が変化する光源と、前記複数の光電変
換素子から読み出された撮像信号を1画面分記憶する記
憶手段と、次に前記複数の光電変換素子から読み出され
る1画面分の撮像信号と前記記憶手段に記憶されている
1画面分の撮像信号とを加算する加算手段と、この加算
手段の出力を撮像信号として出力する出力手段と、前記
複数の光電変換素子の受光周期を、前記光源の光量変化
の周期の(n+1/2)倍(nは整数)に設定する手段
とを具備したことを特徴とするものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a solid-state imaging device having a plurality of photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally in a matrix, and imaging signals from the plurality of photoelectric conversion elements in a line-sequential manner via a switch. A solid-state imaging device comprising: a readout unit; and a control unit configured to control a light receiving time of the plurality of photoelectric conversion elements in units of rows constituting the line. A storage unit for storing the image signals read from the plurality of photoelectric conversion elements for one screen; and an image signal for one screen read from the plurality of photoelectric conversion elements and stored in the storage unit. Addition means for adding an image signal for one screen, output means for outputting the output of the addition means as an image signal, and a light receiving cycle of the plurality of photoelectric conversion elements as (n + 1) of a light quantity change cycle of the light source. 2) times (n is one which is characterized by comprising a means for setting an integer).

【0026】請求項3に記載の発明による固体撮像装置
は、請求項1または2に記載の固体撮像装置における構
成に加え、前記複数の光電変換素子の出力を増幅する増
幅手段と、この増幅手段の出力をデジタル信号に変換し
て前記記憶手段に出力するアナログ/デジタル変換手段
とを具備したことを特徴とするものである。
According to a third aspect of the present invention, in addition to the configuration of the solid-state imaging device according to the first or second aspect, amplifying means for amplifying the outputs of the plurality of photoelectric conversion elements, and the amplifying means And an analog / digital conversion means for converting the output of the above to a digital signal and outputting the digital signal to the storage means.

【0027】請求項4に記載の発明による固体撮像装置
は、請求項1または2に記載の固体撮像装置において、
前記複数の光電変換素子がそれぞれホトダイオードで構
成され、このホトダイオードで光電変換された電荷がス
イッチを介して前記線単位で供給されて蓄積する蓄積手
段と、この蓄積手段に蓄積された電荷をスイッチを介し
て順次読み出す手段を具備したことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a solid-state imaging device according to the first or second aspect.
The plurality of photoelectric conversion elements are each configured by a photodiode, and a charge unit photoelectrically converted by the photodiode is supplied to the line unit via a switch to be stored, and a switch is provided for storing the charge stored in the storage unit. And means for sequentially reading the data through the memory.

【0028】請求項2乃至4に記載の発明によれば、C
MOSセンサーからの撮像信号の読み出し周期を、照明
装置のフリッカ周期の(n+1/2)倍{nは整数}と
し、前記CMOSセンサーからの撮像信号を1フレーム
期間遅延した撮像信号を生成し、両者を加算するように
したので、前記照明装置のフリッカ成分により前記CM
OSセンサーが受ける影響を実用レベル(1/2)まで
軽減することが可能となる。
According to the second to fourth aspects of the present invention, C
A read cycle of the image signal from the MOS sensor is (n + 1/2) times {n is an integer} times a flicker cycle of the lighting device, and an image signal obtained by delaying the image signal from the CMOS sensor by one frame period is generated. Is added, so that the CM is generated by a flicker component of the lighting device.
The effect on the OS sensor can be reduced to a practical level (1/2).

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図1は固体撮像素子として
CMOSセンサーを用いた本発明の固体撮像装置の実施
の形態を示すブロック図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a solid-state imaging device of the present invention using a CMOS sensor as a solid-state imaging device.

【0030】図1において、商用電源1より電力の供給
された蛍光灯2は、固体撮像装置の被写体3を照らして
いる。ここで、前記被写体3は、説明の都合上、全面に
渡り均一な反射率を有する、例えば白い紙である。
In FIG. 1, a fluorescent lamp 2 supplied with electric power from a commercial power supply 1 illuminates a subject 3 of a solid-state imaging device. Here, for the sake of explanation, the subject 3 is, for example, white paper having a uniform reflectance over the entire surface.

【0031】さらに、図1における本発明の固体撮像装
置は、被写体3をCMOSセンサー5上に結像させるた
めのレンズ4と、結像された像を電気信号に変換するC
MOSセンサー5と、CMOSセンサー5が結像された
像を電気信号(撮像信号)に変換するための各種のタイ
ミング信号を発生供給するシステムクロック11,駆動
パルス発生部12,並びに電子シャッターパルス発生部
10と、入力された信号を増幅するアンプ6と、アナロ
グ信号をディジタル信号に変換するA/D変換器7と、
撮像信号を1フレーム期間遅延するフレームメモリ14
と、フレームメモリ14の出力(撮像)信号と遅延前の
撮像信号とを加算する加算器13と、入力された信号を
輝度信号と色信号に分離された映像信号として出力する
信号処理部8と、例えば1フレーム期間の輝度信号を入
力し、画像の明暗情報を前記電子シャッターパルス発生
部10に供給する積算器9とにより構成される。
Further, the solid-state imaging device of the present invention shown in FIG. 1 has a lens 4 for forming an image of a subject 3 on a CMOS sensor 5 and a C for converting the formed image into an electric signal.
MOS sensor 5, system clock 11 for supplying various timing signals for converting an image formed by CMOS sensor 5 into an electric signal (imaging signal), drive pulse generator 12, and electronic shutter pulse generator 10, an amplifier 6 for amplifying an input signal, an A / D converter 7 for converting an analog signal to a digital signal,
Frame memory 14 for delaying the image signal by one frame period
An adder 13 for adding an output (imaging) signal of the frame memory 14 and an imaging signal before delay, and a signal processing unit 8 for outputting an input signal as a video signal separated into a luminance signal and a chrominance signal. For example, an integrator 9 that inputs a luminance signal for one frame period and supplies brightness information of an image to the electronic shutter pulse generator 10.

【0032】以上のように構成された固体撮像装置にお
いて、被写体3からの反射光はレンズ4を通り、CMO
Sセンサー5に入る。CMOSセンサー5の出力はアン
プ6で増幅された後、A/D変換器7によりディジタル
信号に変換され、加算器13とフレームメモリ14に入
力される。フレームメモリ14では前記駆動パルス発生
部12からの同期パルスで駆動され、撮像信号に対して
随時1フレーム分の遅延を行うように動作し、遅延され
た撮像信号を加算器13に出力される。加算器13の出
力は信号処理回路8に入力され、輝度信号aと色信号b
に分離され、カメラブロックの出力となり、図示しない
パソコン等のインターフェース回路に供給される。
In the solid-state imaging device configured as described above, the reflected light from the subject 3 passes through the lens 4 and
Enter the S sensor 5. After the output of the CMOS sensor 5 is amplified by the amplifier 6, it is converted into a digital signal by the A / D converter 7 and input to the adder 13 and the frame memory 14. The frame memory 14 is driven by the synchronization pulse from the drive pulse generator 12, operates so as to delay the image signal by one frame at any time, and outputs the delayed image signal to the adder 13. The output of the adder 13 is input to the signal processing circuit 8, where the luminance signal a and the chrominance signal b
And is output from the camera block and supplied to an interface circuit such as a personal computer (not shown).

【0033】また、CMOSセンサー5に供給されるパ
ルスは、垂直方向の信号読み出し開始位置を決めるパル
スVPと水平方向の信号読み出し開始位置を決めるパル
スHPと水平読み出しの時間を決めるパルスCLKと電
子シャッターの値を決めるパルスESPとがある。この
うちESPパルスは電子シャッターパルス発生部10よ
り発生し、VP,HP,CLKパルスは、駆動パルス発
生部12より発生される。駆動パルス発生部12はシス
テムクロック11からのシステムクロック11を基に各
パルスを分周して作成される。
The pulses supplied to the CMOS sensor 5 include a pulse VP for determining a vertical signal read start position, a pulse HP for determining a horizontal signal read start position, a pulse CLK for determining a horizontal read time, and an electronic shutter. There is a pulse ESP that determines the value of. Among them, the ESP pulse is generated by the electronic shutter pulse generator 10, and the VP, HP, and CLK pulses are generated by the drive pulse generator 12. The drive pulse generator 12 is created by dividing each pulse based on the system clock 11 from the system clock 11.

【0034】さらに、電子シャッターパルス発生部10
は駆動パルス発生部12からの垂直読み出し開始信号を
基にESPパルスを作成し、そのタイミングは、信号処
理部8からの輝度信号aに基づいて積算器9より供給さ
れる、例えば1フレーム分の画像の明暗情報(平均光量
のフィードバックデータ)に基づき、前記電子シャッタ
ーパルス発生部10により決定(調整)される。これに
より、即ち、電子シャッターパルス発生部10により、
常に一定量の明るさの信号が得られるように電子シャッ
ターのシャッタースピードの制御(調整)が行なわれ
る。
Further, the electronic shutter pulse generator 10
Generates an ESP pulse based on the vertical read start signal from the drive pulse generation unit 12, and its timing is based on the luminance signal a from the signal processing unit 8 and supplied from the integrator 9, for example, for one frame. It is determined (adjusted) by the electronic shutter pulse generator 10 based on the brightness information of the image (feedback data of the average light amount). This means that the electronic shutter pulse generator 10
The shutter speed of the electronic shutter is controlled (adjusted) so that a signal of a constant brightness is always obtained.

【0035】また、前記システムクロック11はCMO
Sセンサー5のフォトダイオードの読み出し周期が、蛍
光灯2のフリッカ周期の(n+1/2)倍{nは整数}
となるよう設定される。これにより、例えば高速シャッ
ター時において、図2に示す如くの撮像信号出力、即
ち、蛍光灯下の撮影においてもフリッカによる横縞の発
生が、大幅に軽減された撮像信号出力が得られる。これ
について、前記図1および図2を参照しながら説明を行
う。
The system clock 11 is a CMO
The reading cycle of the photodiode of the S sensor 5 is (n + /) times the flicker cycle of the fluorescent lamp 2 {n is an integer}
Is set to be Thus, for example, at the time of a high-speed shutter, an image signal output as shown in FIG. 2, that is, an image signal output in which the occurrence of horizontal stripes due to flicker is significantly reduced even when photographing under a fluorescent light is obtained. This will be described with reference to FIGS.

【0036】図2は本発明における固体撮像装置の各出
力信号を示す図である。図2において、信号(a)およ
び信号(b)は、高速シャッター時におけるVPパルス
およびESPパルスを示していて、信号(c)は商用電
源1より電力供給されたフリッカを有する蛍光灯照明の
照射された被写体3からの入力信号(撮像信号)を示し
ている。尚、図2(c)から明らかなように、本発明の
実施の形態では、CMOSセンサー5のフォトダイオー
ドの読み出し周期(露光周期)は蛍光灯2のフリッカ周
期の3.5倍に設定されている。
FIG. 2 is a diagram showing each output signal of the solid-state imaging device according to the present invention. In FIG. 2, a signal (a) and a signal (b) show a VP pulse and an ESP pulse at the time of a high-speed shutter, and a signal (c) irradiates a fluorescent lamp illumination having a flicker supplied from the commercial power supply 1. 3 shows an input signal (imaging signal) from the subject 3. Note that, as is clear from FIG. 2C, in the embodiment of the present invention, the readout cycle (exposure cycle) of the photodiode of the CMOS sensor 5 is set to 3.5 times the flicker cycle of the fluorescent lamp 2. I have.

【0037】このとき、A/D変換器7からは、例え
ば、図2(d)に示す信号が出力されていて、この信号
(d)は、フレームメモリ14と加算器13にそれぞれ
供給される。一方、フレームメモリ14からは、前記信
号(d)を1フレーム期間遅延された信号(e)が加算
器13に供給されていて、加算器13にて、この2つの
信号(d)および信号(e)の加算がおこなわれる。
At this time, for example, a signal shown in FIG. 2D is output from the A / D converter 7, and this signal (d) is supplied to the frame memory 14 and the adder 13, respectively. . On the other hand, a signal (e) obtained by delaying the signal (d) by one frame period is supplied from the frame memory 14 to the adder 13, and the adder 13 outputs the two signals (d) and ( The addition of e) is performed.

【0038】ところで、既述の通り、本実施の形態で
は、CMOSセンサー5のフォトダイオードの読み出し
周期は蛍光灯2のフリッカ周期の3.5倍に設定されて
いるため、信号(d)と信号(e)は、位相が180度
(正確には1260度)ずれた状態となっている。この
ため、加算器13にて、フレーム毎にフリッカ位相が反
転した状態で、前記信号(d)と信号(e)とが積分
(加算)される。これにより、加算器13の出力信号
は、図2(f)に示す如くとなり、フレーム毎のフリッ
カ成分を実用レベル(1/2)まで軽減することが可能
となる。
As described above, in this embodiment, the read cycle of the photodiode of the CMOS sensor 5 is set to be 3.5 times the flicker cycle of the fluorescent lamp 2, so that the signal (d) and the signal (d) are used. In (e), the phase is shifted by 180 degrees (accurately, 1260 degrees). Therefore, the adder 13 integrates (adds) the signal (d) and the signal (e) with the flicker phase inverted for each frame. As a result, the output signal of the adder 13 becomes as shown in FIG. 2F, and the flicker component for each frame can be reduced to a practical level (1/2).

【0039】[0039]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、蛍光
灯等のフリッカを有する照明下における撮影において
も、前記照明の発生するフリッカによる影響である、横
縞の発生を極力抑え、実用範囲内まで低減することがで
きる。
As described above, according to the present invention, even when photographing under illumination having flicker such as a fluorescent lamp, the occurrence of horizontal stripes, which is the effect of the flicker generated by the illumination, is minimized. Can be reduced to within.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】固体撮像素子としてCMOSセンサーを用いた
本発明の固体撮像装置の実施の形態を示すブロック図で
ある。
FIG. 1 is a block diagram illustrating an embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention using a CMOS sensor as a solid-state imaging device.

【図2】本発明における固体撮像装置の各出力信号を示
す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating each output signal of the solid-state imaging device according to the present invention.

【図3】固体撮像素子としてCMOSセンサーを用いた
従来の固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of a conventional solid-state imaging device using a CMOS sensor as a solid-state imaging device.

【図4】CMOSセンサー5の内部構成を示した図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing an internal configuration of the CMOS sensor 5.

【図5】従来の固体撮像装置における各出力信号を示す
図である。
FIG. 5 is a diagram showing each output signal in a conventional solid-state imaging device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 …商用電源 2 …蛍光灯 3 …被写体 4 …レンズ 5 …CMOSイメージセンサー 6 …アンプ(AMP) 7 …A/D変換器 8 …信号処理部 9 …積算計 10…電子シャッターパルス発生部 11…システムクロック 12…駆動パルス発生部 13…加算器 14…フレームメモリ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Commercial power supply 2 ... Fluorescent lamp 3 ... Subject 4 ... Lens 5 ... CMOS image sensor 6 ... Amplifier (AMP) 7 ... A / D converter 8 ... Signal processing part 9 ... Integrator 10 ... Electronic shutter pulse generation part 11 ... System clock 12 ... Drive pulse generator 13 ... Adder 14 ... Frame memory

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】行列に2次元に配列された複数の光電変換
素子を有し、該複数の光電変換素子からスイッチを介し
て撮像信号を線順次で読み出すと共に、前記複数の光電
変換素子の受光時間を前記線を構成する行単位で制御す
る制御手段を備えた固体撮像素子において、 被撮像体に光を照射する周期的に光量が変化する光源
と、 前記複数の光電変換素子から読み出された撮像信号を1
画面分記憶する記憶手段と、 次に前記複数の光電変換素子から読み出される1画面分
の撮像信号と前記記憶手段に記憶されている1画面分の
撮像信号とを加算する加算手段と、 この加算手段の出力を撮像信号として出力する出力手段
と、 前記複数の光電変換素子の受光周期を、前記光源の光量
変化に伴って前記撮像信号に生ずる変動成分の変動位相
が、隣接する1画面分の信号において逆となる周期に設
定する手段とを具備したことを特徴とする固体撮像装
置。
A plurality of photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally in a matrix, an image pickup signal is read out from the plurality of photoelectric conversion elements in a line-sequential manner via a switch, and light reception of the plurality of photoelectric conversion elements is performed. In a solid-state imaging device including a control unit that controls time in units of rows constituting the line, a light source that periodically irradiates light to an object to be imaged and a light source is read from the plurality of photoelectric conversion elements Image signal 1
Storage means for storing one screen; and addition means for adding an image signal for one screen read from the plurality of photoelectric conversion elements and an image signal for one screen stored in the storage means. An output unit that outputs an output of the unit as an imaging signal; and a light receiving cycle of the plurality of photoelectric conversion elements, wherein a fluctuation phase of a fluctuation component generated in the imaging signal according to a change in the light amount of the light source is equivalent to one adjacent screen. A solid-state imaging device, comprising: means for setting the period of the signal to be opposite.
【請求項2】行列に2次元に配列された複数の光電変換
素子を有し、該複数の光電変換素子からスイッチを介し
て撮像信号を線順次で読み出すと共に、前記複数の光電
変換素子の受光時間を前記線を構成する行単位で制御す
る制御手段を備えた固体撮像素子において、 被撮像体に光を照射する周期的に光量が変化する光源
と、 前記複数の光電変換素子から読み出された撮像信号を1
画面分記憶する記憶手段と、 次に前記複数の光電変換素子から読み出される1画面分
の撮像信号と前記記憶手段に記憶されている1画面分の
撮像信号とを加算する加算手段と、 この加算手段の出力を撮像信号として出力する出力手段
と、 前記複数の光電変換素子の受光周期を、前記光源の光量
変化の周期の(n+1/2)倍(nは整数)に設定する
手段とを具備したことを特徴とする固体撮像装置。
A plurality of photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally in a matrix, wherein image pickup signals are read out from the plurality of photoelectric conversion elements via a switch in a line-sequential manner, and light reception of the plurality of photoelectric conversion elements is performed. In a solid-state imaging device including a control unit that controls time in units of rows constituting the line, a light source that periodically irradiates light to an object to be imaged and a light source is read from the plurality of photoelectric conversion elements Image signal 1
Storage means for storing one screen; and addition means for adding an image signal for one screen read from the plurality of photoelectric conversion elements and an image signal for one screen stored in the storage means. Output means for outputting an output of the means as an image pickup signal; and means for setting a light receiving cycle of the plurality of photoelectric conversion elements to (n + 1/2) times (n is an integer) a light quantity change cycle of the light source. A solid-state imaging device characterized by the following.
【請求項3】前記複数の光電変換素子の出力を増幅する
増幅手段と、この増幅手段の出力をデジタル信号に変換
して前記記憶手段に出力するアナログ/デジタル変換手
段とを具備したことを特徴とする請求項1または2に記
載の固体撮像装置。
3. An amplifying means for amplifying outputs of said plurality of photoelectric conversion elements, and analog / digital converting means for converting outputs of said amplifying means into digital signals and outputting to said storage means. The solid-state imaging device according to claim 1.
【請求項4】前記複数の光電変換素子はそれぞれホトダ
イオードで構成され、このホトダイオードで光電変換さ
れた電荷がスイッチを介して前記線単位で供給されて蓄
積する蓄積手段と、この蓄積手段に蓄積された電荷をス
イッチを介して順次読み出す手段を具備したことを特徴
とする請求項1または2に記載の固体撮像装置。
4. The storage device according to claim 1, wherein each of the plurality of photoelectric conversion elements is constituted by a photodiode, and a charge unit photoelectrically converted by the photodiode is supplied through a switch for each line and stored, and the storage unit stores the charge. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a unit that sequentially reads out the electric charges via a switch.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002152604A (en) * 2000-11-10 2002-05-24 Toshiba Corp Device for eliminating flicker
JP2012142853A (en) * 2011-01-05 2012-07-26 Nikon Corp Imaging apparatus and image processing control program

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