JPH11346334A - Solid-state image pickup device - Google Patents

Solid-state image pickup device

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Publication number
JPH11346334A
JPH11346334A JP10152435A JP15243598A JPH11346334A JP H11346334 A JPH11346334 A JP H11346334A JP 10152435 A JP10152435 A JP 10152435A JP 15243598 A JP15243598 A JP 15243598A JP H11346334 A JPH11346334 A JP H11346334A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sensitivity
charge
signal
low
photosensitive
Prior art date
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Pending
Application number
JP10152435A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Kase
真幸 枦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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Publication of JPH11346334A publication Critical patent/JPH11346334A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an image with excellent quality with an extended dynamic range by preventing an image from being floated in white in the case that an object with high luminance is photographed where photosensing pixels with high sensitivity are saturated. SOLUTION: An S/H circuits 29, 30 and a subtractor 4 detect charges of high sensitivity signal charges obtained by photosensing pixels with high sensitivity, the high sensitivity output signals are given to a logarithmic amplifier 36, in which the signals are reflected on a level of a reset pulse ϕRG2 so as to vary a clip level of the high sensitivity signal charge depending on a level of the reset pulse ϕRG2 and the clip level is decreased when the charges of the high sensitivity signal charges are increased.

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、固体撮像装置に係
り、特に、光電感度特性の異なる複数種の感光画素を用
いて広ダイナミックレンジを実現したCCD(Charge Co
upled Device) 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 and, more particularly, to a CCD (Charge Co.) which realizes a wide dynamic range using a plurality of types of photosensitive pixels having different photoelectric sensitivity characteristics.
upled Device) Related to solid-state imaging devices.

【0002】[0002]

【従来の技術】CCD固体撮像装置では、各感光画素
(光電変換素子)で光電変換され蓄積された信号電荷が
画素から溢れた後は信号出力が飽和するため、それ以上
の入射光量に対する信号出力が使えない。したがって、
光入力に対するダイナミックレンジが狭く、例えば、窓
際に立っている人を室内側から撮像すると、人が黒くな
って映ることになる。
2. Description of the Related Art In a CCD solid-state imaging device, the signal output is saturated after signal charges photoelectrically converted and accumulated in each photosensitive pixel (photoelectric conversion element) overflow from the pixel. Can not be used. Therefore,
The dynamic range with respect to the light input is narrow. For example, when an image of a person standing at the window is taken from the indoor side, the person becomes black.

【0003】そこで、ダイナミックレンジを拡大する手
段の一つとして、二次元配列された感光画素の隣接する
複数個を組とし、各組内における感光画素の光電感度特
性を異ならせ、光電感度特性の異なる感光画素の信号電
荷を電荷転送部に同時に読み出して加算するようにした
CCD固体撮像装置がある(特開平3−117281号
公報参照)。
Therefore, as one of means for expanding the dynamic range, a plurality of two-dimensionally arranged photosensitive pixels adjacent to each other are grouped, and the photoelectric sensitivity characteristics of the photosensitive pixels in each group are made different from each other. There is a CCD solid-state imaging device in which signal charges of different photosensitive pixels are simultaneously read out to a charge transfer unit and added (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-117281).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た広ダイナミックレンジのCCD固体撮像装置において
は、光電感度特性の高い方の感光画素(以下、高感度画
素)が飽和するような高輝度の被写体を撮像した場合
に、被写体の撮像画像が白く浮いた画像となり、ダイナ
ミックレンジを拡大した良質な画像が得られないという
問題があった。
However, in the above-described CCD solid-state imaging device having a wide dynamic range, a high-luminance subject whose saturation of a photosensitive pixel having a higher photoelectric sensitivity characteristic (hereinafter referred to as a high-sensitivity pixel) is saturated. When the image is captured, the captured image of the subject becomes a white floating image, and there is a problem that a high-quality image with an expanded dynamic range cannot be obtained.

【0005】また、光電感度特性の異なる感光画素が共
に飽和することのないよう、光電感度特性の低い方の感
光画素(以下、低感度画素)の感度を極端に低くする
と、高感度画素で階調が得られる光量範囲と低感度画素
で階調が得られる光量範囲に大きな格差が生じ、その結
果、高感度画素と低感度画素のいずれでも感知できな
い、いわゆる無感の光量範囲が広がってしまうという問
題があった。この問題に関しては、高感度画素の感度と
低感度画素の感度を相対的に近づけることにより、上記
無感の光量範囲を縮めることも可能であるが、そうした
場合はダイナミックレンジの拡大する量が減ってしまう
という新たな問題が生じる。
If the sensitivity of a photosensitive pixel having a lower photoelectric sensitivity characteristic (hereinafter referred to as a low-sensitivity pixel) is extremely reduced so that the photosensitive pixels having different photoelectric sensitivity characteristics do not saturate at the same time, the sensitivity of a high-sensitivity pixel is reduced. There is a large difference between the light amount range in which the tone can be obtained and the light amount range in which the gradation can be obtained with the low-sensitivity pixels. As a result, the so-called insensitive light amount range that cannot be detected by either the high-sensitivity pixels or the low-sensitivity pixels is widened. There was a problem. Regarding this problem, it is possible to narrow the insensitive light amount range by making the sensitivity of the high-sensitivity pixel relatively close to that of the low-sensitivity pixel, but in such a case, the amount of expansion of the dynamic range decreases. A new problem arises.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】請求項1に係る本発明で
は、光電感度特性の異なる複数種の感光画素を有し、こ
れら複数種の感光画素によって得られた信号電荷のう
ち、光電感度特性の高い方の感光画素により得られた高
感度信号電荷を所定のクリップレベルでクリップし、こ
のクリップ後の高感度信号電荷に対し、光電感度特性の
低い方の感光画素により得られた低感度信号電荷を加算
するようにした固体撮像装置において、光電感度特性の
高い方の感光画素により得られた高感度信号電荷の電荷
量を検出する高感度電荷量検出手段と、この高感度電荷
量検出手段により検出された電荷量に応じてクリップレ
ベルを可変するクリップレベル可変手段とを備えた構成
を採用している。
According to a first aspect of the present invention, there are provided a plurality of types of photosensitive pixels having different photosensitivity characteristics, and the photoelectric sensitivity characteristics of the signal charges obtained by the plurality of types of photosensitive pixels are included. The high-sensitivity signal charge obtained by the photosensitive pixel having the higher sensitivity is clipped at a predetermined clip level, and the low-sensitivity signal obtained by the photosensitive pixel having the lower photoelectric sensitivity characteristic is compared with the high-sensitivity signal charge after clipping. In a solid-state imaging device configured to add charges, a high-sensitivity charge amount detection unit that detects a charge amount of a high-sensitivity signal charge obtained by a photosensitive pixel having a higher photoelectric sensitivity characteristic, and the high-sensitivity charge amount detection unit And a clip level varying means for varying the clip level in accordance with the amount of charge detected by the method.

【0007】上記構成の固体撮像装置においては、光電
感度特性の高い方の感光画素により得られた高感度信号
電荷の電荷量を高感度電荷量検出手段で検出し、この検
出した電荷量に応じてクリップレベル可変手段がクリッ
プレベルを可変することから、例えば、高感度信号電荷
の電荷量が多いときにクリップレベルを下げる処理を行
うことにより、非常に高輝度の被写体を撮像した場合に
クリップ後の高感度信号電荷の電荷量を下げ、その分、
加算後の電荷量に占める低感度信号電荷の割合が増大さ
せることができる。
In the solid-state imaging device having the above structure, the charge amount of the high-sensitivity signal charge obtained by the photosensitive pixel having the higher photoelectric sensitivity characteristic is detected by the high-sensitivity charge amount detecting means, and the charge amount is determined in accordance with the detected charge amount. Since the clip level changing means changes the clip level, for example, by performing a process of lowering the clip level when the charge amount of the high-sensitivity signal charge is large, when a very high-luminance subject is imaged, Of the high-sensitivity signal charge of
The ratio of the low-sensitivity signal charge to the charge amount after the addition can be increased.

【0008】請求項2に係る本発明では、光電感度特性
の異なる複数種の感光画素を有し、これら複数種の感光
画素によって得られた信号電荷のうち、光電感度特性の
高い方の感光画素により得られた高感度信号電荷を所定
のクリップレベルでクリップし、このクリップ後の高感
度信号電荷に対し、光電感度特性の低い方の感光画素に
より得られた低感度信号電荷を加算するようにした固体
撮像装置において、光電感度特性の低い方の感光画素に
より得られた低感度信号電荷の電荷量を検出する低感度
電荷量検出手段と、この低感度電荷量検出手段により検
出された電荷量に応じて、光電感度特性の低い方の感光
画素の露光時間を可変する低感度露光時間可変手段とを
備えた構成を採用している。
According to the present invention, there is provided a photosensitive pixel having a plurality of types of photosensitive pixels having different photoelectric sensitivity characteristics, and of a signal charge obtained by the plurality of types of photosensitive pixels, a photosensitive pixel having a higher photoelectric sensitivity characteristic. Is clipped at a predetermined clip level, and a low-sensitivity signal charge obtained by a photosensitive pixel having a lower photoelectric sensitivity characteristic is added to the high-sensitivity signal charge after clipping. A low-sensitivity signal amount detecting means for detecting a low-sensitivity signal charge amount obtained by a photosensitive pixel having a lower photoelectric sensitivity characteristic, and a charge amount detected by the low-sensitivity charge amount detecting means. And a low-sensitivity exposure time varying means for varying the exposure time of the photosensitive pixel having the lower photoelectric sensitivity characteristic.

【0009】上記構成の固体撮像装置においては、光電
感度特性の低い方の感光画素により得られた低感度信号
電荷の電荷量を低感度電荷量検出手段で検出し、この検
出した電荷量に応じて低感度露光時間可変手段が光電感
度特性の低い方の感光画素の露光時間を可変することか
ら、例えば、低感度信号電荷の電荷量が多いときは光電
感度特性の低い方の感光画素の露光時間を短くすること
で、高輝度の被写体を撮像する際の信号電荷の飽和を防
止することができ、逆に低感度信号電荷の電荷量が少な
いときは光電感度特性の低い方の感光画素の露光時間を
長くすることにより、低輝度の被写体を撮像する際の感
度を稼ぐことができる。
In the solid-state imaging device having the above configuration, the charge amount of the low-sensitivity signal charge obtained by the photosensitive pixel having the lower photoelectric sensitivity characteristic is detected by the low-sensitivity charge amount detecting means, and the charge amount is determined according to the detected charge amount. Since the low-sensitivity exposure time varying means changes the exposure time of the photosensitive pixel having the lower photoelectric sensitivity characteristic, for example, when the amount of the low-sensitivity signal charge is large, the exposure of the photosensitive pixel having the lower photoelectric sensitivity characteristic is performed. By shortening the time, it is possible to prevent saturation of signal charges when capturing an image of a high-luminance subject, and conversely, when the amount of low-sensitivity signal charges is small, the photosensitive pixels with lower photoelectric sensitivity characteristics By increasing the exposure time, it is possible to increase the sensitivity when capturing a low-luminance subject.

【0010】請求項3に係る本発明では、光電感度特性
の異なる複数種の感光画素を有し、これら複数種の感光
画素によって得られた信号電荷のうち、光電感度特性の
高い方の感光画素により得られた高感度信号電荷を所定
のクリップレベルでクリップし、このクリップ後の高感
度信号電荷に対し、光電感度特性の低い方の感光画素に
より得られた低感度信号電荷を加算するようにした固体
撮像装置において、光電感度特性の高い方の感光画素に
より得られた高感度信号電荷の電荷量を検出する高感度
電荷量検出手段と、この高感度電荷量検出手段により検
出された電荷量に応じて、光電感度特性の高い方の感光
画素の露光時間を可変する高感度露光時間可変手段とを
備えた構成を採用している。
According to a third aspect of the present invention, there are provided a plurality of types of photosensitive pixels having different photoelectric sensitivity characteristics, and a photosensitive pixel having a higher photoelectric sensitivity characteristic among signal charges obtained by the plurality of types of photosensitive pixels. Is clipped at a predetermined clip level, and a low-sensitivity signal charge obtained by a photosensitive pixel having a lower photoelectric sensitivity characteristic is added to the high-sensitivity signal charge after clipping. Charge detection means for detecting the charge amount of the high-sensitivity signal charge obtained by the photosensitive pixel having the higher photoelectric sensitivity characteristic, and the charge amount detected by the high-sensitivity charge amount detection means. And a high-sensitivity exposure time varying means for varying the exposure time of the photosensitive pixel having the higher photoelectric sensitivity characteristic.

【0011】上記構成の固体撮像装置においては、光電
感度特性の高い方の感光画素により得られた高感度信号
電荷の電荷量を高感度電荷量検出手段で検出し、この検
出した電荷量に応じて高感度露光時間可変手段が光電感
度特性の高い方の感光画素の露光時間を可変することか
ら、例えば、高感度信号電荷の電荷量が多いときに光電
感度特性の高い方の感光画素の露光時間を短くすること
により、高輝度の被写体を撮像する際の信号電荷の飽和
を防止することができる。
In the solid-state imaging device having the above structure, the charge amount of the high-sensitivity signal charge obtained by the photosensitive pixel having the higher photoelectric sensitivity characteristic is detected by the high-sensitivity charge amount detecting means, and the charge amount is determined according to the detected charge amount. Since the high-sensitivity exposure time varying means changes the exposure time of the photosensitive pixel having the higher photoelectric sensitivity characteristic, for example, when the amount of the high-sensitivity signal charge is large, the exposure of the photosensitive pixel having the higher photoelectric sensitivity characteristic is performed. By shortening the time, it is possible to prevent saturation of signal charges when capturing a high-luminance subject.

【0012】[0012]

【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。図1は本発明が適
用されるCCD固体撮像装置の概略構成図である。図1
において、撮像部(撮像エリア)11は、半導体基板上
に垂直及び水平方向に二次元配列され、入射光をその光
量に応じた電荷量の信号電荷に変換して蓄積する複数個
の感光素子12と、これら複数個の感光素子12の垂直
配列方向ごとにその配列方向に沿って設けられた複数本
の垂直転送部13とから構成されている。この撮像部1
1において、複数個の感光画素12は奇数ラインの画素
群12oと偶数ラインの画素群12eに分類され、後述
するように、奇数ラインの画素群12oと偶数ラインの
画素群12eからフィールド単位で交互に高感度の信号
電荷(以下、高感度信号電荷)と低感度の信号電荷(以
下、低感度信号電荷)を得るようにしている。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a CCD solid-state imaging device to which the present invention is applied. FIG.
, An imaging unit (imaging area) 11 includes a plurality of photosensitive elements 12 that are two-dimensionally arranged in a vertical and horizontal direction on a semiconductor substrate, convert incident light into signal charges having a charge amount corresponding to the light amount, and accumulate the signal charges. And a plurality of vertical transfer units 13 provided along the vertical direction of each of the plurality of photosensitive elements 12. This imaging unit 1
In FIG. 1, the plurality of photosensitive pixels 12 are classified into a pixel group 12o of an odd line and a pixel group 12e of an even line. As will be described later, the pixel group 12o of the odd line and the pixel group 12e of the even line alternate in a field unit. A high-sensitivity signal charge (hereinafter, high-sensitivity signal charge) and a low-sensitivity signal charge (hereinafter, low-sensitivity signal charge) are obtained.

【0013】複数本の垂直転送部13は、各々の感光画
素12に1:1の対応関係をもって設けられたパケット
の集合(パケット列)からなり、各パケットの転送チャ
ネル上には3つの転送電極14-1,14-2,14-3が転
送方向に配列されている。これら3つの転送電極14-
1,14-2,14-3のうち、例えば真ん中の転送電極1
4-2が感光素子12から信号電荷を読み出す読み出しゲ
ート電極を兼ねている。そして、垂直転送部13は、4
相の垂直転送パルスφV1,φV2a,φV2b,φV
3によって転送駆動される。
The plurality of vertical transfer units 13 are composed of a set (packet sequence) of packets provided in a one-to-one correspondence with each photosensitive pixel 12, and three transfer electrodes are provided on a transfer channel of each packet. 14-1, 14-2 and 14-3 are arranged in the transfer direction. These three transfer electrodes 14-
Among the 1, 14-2 and 14-3, for example, the middle transfer electrode 1
Reference numeral 4-2 also functions as a readout gate electrode for reading out signal charges from the photosensitive element 12. Then, the vertical transfer unit 13
Phase vertical transfer pulses φV1, φV2a, φV2b, φV
3 is driven for transfer.

【0014】この4相の垂直転送パルスφV1,φV2
a,φV2b,φV3のうち、垂直転送パルスφV1,
φV3は、各パケットの転送電極14-1,14-3にそれ
ぞれ印加され、また垂直転送パルスφV2aは偶数ライ
ンの画素群12eに対応するパケットの転送電極14-2
に、垂直転送パルスφV2bは奇数ラインの画素群12
oに対応するパケットの転送電極14-2にそれぞれ印加
される。ここで、転送電極14-2は読み出しゲート電極
を兼ねていることから、垂直転送パルスφV2a,φV
2bは低レベル、中間レベル及び高レベルの3値をと
り、そのうちの高レベルのパルスが読み出しパルスとな
る。なお、垂直転送パルスφV2aとφV2bの違い
は、読み出しパルスの発生タイミングの違いにある。
The four-phase vertical transfer pulses φV1 and φV2
a, φV2b, φV3, the vertical transfer pulse φV1,
φV3 is applied to the transfer electrodes 14-1 and 14-3 of each packet, respectively, and the vertical transfer pulse φV2a is applied to the transfer electrode 14-2 of the packet corresponding to the pixel group 12e of the even line.
The vertical transfer pulse φV2b is applied to the odd-numbered pixel group 12
The voltage is applied to the transfer electrode 14-2 of the packet corresponding to o. Here, since the transfer electrode 14-2 also serves as a read gate electrode, the vertical transfer pulses φV2a, φV
2b takes three values of a low level, an intermediate level and a high level, and a high level pulse among them is a read pulse. Note that the difference between the vertical transfer pulses φV2a and φV2b lies in the difference in the generation timing of the read pulse.

【0015】撮像部11の図面上の下側には、複数本の
垂直転送部13の転送方向の終端部に隣接して水平転送
部15が配されている。この水平転送部15は、2相の
水平転送パルスφH1,φH2によって転送駆動され
る。水平転送部15の転送方向の終端部には、この水平
転送部15によって転送される信号電荷を検出し、信号
電圧に変換して出力する、例えばフローティング・ディ
フュージョン・アンプ構成の電荷検出部16が設けられ
ている。
A horizontal transfer unit 15 is disposed below the image pickup unit 11 in the drawing, adjacent to the end of the plurality of vertical transfer units 13 in the transfer direction. The horizontal transfer unit 15 is driven by two-phase horizontal transfer pulses φH1 and φH2. At the end of the horizontal transfer unit 15 in the transfer direction, a charge detection unit 16 having, for example, a floating diffusion amplifier configuration, which detects a signal charge transferred by the horizontal transfer unit 15, converts the signal charge into a signal voltage, and outputs the signal voltage. Is provided.

【0016】電荷検出部16は、FD(フローティング
・ディフュージョン)部19およびRD(リセットドレ
イン)部20と、これらの間に縦列配置された2つのリ
セットゲート電極21-1,21-2を有するリセットゲー
ト部22とから構成され、FD部19内の信号電荷に対
するクリップ動作が可能となっている
The charge detecting section 16 has a FD (floating diffusion) section 19 and an RD (reset drain) section 20, and a reset having two reset gate electrodes 21-1 and 21-2 arranged in tandem between them. And a gate section 22, and can perform a clip operation on signal charges in the FD section 19.

【0017】かかる構成の電荷検出部16において、R
D部20には所定のリセットドレイン電圧Vrdが印加
されている。また、2つのリセットゲート電極21-1,
21-2には、リセットパルスφRG1,φRG2がそれ
ぞれ印加される。そして、水平転送部15からFD部1
9に転送された信号電荷は、FD部19内でクリップ処
理や加算処理が行われた後、信号電圧に変換されてバッ
ファ24を介して外部に出力される。
In the charge detection section 16 having such a configuration, R
A predetermined reset drain voltage Vrd is applied to the D section 20. In addition, two reset gate electrodes 21-1,
Reset pulses φRG1 and φRG2 are applied to 21-2, respectively. Then, the horizontal transfer unit 15 to the FD unit 1
The signal charge transferred to 9 is subjected to clip processing and addition processing in the FD section 19, is converted into a signal voltage, and is output to the outside via the buffer 24.

【0018】以上により、広ダイナミックレンジのCC
D固体撮像装置が構成されている。垂直転送部13を駆
動する4相の垂直転送パルスφV1,φV2a,φV2
b,φV3、水平転送部15を駆動する2相の水平転送
パルスφH1,φH2、電荷検出部16を駆動する2つ
のリセットパルスφRG1,φRG2、さらには基板に
印加されるシャッタパルスφSUBは、それぞれタイミ
ングジェネレータ25で発生される。なお、シャッタパ
ルスφSUBは、基板に印加されることにより、感光画
素12に蓄積された全ての信号電荷を基板に掃き捨て
る、いわゆる電子シャッタ動作を実現する。
As described above, CC having a wide dynamic range
A D solid-state imaging device is configured. Four-phase vertical transfer pulses φV1, φV2a, φV2 for driving the vertical transfer unit 13
b, φV3, two-phase horizontal transfer pulses φH1, φH2 for driving the horizontal transfer unit 15, two reset pulses φRG1, φRG2 for driving the charge detection unit 16, and a shutter pulse φSUB applied to the substrate, respectively. Generated by generator 25. When the shutter pulse φSUB is applied to the substrate, a so-called electronic shutter operation of sweeping out all signal charges accumulated in the photosensitive pixels 12 to the substrate is realized.

【0019】次に、上記構成のCCD固体撮像装置の駆
動方法について説明する。
Next, a method of driving the CCD solid-state imaging device having the above configuration will be described.

【0020】撮像部11においては、例えば、走査期間
中のみ露光した画素とブランキング期間中のみ露光した
画素の様に感光画素の露光時間を変えるなどして光電感
度特性を異ならせた複数種の感光画素12を用い、光電
感度特性の高い方の感光画素(以下、高感度画素)から
は高感度信号電荷、光電感度特性の低い方の感光画素
(以下、低感度画素)からは低感度信号電荷を得るよう
にしている。ちなみに、図1では、理解を容易にするた
めに、高感度信号電荷を大きな○で、低感度信号電荷を
小さな○で模式的に示している。
In the image pickup section 11, for example, a plurality of types of photosensitive sensitivity characteristics are made different by changing the exposure time of a photosensitive pixel such as a pixel exposed only during a scanning period and a pixel exposed only during a blanking period. Using the photosensitive pixel 12, a high-sensitivity signal charge is transmitted from a photosensitive pixel having a higher photoelectric sensitivity characteristic (hereinafter, a high-sensitivity pixel), and a low-sensitivity signal is transmitted from a photosensitive pixel having a lower photoelectric sensitivity characteristic (hereinafter, a low-sensitivity pixel). I try to get a charge. Incidentally, in FIG. 1, for easy understanding, high-sensitivity signal charges are schematically indicated by large circles and low-sensitivity signal charges are schematically indicated by small circles.

【0021】先ず、撮像部11の動作について、図2の
タイミングチャートを用いて説明する。偶数フィールド
において、時刻t11で垂直転送パルスφV2aに読み
出しパルスが立つと、垂直有効映像期間において光電変
換された偶数ラインの画素群12eの高感度信号電荷が
垂直転送部13に読み出される。高感度信号電荷が読み
出された後、時刻t12でシャッタパルスφSUBが基
板に印加されることにより、全画素内の信号電荷が基板
に掃き捨てられる。
First, the operation of the imaging unit 11 will be described with reference to the timing chart of FIG. In the even-numbered field, when a readout pulse rises in the vertical transfer pulse φV2a at time t11, the high-sensitivity signal charge of the pixel group 12e of the even-numbered line photoelectrically converted in the vertical effective video period is read out to the vertical transfer unit 13. After the high-sensitivity signal charges are read, the signal charges in all the pixels are swept away by the substrate by applying the shutter pulse φSUB to the substrate at time t12.

【0022】その後、垂直ブランキング期間において再
び光電変換が行われ、この垂直ブランキング期間中に時
刻t13で垂直転送パルスφV2bに読み出しパルスが
立つと、垂直ブランキング期間中に光電変換された奇数
ラインの画素群12oの低感度信号電荷が垂直転送部1
3に読み出される。低感度信号電荷が読み出された後、
時刻t14で再びシャッタパルスφSUBが基板に印加
されることで、全画素内の信号電荷が基板に掃き捨てら
れ、以降、奇数フィールドの光電変換動作が開始され
る。
Thereafter, photoelectric conversion is performed again in the vertical blanking period. When a readout pulse is generated in the vertical transfer pulse φV2b at time t13 during the vertical blanking period, the odd line photoelectrically converted during the vertical blanking period is output. The low-sensitivity signal charges of the pixel group 12o of the vertical transfer unit 1
3 is read. After the low-sensitivity signal charge is read,
By applying the shutter pulse φSUB to the substrate again at time t14, the signal charges in all the pixels are swept away by the substrate, and thereafter, the photoelectric conversion operation of the odd field is started.

【0023】ここまでの動作により、垂直転送部13に
は、高感度信号電荷と低感度信号電荷が交互に配列され
る。そして、垂直転送部13の垂直転送動作によって高
感度信号電荷と低感度信号電荷を対として水平転送部1
5に転送される。これにより、水平転送部15には、高
感度信号電荷と低感度信号電荷が交互に配列される。そ
の後、水平転送部15の水平転送動作によって高感度信
号電荷と低感度信号電荷が交互に電荷検出部16のFD
部19に転送される。この電荷検出部16の動作につい
ては、後で詳細に説明する。
With the above operation, the high-sensitivity signal charges and the low-sensitivity signal charges are alternately arranged in the vertical transfer unit 13. The vertical transfer operation of the vertical transfer unit 13 causes the high-sensitivity signal charges and the low-sensitivity signal charges to be paired with the horizontal transfer unit 1.
5 is transferred. Thus, the high-sensitivity signal charges and the low-sensitivity signal charges are alternately arranged in the horizontal transfer unit 15. After that, the horizontal transfer operation of the horizontal transfer unit 15 causes the high-sensitivity signal charges and the low-sensitivity signal charges to alternately change the FD of the charge detection unit 16.
It is transferred to the unit 19. The operation of the charge detection unit 16 will be described later in detail.

【0024】奇数フィールドに入り、時刻t15で垂直
転送パルスφV2bに読み出しパルスが立つと、垂直有
効映像期間において光電変換された奇数ラインの画素群
12oの高感度信号電荷が垂直転送部13に読み出され
る。高感度信号電荷が読み出された後、時刻t16でシ
ャッタパルスφSUBが基板に印加されることにより、
全画素内の信号電荷が基板に掃き捨てられる。
When an odd field is entered and a read pulse rises in the vertical transfer pulse φV2b at time t15, high-sensitivity signal charges of the pixel group 12o of the odd line photoelectrically converted in the vertical effective video period are read out to the vertical transfer unit 13. . After the high-sensitivity signal charges have been read, the shutter pulse φSUB is applied to the substrate at time t16,
The signal charges in all the pixels are swept away to the substrate.

【0025】その後、垂直ブランキング期間において再
び光電変換が行われ、この垂直ブランキング期間中に時
刻t17で垂直転送パルスφV2aに読み出しパルスが
立つと、垂直ブランキング期間中に光電変換された偶数
ラインの画素群12eの低感度信号電荷が垂直転送部1
3に読み出される。低感度信号電荷が読み出された後、
時刻t18で再びシャッタパルスφSUBが基板に印加
されることで、全画素内の信号電荷が基板に掃き捨てら
れる。以上の一連の動作がフィールド単位で繰り返して
実行される。
Thereafter, photoelectric conversion is performed again in the vertical blanking period. When a readout pulse rises in the vertical transfer pulse φV2a at time t17 during the vertical blanking period, the even-numbered lines photoelectrically converted during the vertical blanking period are output. Low-sensitivity signal charges of the pixel group 12e of the vertical transfer unit 1
3 is read. After the low-sensitivity signal charge is read,
By applying the shutter pulse φSUB to the substrate again at time t18, the signal charges in all the pixels are swept away by the substrate. The above-described series of operations are repeatedly executed in field units.

【0026】次に、電荷検出部16の動作について、図
3のタイミングチャート及び図4のポテンシャル図を用
いて説明する。
Next, the operation of the charge detector 16 will be described with reference to the timing chart of FIG. 3 and the potential diagram of FIG.

【0027】先ず、リセットパルスφRG1,φRG2
が共に高(H)レベルの期間T11はリセット動作期間
であり、このリセット動作期間T11では、リセットゲ
ート電極21-1,21-2の下のポテンシャルが共に深く
なることで、FD部19内の電荷がRD部20に掃き捨
てられ、リセット動作が行われる。
First, reset pulses φRG1, φRG2
Is a high (H) level period T11 is a reset operation period. In this reset operation period T11, both potentials below the reset gate electrodes 21-1 and 21-2 are deepened, so that the FD portion 19 The charges are swept away by the RD unit 20, and a reset operation is performed.

【0028】続いて、リセットパルスφRG2が高レベ
ルから低(L)レベルに遷移すると、リセットゲート電
極21-2の下のポテンシャルが浅くなる。このリセット
ゲート電極21-2の下のポテンシャルバリアの高さによ
ってFD部19の蓄積容量が決まる。このFD部19の
蓄積容量は、撮像部11の各画素の飽和信号量にバラツ
キ(飽和ムラ)があることから、そのバラツキの中で最
小の飽和信号量になるように、リセットパルスφRG2
の低レベルの値が設定される。
Subsequently, when the reset pulse φRG2 transitions from a high level to a low (L) level, the potential below the reset gate electrode 21-2 becomes shallow. The storage capacitance of the FD section 19 is determined by the height of the potential barrier below the reset gate electrode 21-2. Since the storage capacitance of the FD unit 19 has a variation (saturation unevenness) in the saturation signal amount of each pixel of the imaging unit 11, the reset pulse φRG2 has a minimum saturation signal amount in the variation.
Is set to a low level value.

【0029】このリセットパルスφRG1が高レベル、
リセットパルスφRG2が低レベルの期間T12はクリ
ップ動作期間であり、このクリップ動作期間では、光電
感度特性の高い画素が飽和するような入射光量のときに
得られた高感度信号電荷が水平転送部15からFD領域
19に転送されると、その信号電荷量がリセットゲート
電極21-2の下のポテンシャルバリアを越えることにな
り、その越えた分の電荷がRD部20に掃き捨てられ、
クリップ動作が行われる。
When the reset pulse φRG1 is at a high level,
A period T12 during which the reset pulse φRG2 is at a low level is a clipping operation period. In this clipping operation period, the high-sensitivity signal charges obtained when the incident light amount saturates the pixels having high photoelectric sensitivity characteristics are transferred to the horizontal transfer unit 15. Is transferred to the FD region 19, the signal charge amount exceeds the potential barrier below the reset gate electrode 21-2, and the excess charge is swept away by the RD section 20,
A clip operation is performed.

【0030】続いて、リセットパルスφRG1が高レベ
ルから低レベルに遷移すると、その低レベルの値がリセ
ットパルスφRG2の低レベルの値よりも低く設定され
ていることから、リセットゲート電極21-2の下のポテ
ンシャルが、リセットゲート電極21-2の下のポテンシ
ャルよりも浅くなる。
Subsequently, when the reset pulse φRG1 transitions from a high level to a low level, the low level value is set lower than the low level value of the reset pulse φRG2. The lower potential becomes shallower than the potential below the reset gate electrode 21-2.

【0031】このリセットパルスφRG1,φRG2が
共に低レベルの期間T13は加算動作期間であり、この
加算動作期間では、FD部19に低感度信号電荷が転送
されることにより、クリップされた高感度信号電荷と低
感度の信号電荷が加算される。その後再び、リセット動
作期間T11に入り、以降、リセット動作、クリップ動
作および加算動作の一連の動作が繰り返して行われる。
これにより、CCD固体撮像装置における出力信号のダ
イナミックレンジを拡大できるとともに、画素の飽和信
号量のムラを排除した出力信号を得ることができる。
A period T13 in which both the reset pulses φRG1 and φRG2 are at a low level is an addition operation period. In this addition operation period, a low-sensitivity signal charge is transferred to the FD section 19, thereby clipping the high-sensitivity signal. The charge and the low-sensitivity signal charge are added. Thereafter, the reset operation period T11 is entered again, and thereafter, a series of operations of a reset operation, a clip operation, and an addition operation are repeatedly performed.
As a result, the dynamic range of the output signal in the CCD solid-state imaging device can be expanded, and an output signal in which unevenness in the saturation signal amount of the pixel is eliminated can be obtained.

【0032】図5は本発明に係る固体撮像装置の一実施
形態を示すブロック図である。図において、CCD撮像
素子26の出力(OUT) は、S/H(サンプルホールド)
回路27,28,29,30,31,32でサンプリン
グされる。このうち、S/H回路27はサンプリングパ
ルスφSHP、S/H回路28はサンプリングパルスφ
SHD2、S/H回路29はサンプリングパルスφSH
P、S/H回路30はサンプリングパルスφSHD1、
S/H回路31はサンプリングパルスφSHD1、S/
H回路32はサンプリングパルスφSHD2でそれぞれ
CCD素子26の出力(電圧)をサンプリングする。
FIG. 5 is a block diagram showing an embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention. In the figure, the output (OUT) of the CCD image sensor 26 is S / H (sample hold).
The signals are sampled by the circuits 27, 28, 29, 30, 31, 32. The S / H circuit 27 has a sampling pulse φSHP and the S / H circuit 28 has a sampling pulse φSHP.
The SHD2 and S / H circuit 29 output a sampling pulse φSH
The P, S / H circuit 30 has a sampling pulse φSHD1,
The S / H circuit 31 supplies sampling pulses φSHD1, S /
The H circuit 32 samples the output (voltage) of the CCD element 26 with the sampling pulse φSHD2.

【0033】また、先の図3及び図4に示す動作タイミ
ングにおいて、サンプリングパルスφSHPによるS/
H回路27,29のサンプルタイミングはリセット動作
期間(T11)、サンプリングパルスφSHD1による
S/H回路30,31のサンプルタイミングはクリップ
動作期間(T12)、サンプリングパルスφSHD2に
よるS/H回路28,32のサンプルタイミングは加算
動作期間(T13)にそれぞれ設定されている。
In the operation timings shown in FIGS. 3 and 4, S / S by the sampling pulse φSHP is used.
The sample timing of the H circuits 27 and 29 is the reset operation period (T11), the sample timing of the S / H circuits 30 and 31 by the sampling pulse φSHD1 is the clip operation period (T12), and the sampling timing of the S / H circuits 28 and 32 by the sampling pulse φSHD2. The sample timing is set in the addition operation period (T13).

【0034】S/H回路27の出力は減算器33の非反
転(+)入力となり、S/H回路28の出力は減算器3
3の反転(−)入力となる。これにより、減算器33か
らの出力信号は、クリップ後の高感度信号電荷に低感度
信号電荷を加算した加算電荷量に対応した電圧レベルの
出力信号(加算出力信号)となり、これが映像信号とし
て取り扱われる。
The output of the S / H circuit 27 is the non-inverting (+) input of the subtractor 33, and the output of the S / H circuit 28 is
3 is the inverted (-) input. As a result, the output signal from the subtractor 33 becomes an output signal (addition output signal) having a voltage level corresponding to the added charge amount obtained by adding the low-sensitivity signal charge to the high-sensitivity signal charge after clipping, and is treated as a video signal. It is.

【0035】一方、S/H回路29の出力は減算器34
の非反転入力となり、S/H回路30の出力は減算器3
4の反転入力となる。これにより、減算器34からの出
力信号は、クリップ後の高感度信号電荷の電荷量に対応
した電圧レベルの出力信号(高感度出力信号)となるた
め、この出力信号から高感度信号電荷の電荷量を検出可
能となる。
On the other hand, the output of the S / H circuit 29 is
, And the output of the S / H circuit 30 is
4 is the inverted input. As a result, the output signal from the subtractor 34 becomes an output signal (high-sensitivity output signal) having a voltage level corresponding to the charge amount of the high-sensitivity signal charge after clipping. The amount can be detected.

【0036】さらに、S/H回路31の出力は減算器3
5の非反転入力となり、S/H回路32の出力は減算器
35の反転入力となる。これにより、減算器35からの
出力信号は、クリップ後の高感度信号電荷の電荷量と上
記加算電荷量の差分をとった電荷量、即ち低感度信号電
荷の電荷量に対応した電圧レベルの出力信号(低感度出
力信号)となるため、この出力信号から低感度信号電荷
の電荷量を検出可能となる。
Further, the output from the S / H circuit 31 is
5, and the output of the S / H circuit 32 is the inverted input of the subtractor 35. As a result, the output signal from the subtractor 35 is a charge amount obtained by taking the difference between the charge amount of the high-sensitivity signal charge after clipping and the above-mentioned added charge amount, that is, a voltage level output corresponding to the charge amount of the low-sensitivity signal charge. Since the signal is a signal (low-sensitivity output signal), the amount of low-sensitivity signal charge can be detected from the output signal.

【0037】ここで、減算器34の出力信号(高感度出
力信号)は、対数アンプ36に入力されている。対数ア
ンプ36は、オペアンプ36aとトランジスタ36bと
を有している。オペアンプ36aの非反転入力には、上
記減算器34の出力が抵抗R1を介して入力される。一
方、オペアンプ36aの反転入力には、抵抗R2と可変
抵抗36cにより基準電位が印加され、その電位レベル
は可変抵抗36cにより調整可能となっている。そし
て、オペアンプ36aの出力側と非反転入力側との間の
帰還系にトランジスタ36bが設けられている。
Here, the output signal (high-sensitivity output signal) of the subtractor 34 is input to the logarithmic amplifier 36. The logarithmic amplifier 36 has an operational amplifier 36a and a transistor 36b. The output of the subtractor 34 is input to the non-inverting input of the operational amplifier 36a via the resistor R1. On the other hand, a reference potential is applied to the inverting input of the operational amplifier 36a by the resistor R2 and the variable resistor 36c, and the potential level can be adjusted by the variable resistor 36c. A transistor 36b is provided in a feedback system between the output side of the operational amplifier 36a and the non-inverting input side.

【0038】この対数アンプ36では、オペアンプ36
aの非反転入力となる高感度出力信号の電圧レベルが対
数的に増幅される。また、対数アンプ36の出力は、タ
イミングジェネレータ25とCCD撮像素子26との間
の、リセットパルスφRG2の信号ラインに重畳され
る。リセットパルスφRG1,φRG2の信号ラインに
は、それぞれコンデンサC1,C2が設けられている。
また、リセットパルスφRG1の信号ラインには可変抵
抗R3と抵抗R4の合成抵抗が重畳され、可変抵抗R3
の抵抗値を変えることでリセットパルスφRG1のレベ
ルを調整できる構成となっている。
The logarithmic amplifier 36 includes an operational amplifier 36
The voltage level of the high-sensitivity output signal serving as the non-inverting input of a is logarithmically amplified. The output of the logarithmic amplifier 36 is superimposed on the signal line of the reset pulse φRG2 between the timing generator 25 and the CCD image sensor 26. Capacitors C1 and C2 are provided on the signal lines of the reset pulses φRG1 and φRG2, respectively.
Further, a combined resistance of the variable resistor R3 and the resistor R4 is superimposed on the signal line of the reset pulse φRG1, and the variable resistor R3
The level of the reset pulse φRG1 can be adjusted by changing the resistance value of the reset pulse φRG1.

【0039】一方、減算器35の出力信号(低感度出力
信号)は露光時間演算部37に入力される。露光時間演
算部37は、減算器35の出力信号の電圧レベルを基
に、その電圧レベルに応じた低感度画素の露光時間を算
出するものである。露光時間演算部37での演算結果
は、タイミングジェネレータ25に与えられる。
On the other hand, the output signal (low-sensitivity output signal) of the subtractor 35 is input to the exposure time calculator 37. The exposure time calculator 37 calculates the exposure time of the low-sensitivity pixel according to the voltage level of the output signal of the subtractor 35 based on the voltage level. The calculation result in the exposure time calculator 37 is given to the timing generator 25.

【0040】上記構成において、先ず、対数アンプ36
で増幅された出力信号は、タイミングジェネレータ25
とCCD撮像素子26との間の、リセットパルスφRG
2の信号ラインに重畳される。これにより、タイミング
ジェネレータ25から発生されたリセットパルスφRG
2のレベルは、その配線ラインに重畳された対数アンプ
36の出力信号の電圧レベルに応じて変化する。具体的
には、高感度信号電荷量の増大に伴って対数アンプ36
の出力レベルが上がると、それに応じてリセット動作時
におけるリセットパルスφRG2の低レベルの値が上が
る。
In the above configuration, first, the logarithmic amplifier 36
The output signal amplified by the
Between the reset pulse φRG and the CCD image sensor 26
2 signal lines. Thereby, reset pulse φRG generated from timing generator 25
The level of 2 changes according to the voltage level of the output signal of the logarithmic amplifier 36 superimposed on the wiring line. More specifically, the logarithmic amplifier 36
Of the reset pulse .phi.RG2 at the time of the reset operation increases accordingly.

【0041】ここで、先述した電荷検出部16における
高感度信号電荷のクリップレベルは、リセットゲート電
極21-2に印加されるリセットパルスφRG2の低レベ
ルの値で決まる。即ち、リセットパルスφRG2の低レ
ベルの値を上げると、クリップ動作時におけるリセット
ゲート電極21-2の下のポテンシャルが深くなるため、
その分だけFD部19に蓄積される高感度信号電荷の電
荷量が少なくなる。その結果、高感度信号電荷のクリッ
プレベルは、図6(a)に示すレベルから同図(b)に
示すレベルへと下がるため、これに従ってCCD出力特
性のニー(knee)ポイントも下がる。
Here, the clip level of the high-sensitivity signal charge in the charge detection section 16 is determined by the low level value of the reset pulse φRG2 applied to the reset gate electrode 21-2. That is, when the low level value of the reset pulse φRG2 is increased, the potential under the reset gate electrode 21-2 at the time of the clipping operation becomes deeper.
The charge amount of the high-sensitivity signal charges stored in the FD section 19 is reduced accordingly. As a result, the clip level of the high-sensitivity signal charge drops from the level shown in FIG. 6A to the level shown in FIG. 6B, and accordingly, the knee point of the CCD output characteristic also drops.

【0042】このことから、本実施形態のように高感度
信号電荷の電荷量が多いときにクリップレベルを下げる
回路構成を採用することにより、高感度画素が飽和する
ような高輝度の被写体を撮像した場合に、クリップ動作
時における高感度信号電荷の蓄積電荷量を減らし、その
後の加算動作で得られる信号電荷のなかで、低感度信号
電荷の占める割合を増大させることができる。また、上
述のように高感度出力信号を対数アンプ36に通すこと
により、クリップ動作による出力特性のニーポイント
を、高感度画素への入射光量(高感度信号電荷の電荷
量)の増大とともに対数的に下げることができる。
Thus, by adopting a circuit configuration for lowering the clip level when the amount of high-sensitivity signal charges is large as in the present embodiment, an image of a high-luminance subject in which high-sensitivity pixels are saturated can be taken. In this case, it is possible to reduce the accumulated charge amount of the high-sensitivity signal charges during the clip operation and increase the proportion of the low-sensitivity signal charges in the signal charges obtained by the subsequent addition operation. In addition, by passing the high-sensitivity output signal through the logarithmic amplifier 36 as described above, the knee point of the output characteristic due to the clipping operation is logarithmically increased with an increase in the amount of incident light on the high-sensitivity pixel (the amount of the high-sensitivity signal charge). Can be lowered.

【0043】これにより、高感度画素が飽和するような
高輝度の被写体を撮像した場合であっても、低感度画素
により得られた低感度信号電荷がCCD固体撮像装置の
出力信号に大きく寄与し、入射光量に応じた出力信号が
得られるようになる。そのため、高感度画素が飽和して
撮像画像が白く浮く現象を有効に防止することができ、
ダイナミックレンジを拡大した良質な画像を得ることが
可能となる。また、高感度出力信号を対数アンプ36に
通すことで、光量に対するCCD固体撮像装置の出力信
号を対数的に変化させることが可能となる。
As a result, even when a high-luminance subject in which the high-sensitivity pixels are saturated is imaged, the low-sensitivity signal charges obtained by the low-sensitivity pixels greatly contribute to the output signal of the CCD solid-state imaging device. Thus, an output signal corresponding to the amount of incident light can be obtained. Therefore, the phenomenon in which the high-sensitivity pixels are saturated and the captured image floats white can be effectively prevented,
It is possible to obtain a high-quality image with an expanded dynamic range. Further, by passing the high-sensitivity output signal through the logarithmic amplifier 36, it becomes possible to logarithmically change the output signal of the CCD solid-state imaging device with respect to the light amount.

【0044】さらに、CCD出力特性のニーポイントを
DC電圧値で制御できることから、フィードバック系の
回路を簡単に形成できるとともに、フィードバック期間
を極力短くすることができる。これにより、個々の感光
画素あるいは微小領域でのニーポイントの制御が可能と
なる。
Further, since the knee point of the CCD output characteristic can be controlled by the DC voltage value, the circuit of the feedback system can be easily formed, and the feedback period can be shortened as much as possible. This makes it possible to control the knee point in each photosensitive pixel or in a minute area.

【0045】また、低感度出力信号に対応する減算器3
5の出力信号が露光時間演算部37に入力されると、露
光時間演算部37では減算器35の出力レベル(電圧レ
ベル)に応じて露光時間を算出し、この算出結果がタイ
ミングジェネレータ25に与えられる。そうすると、タ
イミングジェネレータ25においては、低感度画素の露
光時間を決めるシャッタパルスφSUBを制御すること
により、低感度出力信号の電圧レベルが低いときは(低
感度信号電荷の電荷量が少ないときは)、低感度画素の
露光時間を増大させ、低感度出力信号の電圧レベルが高
いときは(低感度信号電荷の電荷量が多いときは)、低
感度画素の露光時間を短縮させる。
The subtracter 3 corresponding to the low-sensitivity output signal
5 is input to the exposure time calculation unit 37, the exposure time calculation unit 37 calculates the exposure time according to the output level (voltage level) of the subtractor 35, and gives the calculation result to the timing generator 25. Can be Then, in the timing generator 25, when the voltage level of the low-sensitivity output signal is low (when the amount of the low-sensitivity signal charge is small), the shutter pulse φSUB that determines the exposure time of the low-sensitivity pixel is controlled. The exposure time of the low-sensitivity pixel is increased, and when the voltage level of the low-sensitivity output signal is high (when the amount of the low-sensitivity signal charge is large), the exposure time of the low-sensitivity pixel is reduced.

【0046】具体的には、通常、低感度画素における信
号電荷の蓄積量は、図7に示すように、垂直転送パルス
φV2aに読み出しパルスが立った後に、シャッタパル
スφSUBの立ち上がりタイミングから垂直転送パルス
φV2bに読み出しパルスが立つまでの期間Tfで決ま
る。そこで、シャッタパルスφSUBと垂直転送パルス
φV2bとの間に、もう一つシャッタパルスφSUBを
付加し、この付加したシャッタパルスφSUBの位置
(立ち上がりタイミング)を変えることで、低感度画素
の露光時間を制御する。これにより、例えば、付加パル
スφSUBを図のの位置で立ち上げた場合は低感度画
素の露光時間がTaとなり、付加パルスφSUBを図の
の位置で立ち上げた場合は、低感度画素の露光時間が
上記Taよりも短いTbに制限される。
More specifically, as shown in FIG. 7, the accumulation amount of the signal charge in the low-sensitivity pixel generally varies from the rising timing of the shutter pulse φSUB to the vertical transfer pulse φSUB after the read pulse rises in the vertical transfer pulse φV2a. It is determined by the period Tf until the read pulse rises at φV2b. Then, another shutter pulse φSUB is added between the shutter pulse φSUB and the vertical transfer pulse φV2b, and the position (rising timing) of the added shutter pulse φSUB is changed to control the exposure time of the low-sensitivity pixel. I do. Thus, for example, when the additional pulse φSUB rises at the position shown in the figure, the exposure time of the low-sensitivity pixel becomes Ta, and when the additional pulse φSUB rises at the position shown in the figure, the exposure time of the low-sensitivity pixel becomes Is limited to Tb shorter than Ta.

【0047】これにより、被写体の輝度分布が高くて低
感度信号電荷の電荷量が多くなる場合は、低感度画素の
露光時間を短縮して信号電荷の飽和を防ぎ、被写体の輝
度分布が低くて低感度信号電荷の電荷量が少なくなる場
合は、低感度画素の露光時間を増大させて感度を稼ぐこ
とができるため、例えば室内と窓の外が見える日中の屋
外を同時に撮像した場合でも、黒つぶれ或いは白飛びが
なく、室内も屋外もくっきりとしたコントラストを持つ
画像を得ることが可能となる。
Thus, when the luminance distribution of the subject is high and the amount of low-sensitivity signal charges increases, the exposure time of the low-sensitivity pixels is reduced to prevent saturation of the signal charges, and the luminance distribution of the subject is low. When the charge amount of the low-sensitivity signal charge decreases, the sensitivity can be increased by increasing the exposure time of the low-sensitivity pixel. It is possible to obtain an image having a clear contrast both indoors and outdoors without blackout or overexposure.

【0048】さらに、高感度画素における蓄積電荷の飽
和を防止する手段として、高感度出力信号となる減算器
34の出力信号を露光時間演算部37に与え、そこで高
感度出力信号のレベルに応じた露光時間を算出して上記
同様の方式(電子シャッタ方式)により高感度画素の露
光時間を制御する構成を採用してもよい。
Further, as means for preventing the saturation of the accumulated charges in the high-sensitivity pixels, the output signal of the subtractor 34, which becomes the high-sensitivity output signal, is supplied to the exposure time calculating section 37, where the level of the high-sensitivity output signal is adjusted. A configuration in which the exposure time is calculated and the exposure time of the high-sensitivity pixel is controlled by the same method (electronic shutter method) as described above may be employed.

【0049】この構成においては、高感度画素が飽和す
るような高輝度の被写体を撮像する場合、これに伴う高
感度信号電荷の電荷量の増加に対し、電子シャッタをか
けて高感度画素の露光時間を短くすることにより、高感
度信号電荷が飽和する現象を防止して高感度信号の最適
化を図ることができる。
In this configuration, when an image of a high-brightness subject in which the high-sensitivity pixels are saturated is taken, an increase in the amount of the high-sensitivity signal charges is caused by applying an electronic shutter to the exposure of the high-sensitivity pixels. By shortening the time, the phenomenon that the high-sensitivity signal charge is saturated can be prevented, and the high-sensitivity signal can be optimized.

【0050】なお、上記実施形態においては、高感度信
号電荷のクリップ動作や、クリップ後の高感度信号電荷
と低感度信号電荷との加算動作をデバイス内部で行うも
のについて説明したが、そうした動作を外部回路で行う
ものについても同様に適用可能である。
In the above embodiment, the operation of clipping the high-sensitivity signal charge and the operation of adding the high-sensitivity signal charge after clipping and the low-sensitivity signal charge are performed inside the device have been described. The same applies to those performed by an external circuit.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1記載の発
明によれば、光電感度特性の高い方の感光画素により得
られた高感度信号電荷の電荷量を検出する高感度電荷量
検出手段と、この高感度電荷量検出手段により検出され
た電荷量に応じてクリップレベルを可変するクリップレ
ベル可変手段とを備えた構成となっているため、高感度
電荷量検出手段で検出した高感度信号電荷が電荷量が多
いときに、高感度信号電荷をクリップするクリップレベ
ルをクリップレベル可変手段にて下げることにより、高
輝度の被写体を撮像した場合でも、撮像画像が白く浮い
てしまう現象を防止してダイナミックレンジを広い良質
な画像を得ることが可能となる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the high-sensitivity charge amount detecting means for detecting the amount of the high-sensitivity signal charge obtained by the photosensitive pixel having the higher photoelectric sensitivity characteristic. And a clip level varying means for varying a clip level according to the charge amount detected by the high-sensitivity charge amount detection means, so that the high-sensitivity signal detected by the high-sensitivity charge amount detection means is provided. When the amount of charge is large, the clip level for clipping the high-sensitivity signal charge is reduced by the clip level varying means, thereby preventing a phenomenon in which the captured image floats white even when a high-luminance subject is imaged. It is possible to obtain a high quality image with a wide dynamic range.

【0052】また、請求項2記載の発明によれば、光電
感度特性の低い方の感光画素により得られた低感度信号
電荷の電荷量を検出する低感度電荷量検出手段と、この
低感度電荷量検出手段により検出された電荷量に応じ
て、光電感度特性の低い方の感光画素の露光時間を可変
する低感度露光時間可変手段とを備えた構成となってい
るため、低感度信号電荷の電荷量が多いときは光電感度
特性の低い方の感光画素の露光時間を短くし、低感度信
号電荷の電荷量が少ないときは光電感度特性の低い方の
感光画素の露光時間を長くすることで、黒つぶれや白飛
びのない良質な画像を得ることが可能となる。
According to the second aspect of the present invention, a low-sensitivity charge detecting means for detecting a low-sensitivity signal charge obtained by a photosensitive pixel having a lower photoelectric sensitivity characteristic, and the low-sensitivity charge Low-sensitivity exposure time varying means for varying the exposure time of the photosensitive pixel with the lower photoelectric sensitivity characteristic in accordance with the amount of charge detected by the amount detection means, When the charge amount is large, the exposure time of the photosensitive pixel with the lower photoelectric sensitivity characteristic is shortened, and when the charge amount of the low-sensitivity signal charge is small, the exposure time of the photosensitive pixel with the lower photoelectric sensitivity characteristic is lengthened. Thus, it is possible to obtain a high-quality image free from underexposure and overexposure.

【0053】さらに、請求項3記載の発明によれば、光
電感度特性の高い方の感光画素により得られた高感度信
号電荷の電荷量を検出する高感度電荷量検出手段と、こ
の高感度電荷量検出手段により検出された電荷量に応じ
て、光電感度特性の高い方の感光画素の露光時間を可変
する高感度露光時間可変手段とを備えた構成となってい
るため、高感度電荷量検出手段で検出した高感度信号電
荷が電荷量が多いときに、高感度露光時間可変手段にて
光電感度特性の高い方の感光画素の露光時間を短くする
ことにより、高輝度の被写体を撮像した場合でも、光電
感度特性の高い方の感光画素が飽和するのを防止し、良
質な画像を得ることが可能となる。
According to the third aspect of the present invention, there is provided a high-sensitivity charge detecting means for detecting a high-sensitivity signal charge obtained by a photosensitive pixel having a higher photoelectric sensitivity characteristic. High sensitivity exposure time varying means for varying the exposure time of the photosensitive pixel having the higher photoelectric sensitivity characteristic in accordance with the amount of charge detected by the quantity detection means. When the high-sensitivity signal charge detected by the means has a large amount of charge, the high-sensitivity exposure time varying means shortens the exposure time of the photosensitive pixel having the higher photoelectric sensitivity characteristic to capture a high-luminance subject. However, it is possible to prevent a photosensitive pixel having a higher photoelectric sensitivity characteristic from being saturated, and to obtain a high-quality image.

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

【図1】本発明が適用されるCCD固体撮像装置の概略
構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a CCD solid-state imaging device to which the present invention is applied.

【図2】垂直転送パルスのタイミングチャートである。FIG. 2 is a timing chart of a vertical transfer pulse.

【図3】リセットパルスのタイミングチャートである。FIG. 3 is a timing chart of a reset pulse.

【図4】信号電荷のリセット動作、クリップ動作及び加
算動作を説明するためのポテンシャル図である。
FIG. 4 is a potential diagram for explaining a reset operation, a clip operation, and an addition operation of a signal charge.

【図5】本発明に係る固体撮像装置の一実施形態を示す
ブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram illustrating an embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention.

【図6】本発明の実施形態に係る光量−信号電圧の出力
特性図である。
FIG. 6 is an output characteristic diagram of light quantity-signal voltage according to the embodiment of the present invention.

【図7】感光画素の露光時間を可変する具体的な手段を
説明するタイミングチャートである。
FIG. 7 is a timing chart illustrating specific means for varying the exposure time of a photosensitive pixel.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12(12e,12o)…感光画素、19…FD(フロ
ーティング・ディフュージョン)部、20…RD(リセ
ットドレイン)部、21-1,21-2…リセットゲート電
極、24…バッファ、25…タイミングジェネレータ、
26…CCD撮像素子、27〜32…S/H(サンプル
ホールド)回路、33〜35…減算器、36…対数アン
プ、37…露光時間演算部
12 (12e, 12o): photosensitive pixel, 19: FD (floating diffusion) section, 20: RD (reset drain) section, 21-1, 21-2: reset gate electrode, 24: buffer, 25: timing generator,
26: CCD imaging device, 27 to 32: S / H (sample hold) circuit, 33 to 35: subtractor, 36: logarithmic amplifier, 37: exposure time calculator

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成10年9月8日[Submission date] September 8, 1998

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0046[Correction target item name] 0046

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0046】具体的には、通常、低感度画素における信
号電荷の蓄積時間は、図7に示すように、垂直転送パル
スφV2aに読み出しパルスが立った後のシャッタパル
スφSUBの立ち上がりタイミングから垂直転送パルス
φV2bに読み出しパルスが立つまでの期間Tfで決ま
る。そこで、シャッタパルスφSUBと垂直転送パルス
φV2bとの間に、もう一つシャッタパルスφSUBを
付加し、この付加したシャッタパルスφSUBの位置
(立ち上がりタイミング)を変えることで、低感度画素
の露光時間を制御する。これにより、例えば、付加パル
スφSUBを図のの位置で立ち上げた場合は低感度画
素の露光時間がTaとなり、付加パルスφSUBを図の
の位置で立ち上げた場合は、低感度画素の露光時間が
上記Taよりも短いTbに制限される。
More specifically, the accumulation time of the signal charge in the low-sensitivity pixel is usually from the rising timing of the shutter pulse φSUB after the read pulse rises to the vertical transfer pulse φV2a, as shown in FIG. It is determined by the period Tf until the read pulse rises at φV2b. Then, another shutter pulse φSUB is added between the shutter pulse φSUB and the vertical transfer pulse φV2b, and the position (rising timing) of the added shutter pulse φSUB is changed to control the exposure time of the low-sensitivity pixel. I do. Thus, for example, when the additional pulse φSUB rises at the position shown in the figure, the exposure time of the low-sensitivity pixel becomes Ta, and when the additional pulse φSUB rises at the position shown in the figure, the exposure time of the low-sensitivity pixel becomes Is limited to Tb shorter than Ta.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光電感度特性の異なる複数種の感光画素
を有し、これら複数種の感光画素によって得られた信号
電荷のうち、光電感度特性の高い方の感光画素により得
られた高感度信号電荷を所定のクリップレベルでクリッ
プし、このクリップ後の高感度信号電荷に対し、前記光
電感度特性の低い方の感光画素により得られた低感度信
号電荷を加算するようにした固体撮像装置において、 前記光電感度特性の高い方の感光画素により得られた高
感度信号電荷の電荷量を検出する高感度電荷量検出手段
と、 前記高感度電荷量検出手段により検出された電荷量に応
じて前記クリップレベルを可変するクリップレベル可変
手段とを備えたことを特徴とする固体撮像装置。
1. A high-sensitivity signal obtained by a photosensitive pixel having a higher photoelectric sensitivity characteristic among a plurality of types of photosensitive pixels having different photoelectric sensitivity characteristics among signal charges obtained by the plurality of types of photosensitive pixels. In the solid-state imaging device, the charge is clipped at a predetermined clip level, and the low-sensitivity signal charge obtained by the photosensitive pixel having the lower photoelectric sensitivity characteristic is added to the high-sensitivity signal charge after the clipping. High-sensitivity charge detection means for detecting the amount of high-sensitivity signal charge obtained by the photosensitive pixel having the higher photoelectric sensitivity characteristic; and the clip according to the charge detected by the high-sensitivity charge detection means. A solid-state imaging device comprising: a clip level varying unit that varies a level.
【請求項2】 光電感度特性の異なる複数種の感光画素
を有し、これら複数種の感光画素によって得られた信号
電荷のうち、光電感度特性の高い方の感光画素により得
られた高感度信号電荷を所定のクリップレベルでクリッ
プし、このクリップ後の高感度信号電荷に対し、前記光
電感度特性の低い方の感光画素により得られた低感度信
号電荷を加算するようにした固体撮像装置において、 前記光電感度特性の低い方の感光画素により得られた低
感度信号電荷の電荷量を検出する低感度電荷量検出手段
と、 前記低感度電荷量検出手段により検出された電荷量に応
じて、前記光電感度特性の低い方の感光画素の露光時間
を可変する低感度露光時間可変手段とを備えたことを特
徴とする固体撮像装置。
2. A high-sensitivity signal obtained by a photosensitive pixel having a higher photoelectric sensitivity characteristic among a plurality of types of photosensitive pixels having different photoelectric sensitivity characteristics, among signal charges obtained by the plurality of types of photosensitive pixels. In the solid-state imaging device, the charge is clipped at a predetermined clip level, and the low-sensitivity signal charge obtained by the photosensitive pixel having the lower photoelectric sensitivity characteristic is added to the high-sensitivity signal charge after the clipping. A low-sensitivity-charge-amount detecting unit that detects a charge amount of a low-sensitivity signal charge obtained by the photosensitive pixel having the lower photoelectric sensitivity characteristic, and, in accordance with the charge amount detected by the low-sensitivity-charge-amount detecting unit, A solid-state imaging device comprising: a low-sensitivity exposure time varying unit that varies an exposure time of a photosensitive pixel having a lower photoelectric sensitivity characteristic.
【請求項3】 光電感度特性の異なる複数種の感光画素
を有し、これら複数種の感光画素によって得られた信号
電荷のうち、光電感度特性の高い方の感光画素により得
られた高感度信号電荷を所定のクリップレベルでクリッ
プし、このクリップ後の高感度信号電荷に対し、前記光
電感度特性の低い方の感光画素により得られた低感度信
号電荷を加算するようにした固体撮像装置において、 前記光電感度特性の高い方の感光画素により得られた高
感度信号電荷の電荷量を検出する高感度電荷量検出手段
と、 前記高感度電荷量検出手段により検出された電荷量に応
じて、前記光電感度特性の高い方の感光画素の露光時間
を可変する高感度露光時間可変手段とを備えたことを特
徴とする固体撮像装置。
3. A high-sensitivity signal obtained by a photosensitive pixel having a higher photoelectric sensitivity characteristic among a plurality of types of photosensitive pixels having different photoelectric sensitivity characteristics among signal charges obtained by the plurality of types of photosensitive pixels. In the solid-state imaging device, the charge is clipped at a predetermined clip level, and the low-sensitivity signal charge obtained by the photosensitive pixel having the lower photoelectric sensitivity characteristic is added to the high-sensitivity signal charge after the clipping. A high-sensitivity charge amount detection unit that detects a charge amount of a high-sensitivity signal charge obtained by the photosensitive pixel having the higher photoelectric sensitivity characteristic, and, according to the charge amount detected by the high-sensitivity charge amount detection unit, A solid-state imaging device comprising: a high-sensitivity exposure time varying unit that varies an exposure time of a photosensitive pixel having a higher photoelectric sensitivity characteristic.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6867805B2 (en) 2001-06-29 2005-03-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Image pickup device and video signal processing method
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