JPS6281182A - Nonlinear photoelectric converter - Google Patents

Nonlinear photoelectric converter

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JPS6281182A
JPS6281182A JP60220875A JP22087585A JPS6281182A JP S6281182 A JPS6281182 A JP S6281182A JP 60220875 A JP60220875 A JP 60220875A JP 22087585 A JP22087585 A JP 22087585A JP S6281182 A JPS6281182 A JP S6281182A
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JP
Japan
Prior art keywords
charge
section
signal
voltage
generation circuit
Prior art date
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JP60220875A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuichi Sato
雄一 佐藤
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Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Priority to US06/914,167 priority patent/US4742238A/en
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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

PURPOSE:To convert an input optical signal of a wide dynamic range to a voltage signal with an excellent S/N by making the potential of the drain gate of a storage-type photoelectric conversion element a function of the time during an integrating period to compress said input signal of wide dynamic range. CONSTITUTION:The counting (n) of a counter 2 is inputted to the integrating residual time generating circuit 14 of a storing-control signal generating circuit 4 to generate the integrating residual time (t) of the charge-integration of the photoelectric conversion element 7. In a semiconductor memory 16 is the content y=f(t) of a data in an address (t) inputted beforehand. A function generating circuit 18 generates a binary signal f(t) to control the relative voltage of the drain gate of the storage-type photoelectric transducing element 7 by means of a function (f). A sample holding circuit 21 impresses a functional voltage Zs to an adding circuit 22, where it is added with a bias voltage Zo, and the resulting voltage Z is inputted to a buffer 6. A storing-control signal IG from the buffer 6 is impressed to the drain gate to drain excess charges to the drain. Consequently, the nonlinear storing of charges is executed.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、光信号を電気信号に変換するCOD等の蓄積
型光電変換素子において、入力光信号に対する出力電気
信号のガンマ特性をγく1に設定し得る非線形光電変換
装置に関するものである。
Detailed Description of the Invention [Industrial Application Field] The present invention is directed to a storage type photoelectric conversion device such as a COD that converts an optical signal into an electrical signal, in which the gamma characteristic of an output electrical signal with respect to an input optical signal is reduced by γ. The present invention relates to a nonlinear photoelectric conversion device that can be set to.

[従来の技術] COD等から成る固体撮像素子は半導体を用いていると
ころから、小型軽量・低消費電力・高信頼性などの長所
があると共に、モザイク状に精密に配置された画素で発
生した信号を順次に読み出してゆくので図形歪みが非常
に小さいこと等により、近年広範囲に使用されるように
なってきた。
[Prior art] Solid-state imaging devices such as COD use semiconductors, so they have advantages such as small size, light weight, low power consumption, and high reliability. Since the signals are read out sequentially, the graphical distortion is very small, so it has become widely used in recent years.

しかし、多くの装置はガンマ特性がγ=iであり、入力
画像と出力画像の階調がほぼ等しくりニアリティが良い
反面、銀塩フィルムに比してダイナミックレンジが狭く
、自然界の画像や記録された画像を高輝度から低輝度ま
で高精明度に再現できるような映像信号を得ることが困
難であり、暗い部分が黒くつぶれたり、明るい部分が飽
和したりすることが起り易いという欠点を有している。
However, many devices have a gamma characteristic of γ = i, and while the gradation of the input image and output image are almost equal, and the nearness is good, the dynamic range is narrower than that of silver halide film, and it is difficult to use natural images or recorded images. It is difficult to obtain a video signal that can reproduce a high-definition image from high brightness to low brightness, and it has the disadvantage that dark areas tend to become black and bright areas become saturated. ing.

また、表示デバイスが表現できるダイナミックレンジは
通常は狭いため、信号処理の負担軽減かい、輝度レベル
を圧縮した信号に変換して処理を行う必要があるが、C
OD等においてこのような後段でのγ変換等の処理を行
っても、CCD等から得られる画像信号が持つ輝度情報
のダイナミックレンジが狭いため、有効な効果を得るこ
とができず、撮像素子後段でのγ変換による画像信号の
圧縮では、実質的にはあまり広いダイナミックレンジの
光学像を扱えないという欠点を有している。
In addition, since the dynamic range that display devices can express is usually narrow, in order to reduce the burden of signal processing, it is necessary to convert the brightness level into a compressed signal for processing.
Even if processing such as γ conversion is performed at a later stage in OD, etc., no effective effect can be obtained due to the narrow dynamic range of the luminance information of the image signal obtained from a CCD, etc. Compression of image signals by γ conversion has the disadvantage that it cannot substantially handle optical images with a very wide dynamic range.

[発明の目的] 本発明の目的は、蓄積型光電変換素子の排出ゲートのポ
テンシャルを積分期間中の時間の関数とすることにより
、ダイナミックレンジの広い光学画像信号をS/N比良
く電気信号に、γく1で圧縮することが可能な非線形光
電変換装置を提供することにある。
[Object of the Invention] An object of the present invention is to convert an optical image signal with a wide dynamic range into an electrical signal with a good S/N ratio by making the potential of the discharge gate of a storage type photoelectric conversion element a function of time during the integration period. , γ can be compressed by 1.

[発明の概要] 上述の目的を達成するための本発明の要旨は、光信号を
電荷信号に変換する感光部・該感光部で発生する電荷を
蓄積する蓄積部・該蓄積部の蓄積電荷の一部又は全部を
ドレインに排出するための排出ゲート・前記蓄積部で積
分された電荷を転送部に移送するためのシフトゲート・
該シフトゲートを介して移送されてきた電荷を転送する
転送部・該転送部を経て転送されてくる電荷を検出し電
圧信号に変換する検出部から構成された蓄積型光電変換
素子と、基準クロックパルスを計数して時゛  量情報
を発生するカウント手段と、該カウント手段の出力から
前記シフトゲートに与えるシフトパルス−前記転送部に
与える駆動パルス・前記検出部に与えるリセットパルス
を発生する駆動パルス発生回路と、前記蓄積部における
電荷の積分期間中に積分終了までの積分残存時間tに関
連して前記排出ゲートの電位を変化させることにより、
前記蓄積部の電荷蓄積容量を制御する電荷蓄積制御手段
とを有することを特徴とする非線形光電変換装置である
[Summary of the Invention] The gist of the present invention for achieving the above-mentioned object is to provide a photosensitive section that converts an optical signal into a charge signal, an accumulation section that accumulates charges generated in the photosensitive section, and a storage section that stores charges accumulated in the accumulation section. A discharge gate for discharging part or all of the charge to the drain; a shift gate for transferring the charge integrated in the storage section to the transfer section;
A storage type photoelectric conversion element consisting of a transfer section that transfers the charge transferred via the shift gate, a detection section that detects the charge transferred via the transfer section and converts it into a voltage signal, and a reference clock. A counting means for counting pulses to generate time information; a shift pulse given to the shift gate from the output of the counting means; a drive pulse given to the transfer section; a drive pulse for generating a reset pulse given to the detection section; By changing the potential of the discharge gate in relation to the generation circuit and the remaining integration time t until the end of the integration during the integration period of the charge in the storage section,
A nonlinear photoelectric conversion device characterized by comprising a charge accumulation control means for controlling a charge accumulation capacity of the accumulation section.

[発明の実施例] 本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。[Embodiments of the invention] The present invention will be explained in detail based on illustrated embodiments.

第1図は全体の構成図であり、基準クロックパルスφを
発生するクロック発生回路lにカウンタ2が接続され、
カウンタ2には駆動パルス発生回路3及び蓄積制御信号
発生回路4が並列的に接続されている。そして、駆動パ
ルス発生回路3の出力はバッファ5を介して、蓄積制御
信号発生回路4の出力はバッファ6を介してそれぞれ並
列的に蓄積型光電変換素子7に接続されている。
FIG. 1 is an overall configuration diagram, in which a counter 2 is connected to a clock generation circuit l that generates a reference clock pulse φ,
A driving pulse generating circuit 3 and an accumulation control signal generating circuit 4 are connected in parallel to the counter 2. The output of the drive pulse generation circuit 3 is connected in parallel to the storage type photoelectric conversion element 7 via the buffer 5, and the output of the storage control signal generation circuit 4 is connected to the storage type photoelectric conversion element 7 via the buffer 6.

カウンタ2はクロック発生回路1が発生する基準クロッ
クパルスφから時間情報を得るためにパルスφを分周し
、計数に応じた信号nを駆動パルス発生回路3及び蓄積
制御信号発生回路4に出力している。駆動パルス発生回
路3は光電変換素子7を駆動するための電荷転送に関わ
る駆動パルスφ皿 ・φ2・電荷移送に関わるシフトパ
ルスSR・電荷検出に関わるリセットパルス小Rをバッ
ファ5を介して光電変換素子7に信号nに対応して印加
するようになっている。蓄積制御信号発生回路4は信号
nを入力し、この信号nに対応して光電変換素子7の排
出ゲートを制御するための蓄積制御電圧Zを出力する。
The counter 2 divides the pulse φ to obtain time information from the reference clock pulse φ generated by the clock generation circuit 1, and outputs a signal n corresponding to the count to the drive pulse generation circuit 3 and the accumulation control signal generation circuit 4. ing. The drive pulse generation circuit 3 photoelectrically converts a drive pulse φ disk related to charge transfer to drive the photoelectric conversion element 7, a shift pulse SR related to charge transfer, and a reset pulse small R related to charge detection through a buffer 5. The signal is applied to the element 7 in correspondence with the signal n. The accumulation control signal generation circuit 4 receives the signal n and outputs an accumulation control voltage Z for controlling the discharge gate of the photoelectric conversion element 7 in response to the signal n.

蓄積制御電圧Zを入力したバッファ6はその蓄積制御電
圧Zをバッファリングして蓄積制御信号ICとし、光電
変換素子7に出力することにより、光電変換素子7の排
出ゲートのポテンシャルを制御するようになっている。
The buffer 6 into which the accumulation control voltage Z is input buffers the accumulation control voltage Z and outputs it as an accumulation control signal IC to the photoelectric conversion element 7, thereby controlling the potential of the discharge gate of the photoelectric conversion element 7. It has become.

このようにして、排出ゲートのポテンシャルが制御され
ることにより、光電変換素子7の蓄積部の蓄積可能な最
大電荷量を決定する電荷容量が制御されることになる。
By controlling the potential of the discharge gate in this manner, the charge capacity that determines the maximum amount of charge that can be stored in the storage section of the photoelectric conversion element 7 is controlled.

第2図は蓄積型光電変換素子7の構成図であり、入力さ
れた光信号を電荷信号に変換する感光部8が並列的に4
個設置され、それらの感光部8で発生した電荷を一時的
に蓄えるための蓄積部9がそれぞれの感光部8に接続さ
れている。なお、第2図には感光部8、蓄積部9が4個
から成る4画素の光電変換素子7を例示したが、この画
素数は目的に応じて適宜に選択すればよい、これらの蓄
積部9はシフトゲート10を介して転送部11に接続さ
れ、転送部11の出力は検出部12に接続されている。
FIG. 2 is a block diagram of the storage type photoelectric conversion element 7, in which four photosensitive sections 8 are arranged in parallel to convert an input optical signal into a charge signal.
Each of the photosensitive sections 8 is connected to an accumulation section 9 for temporarily storing charges generated in the photosensitive sections 8 . Although FIG. 2 shows an example of a 4-pixel photoelectric conversion element 7 consisting of four photosensitive sections 8 and four storage sections 9, the number of pixels may be selected as appropriate depending on the purpose. 9 is connected to a transfer section 11 via a shift gate 10, and the output of the transfer section 11 is connected to a detection section 12.

更に、それぞれの蓄積部9は排出ゲー)13を介してド
レイン0FIIに接続されている。
Further, each storage section 9 is connected to a drain 0FII via a drain gate 13.

感光部8に照射された光によって発生した電荷は、蓄積
部9のポテンシャルの井戸に蓄積される。このポテンシ
ャルの井戸の壁の高さに相当する排出ゲート13には、
バッファ6を介して蓄積制御信号発生回路4から蓄積制
御信号IGが入力されるようになっており、この制御信
号ICを制御することにより排出ゲート13のポテンシ
ャルの高さを可変とし、蓄積部9に蓄積可能な最大の電
荷量を制御する。排出ゲート13のポテンシャルの壁の
高さを越える量の電荷は、蓄積部9に蓄積されずに排出
ゲート13を越えて、Vddの電圧を有するドレインO
FDに排出されるようになっている。そして、バッファ
5を介して駆動パルス発生回路3からシフトゲート10
に入力されるシフトパルスSHにより、蓄積部9に蓄積
された電荷はシフトゲート10を介して転送部l!にパ
ラレルに移送される。また、バッファ5を介して駆動パ
ルス発生回路3から転送部11に入力される2相の電荷
転送パルスφ1、φ2により、電荷信号qは電荷検出部
12に時系列的に転送され、更にバッファ5を介して駆
動パルス発生回路3から電荷検出部12に入力されるリ
セットパルスφRにより、電荷信号qは電圧信号Vに変
換されるようになっている。
Charges generated by the light irradiated onto the photosensitive section 8 are accumulated in a potential well of the accumulation section 9 . In the discharge gate 13 corresponding to the height of the wall of this potential well,
An accumulation control signal IG is inputted from the accumulation control signal generation circuit 4 via the buffer 6, and by controlling this control signal IC, the height of the potential of the discharge gate 13 is made variable, and the accumulation section 9 Controls the maximum amount of charge that can be stored in the The amount of charge that exceeds the height of the potential wall of the drain gate 13 is not accumulated in the storage section 9, but passes over the drain gate 13 and flows to the drain O having a voltage of Vdd.
It is designed to be discharged to FD. The shift gate 10 is then connected to the drive pulse generating circuit 3 via the buffer 5.
Due to the shift pulse SH input into the storage section 9, the charges accumulated in the storage section 9 are transferred to the transfer section l! via the shift gate 10. are transferred in parallel. Furthermore, the charge signal q is transferred to the charge detection section 12 in time series by the two-phase charge transfer pulses φ1 and φ2 inputted from the drive pulse generation circuit 3 to the transfer section 11 via the buffer 5, and is further transferred to the buffer 5. The charge signal q is converted into a voltage signal V by a reset pulse φR inputted from the drive pulse generation circuit 3 to the charge detection section 12 via.

第3図は蓄積制御信号発生回路4の構成図であり、この
回路4はカウンタ2で発生される計数nをそれぞれ入力
する積分残存時間発生回路14及びサンプルクロック発
生回路15が入力端とされている。a分残存時間発生回
路14の出力は、順次に配列された半導体メモリ16及
びDレジスタ17から成る関数発生回路18と、D/A
変換器19とから成る関数電圧発生回路20に接続され
、この発生回路20の出力は順次にサンプルホールド回
路21、加算回路22に接続され、加算回路22は蓄積
制御信号発生回路4の出力端となっている。また、サン
プルクロック発生回路15の出力は、Dレジスタ17及
びサンプルホールド回路21に接続されている。
FIG. 3 is a configuration diagram of the accumulation control signal generation circuit 4, and this circuit 4 has an integral remaining time generation circuit 14 and a sample clock generation circuit 15, each inputting the count n generated by the counter 2, as input terminals. There is. The output of the a-minute remaining time generation circuit 14 is sent to a function generation circuit 18 consisting of a semiconductor memory 16 and a D register 17 arranged in sequence, and a D/A
The output of this generation circuit 20 is connected to a sample hold circuit 21 and an addition circuit 22 in sequence, and the addition circuit 22 is connected to the output terminal of the accumulation control signal generation circuit 4. It has become. Further, the output of the sample clock generation circuit 15 is connected to the D register 17 and the sample hold circuit 21.

積分残存時間発生回路14はカウンタ2で発生された計
数nを入力し、光電変換素子7の電荷積分の積分残存時
間tを発生する。RAM、ROM、EFROM等から成
る半導体メモリ16には、アドレスがtの時のデータの
内容Y = f(t)が入力されている。ここで、  
t、 f(t)は共にバイナリ形式で表現された数であ
る。そして、半導体メモリ16の7ドレス入力端子に積
分残存時間tが入力され、データ端子からバイナリ信号
が出力され、Dレジスタ17にはサンプルクロック発生
回路15から入力されるサンプルクロックパルスφSの
立上りに同期して、積分残存時間tにおけるバイナリ信
号が書き込まれる。
The integral remaining time generation circuit 14 inputs the count n generated by the counter 2 and generates the integral remaining time t of charge integration of the photoelectric conversion element 7. Data content Y=f(t) at address t is input to the semiconductor memory 16 consisting of RAM, ROM, EFROM, etc. here,
Both t and f(t) are numbers expressed in binary format. Then, the integration remaining time t is input to the 7-dress input terminal of the semiconductor memory 16, a binary signal is output from the data terminal, and the D register 17 is synchronized with the rise of the sample clock pulse φS input from the sample clock generation circuit 15. Then, a binary signal at the integration remaining time t is written.

このようにして、関数発生回路18は積分残存時間tか
ら、排出ゲート13の相対電圧を関数fで制御するため
のバイナリ信号f(t)を発生するようになっている。
In this way, the function generating circuit 18 generates a binary signal f(t) for controlling the relative voltage of the discharge gate 13 using the function f from the integration remaining time t.

そして、バイナリ信号r(t)がD/A変換器19によ
りデジタル量yからアナログ量の関数電圧Zfに変換さ
れることにより、関数電圧発生回路20は積分残存時1
17f tに対応して、排出ゲート13に印加する電圧
の相対的大きさである関数電圧Zfを発生することにな
る。この関数電圧21はサンプルホールド回路21に入
力され、サンプルホールド回路21はサンプルクロック
発生回路15からのサンプルクロックパルスφSを入力
q、このクロックパルスφSがローレベルの時には関数
電圧Zfをサンプルし、クロックパルスφSがハイレベ
ルのときにはサンプルした信号電圧を保持し、サンプル
ホールドした関数電圧Zsを加算回路22に印加するよ
うになっている。加算回路22では関数電圧Zsと外部
から入力する適当なバイアス電圧zOとを加算し、バッ
ファ6に電圧Zを出力することになる。
Then, by converting the binary signal r(t) from a digital quantity y to an analog quantity functional voltage Zf by the D/A converter 19, the functional voltage generating circuit 20 generates a voltage of 1 when the integration remains.
A function voltage Zf, which is the relative magnitude of the voltage applied to the discharge gate 13, is generated corresponding to 17f t. This function voltage 21 is input to a sample and hold circuit 21, and the sample and hold circuit 21 inputs a sample clock pulse φS from the sample clock generation circuit 15. When this clock pulse φS is at a low level, it samples the function voltage Zf and outputs a clock signal. When the pulse φS is at a high level, the sampled signal voltage is held, and the sampled and held function voltage Zs is applied to the adder circuit 22. The adder circuit 22 adds the function voltage Zs and an appropriate bias voltage zO input from the outside, and outputs the voltage Z to the buffer 6.

このように、蓄積制御信号発生回路4はカウンタ2で発
生されるクロックパルスφの計数値nから積分残存時間
tを発生し、この時間tに対してy = f(t)なる
関数変換を行い、yをD/A変換してアナログ信号であ
る関数電圧Zfに変え、外部からバイアス電圧zOを加
えてバッファ6に電圧Zを出力する。そして、バッファ
6から蓄積制御信号ICを排出ゲー)13に印加して、
余分な電荷を蓄積部9からドレインOFDに排出するこ
とにより、非線形な電荷蓄積が行われるようになってい
る。
In this way, the accumulation control signal generation circuit 4 generates the integration remaining time t from the count value n of the clock pulse φ generated by the counter 2, and performs the functional transformation of y = f(t) on this time t. . Then, applying the accumulation control signal IC from the buffer 6 to the discharge gate 13,
By discharging excess charge from the storage section 9 to the drain OFD, nonlinear charge storage is performed.

第4図は関数電圧発生回路20の他の実施例の発生回路
20’を示している。先の関数電圧発生回路20と同様
に、積分残存時間tから排出ゲート13に印加する電圧
ICを発生する際に必要となる関数電圧Zf= f(t
)を発生する回路であるが、この関数電圧発生回路20
°は関数電圧Zfを7段階の電圧レベルに変換するよう
にしたものである。
FIG. 4 shows a generating circuit 20' of another embodiment of the functional voltage generating circuit 20. In FIG. Similar to the function voltage generation circuit 20 described above, the function voltage Zf = f(t
), this function voltage generation circuit 20
° is for converting the function voltage Zf into seven voltage levels.

積分残存時間先は簡単のために6ビツト以下の場合を示
してあり、tは0≦tく63を満足し。
For simplicity, the case where the integral remaining time is 6 bits or less is shown, and t satisfies 0≦t and 63.

となる、ここで、tO〜t5は積分残存時間tの各ビッ
トの信号で「1」か「0」であり、2″には2のに乗を
表している。
Here, tO to t5 is a signal of each bit of the integration remaining time t, and is either "1" or "0", and 2'' represents the power of 2.

tl−t4までは、それぞれオアゲー)23b〜23e
に入力されており、オアゲー)23b〜23eの出力は
それぞれ順次にインバータ24b〜24e、アンドゲー
ト25b〜25e、アナログゲート26b〜26e、抵
抗T2〜t5に接続されている。toはオアゲー)23
a及びアンドゲート25bに入力されており、オアゲー
ト23aの出力は順次にインバータ24a、アナログゲ
ート26a、抵抗rlに接続されている。 t5はオア
ゲート23e、インバータ24f、アナログゲート26
gに入力されており、インバータ24fの出力は順次に
アントゲ−)25f、アナログゲート26f、抵抗r6
に接続され、アナログゲート28gの出力は抵抗r7に
接続されている。更に、tlはアントゲ−)25cに、
t2はアンドゲート25dに、 t3はアンドゲート2
5eに、 t4はアントゲ−)25fにそれぞれ入力さ
れており、オアゲート23eの出力はオアゲート23d
に、オアゲー)23dの出力はオアゲート23cに、オ
アゲー)23cの出力はオアゲー)23bに、オアゲー
ト23bの出力はオアゲート23aに接続されている。
Up to tl-t4, each is or game) 23b to 23e
The outputs of the OR game) 23b to 23e are connected to inverters 24b to 24e, AND gates 25b to 25e, analog gates 26b to 26e, and resistors T2 to t5, respectively. to is or game)23
a and an AND gate 25b, and the output of the OR gate 23a is sequentially connected to an inverter 24a, an analog gate 26a, and a resistor rl. t5 is the OR gate 23e, the inverter 24f, and the analog gate 26
The output of the inverter 24f is sequentially input to the analog gate 25f, the analog gate 26f, and the resistor r6.
The output of analog gate 28g is connected to resistor r7. Furthermore, tl is Antogame) 25c,
t2 goes to AND gate 25d, t3 goes to AND gate 2
5e and t4 are input to the ant game) 25f, and the output of the OR gate 23e is input to the OR gate 23d.
The output of the OR game) 23d is connected to the OR gate 23c, the output of the OR game) 23c is connected to the OR gate 23b, and the output of the OR gate 23b is connected to the OR gate 23a.

また、アナログゲート26a〜26gの出力はオペアン
プ27の入力端に接続されており、これらのアナログゲ
ート26が接続されているオペアンプ27の入力端には
、抵抗Roを介して−Vlの定電圧源が接続されている
。オペアンプ27の他の入力端は抵抗Raを介して接地
されており、オペアンプ27の出力端には抵抗r1〜「
7の端部が接続されている。ここで抵抗r1〜「6とし
ては、rk=rl/k (k= 1〜6)を満足するも
のが配置されている。
Further, the outputs of the analog gates 26a to 26g are connected to the input terminal of an operational amplifier 27, and the input terminal of the operational amplifier 27 to which these analog gates 26 are connected is connected to a constant voltage source of -Vl via a resistor Ro. is connected. The other input terminal of the operational amplifier 27 is grounded via the resistor Ra, and the output terminal of the operational amplifier 27 is connected to the resistors r1 to "
7 ends are connected. Here, as the resistors r1 to r6, resistors satisfying rk=rl/k (k=1 to 6) are arranged.

アナログゲート26a〜26gに入力するスイッチ信号
5WI−SW7について説明すると、アナログゲート2
6gに入力するスイッチ信号SW?としてはt5が入力
するのみであるから、SW?=t5となる。アナログ信
号)26fについては、t4とインバータ24fを介し
たt5とが、アンドゲート25fを介して入力するよう
になっているのでS誓6=t5京−t4となる。ただし
、t5”はt5の否定値を表すものとする。アナログゲ
ート26eに入力するスイッチ信号S%l15としては
、t3とオアゲート23e、インバータ24eを介した
t5及びt4との否定入力がアンドゲート25eを介し
て入力するようになっているので、sWs = (t5
+t4) ”φt3= t5京・t4車−tOとなる。
To explain the switch signals 5WI-SW7 input to the analog gates 26a to 26g, the analog gate 2
Switch signal SW input to 6g? Since only t5 is input, SW? =t5. Regarding the analog signal 26f, t4 and t5 via the inverter 24f are input via the AND gate 25f, so S6=t5-t4. However, t5" represents the negative value of t5. As the switch signal S%l15 input to the analog gate 26e, the negative input of t3, t5 and t4 via the OR gate 23e and the inverter 24e is the negative input of the AND gate 25e. sWs = (t5
+t4) ”φt3=t5 quintillion・t4 car-tO.

スイッチ信号S誓4〜SW2も同様にして求められ、ス
イッチ信号SWIについては、toはオアゲー) 23
 a、 インバータ24aを介して入力するようになっ
ているので、SWI = t5” −t4’ −tO”
 −t2” −tl” −to”となる、そして、1=
0のときは、 ニヨリ、 tO〜t5= Oトナル(7)テ、 SWI
 =t5京・t4”  ・t3富 ・t2京 ・11京
 ・to” = 1となり、スイッチ信号SW2〜SW
7はOとなる。
The switch signals S4 to SW2 are obtained in the same way, and for the switch signal SWI, to is or game) 23
a. Since it is input via the inverter 24a, SWI = t5" - t4' - tO"
−t2” −tl” −to” and 1=
When it is 0, grinning, tO~t5=Otonal(7)te, SWI
= t5 quintillion · t4" ・t3 quintillion ・t2 quintillion ・11 quintillion ・to" = 1, and the switch signals SW2 to SW
7 becomes O.

また、1=1のときは、 t = Σtk拳 2−k により、to=1、t1〜tS=OとなるのでSW2 
= 1となり、その他のスイッチ信号S引±0となる。
Also, when 1=1, t=Σtkken 2-k, so to=1, t1~tS=O, so SW2
= 1, and other switch signals S pull ±0.

t=2のときは、t1=1、to=o、t2〜t5=0
となるから5Il13 = 1となり、その他のスイッ
チ信号SWはOとなる。t#3のときは、t1=1、t
o= 1 。
When t=2, t1=1, to=o, t2-t5=0
Therefore, 5Il13 = 1, and the other switch signals SW become O. When t#3, t1=1, t
o=1.

t2〜t5=0となるからSW3 = 1となり、その
他のスイッチ信号SWは0となり、その他の場合も同様
にして求められる0以上のスイッチ信号SWI〜SW7
の論理式及びtの値を示すと次のようになる。
Since t2 to t5 = 0, SW3 = 1, and other switch signals SW become 0, and in other cases, switch signals SWI to SW7 of 0 or more are obtained in the same way.
The logical formula and the value of t are as follows.

SW?=t5   (t ≧32) SW8=t5車 ・ t4   (t=ts〜31)S
リ 5= (t(5)◆ t(4))車 ・t3=t5
軍 ・ t4”  畳 tO(k=8〜15)S111
4  = (t(5)+  t(a)+t(3))” 
 −t2=t5車 ・ t4京 ・ t3京 ・ t2
(t=4〜7)S冒3  = (t5+ t4+ t3
φ t2)富 ・t1=t5車 ・ t4宜 ・ t3
車 ・ t2京 ・ tl(t=2.3) SW2  子 (t5+ t4令 t3÷ t2◆ t
l)京 ・ tO=t5家 ・ t4”  ・ t3富
 ・ t2”  @ tl本 ・ 10(t = 1) SWI  = (t5+  ta+  t3◆ t2+
 tl◆ to)車=t5軍 −t4車 ・ t3車 
・ t2車 ・ tl本 ・ tol(1= 0) このように、tO〜t5は「1」かrOJをとるから、
これをスイッチ信号5Il11〜SW7の論理式に代入
すると、SWI〜SW?はtの値に応じて交互に「1」
となり、スイッチ信号Sν1〜SW?のうち常にどれか
1つが「1」で他は「0」となる、いま、スイッチ信号
SWkが「1」であるとすると抵抗rkが選択されるこ
とになり、オペアンプ27の増幅率は−rk/Roとな
る。従って、関数電圧発生回路20’からはZr= (
rk/Ro) Vlなる関数電圧が出力されることにな
る。
SW? =t5 (t≧32) SW8=t5 car ・t4 (t=ts~31)S
Ri 5= (t(5)◆ t(4)) car ・t3=t5
Military ・t4" tatami tO (k=8~15) S111
4 = (t(5)+t(a)+t(3))"
-t2=t5 car ・t4 quintillion ・t3 quintillion ・t2
(t=4~7) S 3 = (t5+ t4+ t3
φ t2) Wealth ・t1=t5 car ・t4yi ・t3
Car ・t2 quintillion ・tl (t=2.3) SW2 child (t5+ t4 age t3÷ t2◆ t
l) Kyo ・ tO=t5 family ・ t4" ・ t3 wealth ・ t2" @ tl book ・ 10 (t = 1) SWI = (t5+ ta+ t3◆ t2+
tl◆ to) car = t5 army - t4 car ・ t3 car
- t2 car - tl book - tol (1 = 0) In this way, tO to t5 take "1" or rOJ, so
Substituting this into the logical expression of switch signals 5Il11-SW7, SWI-SW? is "1" alternately depending on the value of t
Then, the switch signal Sν1~SW? One of them is always "1" and the others are "0". Now, if the switch signal SWk is "1", the resistor rk is selected, and the amplification factor of the operational amplifier 27 is -rk. /Ro. Therefore, Zr= (
rk/Ro) Vl is output.

第5図はカウンタ2の出力である計数nから、積分残存
時間を及びサンプルクロックパルスφSを発生するため
の積分残存時間発生回路14とサンプルクロック発生回
路15の構成図である。ここて、mを計数nのビット数
とすると、計数nは、 と表すことができ、tは前述のように、ら と表すことができる。
FIG. 5 is a block diagram of the integration remaining time generation circuit 14 and the sample clock generation circuit 15 for generating the integration remaining time and the sample clock pulse φS from the count n which is the output of the counter 2. Here, when m is the number of bits of count n, count n can be expressed as follows, and t can be expressed as ra as described above.

積分残存時間発生回路14には、計数n4〜n(m−1
)が入力されているが、nlO〜n(m−1)はオアゲ
ート28に入力されており、オアゲート28はnlo〜
n(層−1)の各ビットの論理和を演算し、Xoマ=n
lO+nll + * 拳争+n(m−1)を出力する
。計数n4〜n9はそれぞれオアゲー)29a〜29f
に入力されており、これらのオアゲート29a〜29f
にはそれぞれXoマも入力されるようになっているので
、それぞれnk(k=4〜9)とXoマとの論理和が演
算されtO〜t5が出力される。
The integral remaining time generation circuit 14 has counts n4 to n(m-1
) is input, but nlO~n(m-1) is input to the OR gate 28, and the OR gate 28 inputs nLO~n(m-1).
Compute the logical sum of each bit of n (layer-1), and calculate Xoma=n
Output lO+nll + * fistfight+n(m-1). Counts n4 to n9 are or game respectively) 29a to 29f
These or gates 29a to 29f
Since the Xo matrix is also input to each, the logical sum of each nk (k=4 to 9) and the Xo matrix is calculated and tO to t5 are output.

このとき、オアゲート28の出力Xoマが1となった場
合には、オアゲート29a〜29fの出力は全て1とな
り、tO〜t5も全てlとなる。従って、nk2−10
のときには、n10以上の項の何れかは必ず1となるの
で、tO〜t5はlとなり、t=1+2+22+・・・
+25となるからt=26−1となる。n<2”10の
ときには、nの式においてn10以上の項はOとなって
いるから。
At this time, when the output Xo of the OR gate 28 becomes 1, the outputs of the OR gates 29a to 29f all become 1, and all tO to t5 also become 1. Therefore, nk2-10
When , any term greater than or equal to n10 is always 1, so tO~t5 becomes l, and t=1+2+22+...
+25, so t=26-1. When n<2''10, terms of n10 or more in the equation for n are O.

1(0)〜n9までがOか1の何れかをとり、to−t
5はn4〜n8までの値と等しくなり、n4−1ならば
10=1、n5=1ならばtl= 1等のようになるか
ら、tk= n(k+4) (k = 0〜5 )とな
り、となる、従って、 となり、tは整数値をとるから、t = [n/181
 となる、ただし、[]はガウス記号である。
1(0) to n9 take either O or 1, to-t
5 is equal to the value from n4 to n8, and if n4-1, 10=1, if n5=1, tl=1, etc., so tk = n(k+4) (k = 0 to 5). Therefore, since t takes an integer value, t = [n/181
, where [ ] is a Gaussian symbol.

一方、サンプルクロック発生回路15においては、電源
電圧Vccが入力するようになっているマルチバイブレ
ーク30のトリガ入力端子に計数13が入力され、n3
の立上りでトリガがかかつて出力端Qから適当な幅のパ
ルスが出力されることになる。このとき、n3は繰り返
して立上るので、出力されるサンプルクロックパルスφ
Sも連続したパルスとなる。
On the other hand, in the sample clock generation circuit 15, the count 13 is input to the trigger input terminal of the multi-by-break 30 to which the power supply voltage Vcc is input, and n3
When the trigger is activated at the rising edge of , a pulse of an appropriate width is output from the output terminal Q. At this time, since n3 rises repeatedly, the output sample clock pulse φ
S also becomes a continuous pulse.

第6図は積分残存時間発生回路14とサンプルクロック
発生回路15とが、第5図に示す構造を有する場合の各
信号のタイミングチャート図である。関数電圧発生回路
として第3図に示した回路20を用いた場合のタイミン
グチャート図を第6図(a)に、第4図に示した回路2
0′を用いた場合のタイミングチャート図を(b)に示
している。
FIG. 6 is a timing chart of each signal when the integration remaining time generation circuit 14 and the sample clock generation circuit 15 have the structure shown in FIG. FIG. 6(a) shows a timing chart when the circuit 20 shown in FIG. 3 is used as a function voltage generation circuit, and the circuit 2 shown in FIG.
A timing chart diagram when using 0' is shown in (b).

第6図(a)において、カウンタ2の計数出力n3を入
力したサンプルクロック発生回路15は、n3に対応し
たクロックパルスφSを出力し、カウンタ2の計数出力
n4を入力した積分残存時間発生回路14はto=n4
のパルス信号に対応した積分残存時間tを出力する。積
分残存時間tを入力した関数発生回路18は、サンプル
クロックパルスφSに同期してDレジスタ17から関数
yを発生するので、yはtより遅れて出力される。そし
て、このyはD/A変換器19により関数電圧Ztとな
って出力され、サンプルホールド回路21においてサン
プルクロックパルスφSと同期してZsとなって出力さ
れる。このように関数電圧発生回路20を用いた場合に
は、Zsはtについて1単位時間遅れて出力されるので
、関数発生回路18の半導体メモリ16には、lアドレ
スずらしてデータを書き込むようにするとよい。
In FIG. 6(a), the sample clock generation circuit 15 inputting the count output n3 of the counter 2 outputs a clock pulse φS corresponding to n3, and the integration remaining time generation circuit 14 inputting the count output n4 of the counter 2 is to=n4
The integration remaining time t corresponding to the pulse signal is output. The function generating circuit 18, which receives the integration remaining time t, generates the function y from the D register 17 in synchronization with the sample clock pulse φS, so that y is output later than t. Then, this y is output as a function voltage Zt by the D/A converter 19, and is output as Zs in synchronization with the sample clock pulse φS in the sample hold circuit 21. When the function voltage generation circuit 20 is used in this way, Zs is output with a delay of one unit time with respect to t, so data is written in the semiconductor memory 16 of the function generation circuit 18 by shifting l addresses. good.

第6図(b)の場合には、関数電圧発生回路20゛によ
りtから関数電圧Zfが直接出力されるので、tに対応
して関数電圧ZFが出力され、Zsはサンプルクロック
パルスφSに同期して出力され、関数電圧Zrと僅かに
ずれてZsが出力されるようになっている。
In the case of FIG. 6(b), the function voltage generation circuit 20' directly outputs the function voltage Zf from t, so the function voltage ZF is output corresponding to t, and Zs is synchronized with the sample clock pulse φS. The function voltage Zs is output with a slight deviation from the function voltage Zr.

以上のようなタイミングで出力されたZgから得られた
排出ゲート13に印加する蓄積制御信号IGの実施例を
示したものが第7図〜第9図であり、第7図は連続的な
対数蓄積特性を与える蓄積制御信号IGを、第8図、第
9図は折れ線近似の対数変換特性を与える蓄積制御信号
IGを示している。蓄積サイクルTの1サイクル中に1
対のシフトパルスSHが発生する区間内の蓄積制御信号
ICは、第3図に示した関数電圧発生回路20を使用す
れば、半導体メモリ16のデータの設定により各種制御
間数を発生させることができる。第7図に示す蓄積制御
信号ICは半導体メモリ16のアドレスXに対し、次式
のようなデータを設定したものである。
FIGS. 7 to 9 show examples of the accumulation control signal IG applied to the discharge gate 13 obtained from Zg output at the above timing, and FIG. 7 shows a continuous logarithm FIGS. 8 and 9 show an accumulation control signal IG that provides an accumulation characteristic, and FIGS. 8 and 9 show an accumulation control signal IG that provides a logarithmic conversion characteristic approximated by a polygonal line. 1 during one cycle of accumulation cycle T
By using the function voltage generation circuit 20 shown in FIG. 3, the accumulation control signal IC within the period in which the pair of shift pulses SH is generated can generate various control intervals by setting the data in the semiconductor memory 16. can. The storage control signal IC shown in FIG. 7 is obtained by setting data as shown in the following equation for the address X of the semiconductor memory 16.

f(x)= a Hlog x+βl (l≦X≦xm
ax)=fO(x=O,xmax <x) 従って、成る明るさの光信号が感光部8に入射し、感光
部8で一点鎖線で示した傾きaで増加するような電荷、
即ち単位時間当りの発生電荷量がaであるような電荷が
発生し蓄積部9へ流れ込むと、傾きaの直線と蓄積制御
信号IGの曲線の接点であるP点より左側の積分残存時
間tがtiより長い時には、電荷の発生の速度が排出ゲ
ート13のポテンシャルの増加を上廻るので、上廻った
分だけドレインOFDへ流れ出し、蓄積部9は常に電荷
で満たされている。P点を過ぎて積分残存時間tがti
より小さくなると、電荷の発生速度aより排出ゲート1
3のポテンシャルの増加速度が速くなり、感光部8で発
生した電荷は蓄積部9からあふれださずに傾きaをもっ
て蓄積されることになる。そして、1=0のときに発生
するシフトパルスSHにより読み出される電荷量はg(
a)に相当する量となり、g(a)はg(a)= az
 lag a+β2となる。
f(x)= a Hlog x+βl (l≦X≦xm
ax)=fO(x=O, xmax<x) Therefore, an optical signal with a brightness of
That is, when a charge whose amount of charge per unit time is a is generated and flows into the storage section 9, the integral remaining time t on the left side of the point P, which is the point of contact between the straight line with the slope a and the curve of the storage control signal IG, is When it is longer than ti, the rate of charge generation exceeds the increase in the potential of the discharge gate 13, so the excess amount flows into the drain OFD, and the storage section 9 is always filled with charges. After passing point P, the remaining integration time t is ti
When the charge generation rate a becomes smaller, the discharge gate 1
The rate of increase in the potential of No. 3 becomes faster, and the charges generated in the photosensitive section 8 do not overflow from the accumulation section 9, but are accumulated at a slope a. Then, the amount of charge read out by the shift pulse SH generated when 1=0 is g(
The amount corresponds to a), and g(a) is g(a) = az
lag a+β2.

第8図は第7図に示した蓄積制御信号!Gよりも蓄積制
御信号!Gのとれる電圧レベルが少ない場合であり、f
O−f32は各積分残存時間tに対応した蓄積制御信号
IGの電圧である。この場合は蓄積制御信号IGがステ
ップ状になるため、読み出される電荷量g(a)はaの
対数圧縮の折線近似となる。なお、第8図に示した蓄積
制御信号■Gは関数電圧発生回路20によって造れるこ
とは云うまでもないが、関数電圧発生回路20′によっ
ても容易に造ることができる。
Figure 8 shows the accumulation control signal shown in Figure 7! Accumulation control signal rather than G! This is a case where the voltage level at which G can be taken is small, and f
O-f32 is the voltage of the accumulation control signal IG corresponding to each integration remaining time t. In this case, since the accumulation control signal IG has a step shape, the read charge amount g(a) is a polygonal line approximation of logarithmic compression of a. It goes without saying that the accumulation control signal 1G shown in FIG. 8 can be generated by the function voltage generation circuit 20, but it can also be easily generated by the function voltage generation circuit 20'.

第9図は第8図に示したM積制御信号IGの変形例であ
り、t=1.2.4.8.16.32のときのみ、蓄積
制御信号IGの電圧はfl、f2、f4、f8. He
 、 f32とし、その他の時は「0の電圧にしている
。この場合の単位時間に発生する電荷量aに対する出力
電圧g(a)の変換特性も第8図と同様になり、この場
合の蓄積制御信号IOも関数電圧発生回路20’ で容
易に造ることができる。
FIG. 9 is a modification of the M product control signal IG shown in FIG. 8, and only when t=1.2.4.8.16.32, the voltages of the accumulation control signal IG are , f8. He
, f32, and the voltage is 0 at other times.The conversion characteristics of the output voltage g(a) with respect to the amount of charge a generated per unit time in this case are also similar to those shown in Fig. 8, and the accumulation in this case is The control signal IO can also be easily generated by the function voltage generation circuit 20'.

第1θ図は蓄積制御信号ICに対する蓄積部9に電荷が
蓄積される様子を示したものであり、(a)は従来装置
における蓄積制御信号IGに対し、(b)は第9図に示
した蓄積制御信号rGに対するものである。(a)にお
いては、1回の積分サイクルT中に1回のパルスが出力
されるようになっており、単位時間に発生する電荷量a
iに対し出力VはV=viとなり、aとVは飽和しない
限り線形の関係になっている。aOは光が感光部8に入
力しない場合、alは成る一定の光が感光部8に入力し
た場合、a2はalの2倍の光が、a4はalの4倍の
光が。
Figure 1θ shows how charges are accumulated in the accumulation section 9 in response to the accumulation control signal IC, where (a) shows the accumulation control signal IG in the conventional device, and (b) shows the situation in which the charges are accumulated in the accumulation unit 9 in response to the accumulation control signal IC. This is for the accumulation control signal rG. In (a), one pulse is output during one integration cycle T, and the amount of charge a generated per unit time is
For i, the output V is V=vi, and a and V have a linear relationship unless saturated. When no light enters the photosensitive section 8, aO becomes al.When a certain amount of light enters the photosensitive section 8, a2 receives twice as much light as al, and a4 receives four times as much light as al.

a8はalの8倍の光が、aleはalの16倍の光が
それぞれ感光部8に入力した場合の積分の様子を示す積
分線であり、(a)の場合にはa4で飽和レベルSLに
到達してしまうことが判る。
a8 is an integral line that shows the integration when 8 times as much light as al and ale as 16 times as much light as al are input to the photosensitive section 8, and in the case of (a), the saturation level SL is reached at a4. It turns out that it reaches .

一方、(b)の場合には1回の積分サイクルT中に6段
階のレベルのパルスが出力される。aiの傾きは(a)
と同様の傾きを有するので、2回目以降のパルスなしで
1=0になると傾きa4に対応する光が透光部に入力さ
れた場合に飽和レベルSLに達するが、2回目のパルス
により飽和レベルSLに達する傾きがa8になる可能性
が生じ、順次にパルスが発生する毎に飽和レベルSLに
達する傾きがずれてゆき、6回目のパルス発生で1=0
のときaO2に対しても蓄積部9は飽和せずにV = 
g32となる。
On the other hand, in the case of (b), six levels of pulses are output during one integration cycle T. The slope of ai is (a)
Since it has the same slope as , if 1 = 0 without the second and subsequent pulses, the saturation level SL will be reached when the light corresponding to the slope a4 is input to the transparent part, but the saturation level SL will be reached by the second pulse. There is a possibility that the slope of reaching SL will be a8, and each time a pulse is generated sequentially, the slope of reaching the saturation level SL will shift, and at the sixth pulse generation, 1 = 0.
When V =
It becomes g32.

このような、第10図(b)に示されたaiとgiの特
性、即ち入力光信号を表す単位時間当りの発生電荷量a
と電圧出力信号v = g(a)の変換特性を示したも
のが第11図であり、v = g(a)は対数特性の折
れ線近似となっている。第11図に示した破線jaは第
10図(a)の場合のaiとgiとの特性を示したもの
であり、これに比して約10倍のダイナミックレンジを
持つ入力信号を対数圧縮することができることが判る。
The characteristics of ai and gi shown in FIG. 10(b), that is, the amount of charge generated per unit time a representing the input optical signal
FIG. 11 shows the conversion characteristics of the voltage output signal v=g(a), where v=g(a) is a polygonal line approximation of the logarithmic characteristic. The broken line ja shown in FIG. 11 shows the characteristics of ai and gi in the case of FIG. It turns out that it is possible.

なお、第8図に示した蓄積制御信号IGについて実施し
てもほぼ同様であり、第7図に示した蓄積制御信号IG
についても折れ線近似ではなくなり連続的になるが、同
様に広い範囲のダイナミックレンジを有する入力光信号
を対数圧縮することができることは勿論である。
Note that it is almost the same even if the accumulation control signal IG shown in FIG. 8 is implemented, and the accumulation control signal IG shown in FIG.
Although it is no longer a polygonal line approximation and becomes continuous, it is of course possible to logarithmically compress an input optical signal having a wide dynamic range.

第12図は蓄積制御信号ICの他の実施例を示したもの
であり、γ=、0.5の変換特性の場合を図示しである
。第12図(a)は半導体メモリ16のアドレスXに対
しデータをf(x)=α3 / X+β3とした場合の
蓄積制御信号!Gを図示したものであり、(b)は蓄積
制御信号ICを(a)に示したものとした場合の単位時
間当りに発生する電荷量aと出力v = g(a)の変
換特性を図示したものである。この場合には、g(a)
=α4・a鴫+β4となり、第11図の場合と同様に広
いダイナミックレンジを得ることができる。
FIG. 12 shows another embodiment of the accumulation control signal IC, and shows a case where the conversion characteristic is γ=0.5. FIG. 12(a) shows the accumulation control signal when the data is f(x)=α3/X+β3 for address X of the semiconductor memory 16! (b) shows the conversion characteristics of the amount of charge a generated per unit time and the output v = g (a) when the accumulation control signal IC is as shown in (a). This is what I did. In this case, g(a)
=α4·a+β4, and a wide dynamic range can be obtained as in the case of FIG.

[発明の効果] 以上説明したように本発明に係る非線形光電変換装置は
、蓄積型光電変換素子の蓄積部に蓄積可能な電荷量を制
限し、制限値以上の電荷はドレインに排出するようにし
た排出ゲートと、最大蓄積電荷量を制限する排出ゲート
のポテンシャルの高さを積分残存時間tの関数として制
御する電荷蓄積制御手段とを設けた極めて簡単な回路構
成により、蓄積型光電変換素子の入出力特性をγくlと
設定することができ、広いダイナミックレンジの入力光
信号を圧縮して、S/N比を良好に電圧信号に変換する
ことを可能とし、これを撮像装置として用いれば、自然
界等のダイナミックレンジの広い光学画像信号を飽和す
ることなく入力することが可能となる。
[Effects of the Invention] As explained above, the nonlinear photoelectric conversion device according to the present invention limits the amount of charge that can be stored in the storage section of the storage type photoelectric conversion element, and discharges the charge exceeding the limit value to the drain. The storage-type photoelectric conversion element can be manufactured using an extremely simple circuit configuration that includes a discharge gate that has a discharge gate and a charge accumulation control means that controls the height of the potential of the discharge gate that limits the maximum accumulated charge amount as a function of the integral remaining time t. The input/output characteristics can be set as γ and l, making it possible to compress input optical signals with a wide dynamic range and converting them into voltage signals with a good S/N ratio.If this is used as an imaging device, , it becomes possible to input optical image signals with a wide dynamic range such as those from the natural world without saturation.

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

図面は本発明に係る非線形光電変換装置の実施例を示す
ものであり、第1図は全体の構成図、第2図は蓄積型光
電変換素子の構成図、第3図は間数電圧発生回路の第1
の実施例を含む蓄積制御信号発生回路の構成図、第4図
は関数電圧発生回路の第2の実施例の構成図、第5図は
積分残存時間発生回路及びサンプルクロック発生回路の
構成図、第6図(a)は関数電圧発生回路の第1の実施
例を用いた場合のタイミングチャート図、(b)は間数
電圧発生回路の第2の実施例を用いた場合のタイミング
チャート図、第7図は対数変換特性を与える電荷蓄積制
御信号の説明図、第8図は折れ線近似の対数変換特性を
与えるステップ状の電荷蓄積制御信号の説明図、第9図
は折れ線近似の対数変換特性を与えるパルス状の電荷蓄
積制御信号の説明図、第10図(a)は従来装置におい
て電荷蓄積制御信号が1回だけ発生する場合の電荷積分
の説明図、(b)は本発明に係る実施例の6段階レベル
の電荷蓄積制御信号が発生する場合の電荷積分の説明図
、第11図は発生電荷量と出力電圧との変換特性の説明
図、第12図(a)は電荷蓄積制御信号の他の実施例の
説明図、(b)はその電荷蓄積制御信号を用いた場合の
発生電荷量と出力電圧との変換特性の説明図である。 符号1はクロック発生回路、2はカウンタ、3は駆動パ
ルス発生回路、4は蓄積制御信号発生回路、7は蓄積型
光電変換素子、8は感光部、9は蓄積部、10はシフト
ゲート、11は転送部、12は検出部、13は排出ゲー
)、14は積分残存時間発生回路、15はサンプルクロ
ック発生回路、16は半導体メモリ、17はレジスタ、
18は関数発生回路、19はD/A変換器、20.20
’は関数電圧発生回路、21はサンプルホールド回路、
22は加算回路である。 第4図 第5図 第6図 (。。 第6図 (b) 第7図 t=。 第8図 ■ 第9図 第10図 (C1) Q○ (b) 纂11図 ■
The drawings show an embodiment of the nonlinear photoelectric conversion device according to the present invention, and FIG. 1 is an overall configuration diagram, FIG. 2 is a configuration diagram of a storage type photoelectric conversion element, and FIG. 3 is a voltage generation circuit. the first of
FIG. 4 is a configuration diagram of a second embodiment of the function voltage generation circuit, FIG. 5 is a configuration diagram of an integral remaining time generation circuit and a sample clock generation circuit, FIG. 6(a) is a timing chart diagram when the first embodiment of the function voltage generation circuit is used, and FIG. 6(b) is a timing chart diagram when the second embodiment of the function voltage generation circuit is used. Fig. 7 is an explanatory diagram of a charge accumulation control signal giving logarithmic conversion characteristics, Fig. 8 is an explanatory diagram of a step-like charge accumulation control signal giving logarithmic conversion characteristics approximating a polygonal line, and Fig. 9 is an explanatory diagram of a logarithmic conversion characteristic approximating a polygonal line. FIG. 10(a) is an explanatory diagram of charge integration when the charge accumulation control signal is generated only once in a conventional device. FIG. 10(b) is an explanatory diagram of the charge integration according to the present invention. An explanatory diagram of charge integration when a six-level charge accumulation control signal is generated, FIG. 11 is an explanatory diagram of the conversion characteristics between the amount of generated charge and the output voltage, and FIG. 12 (a) is an illustration of the charge accumulation control signal. (b) is an explanatory diagram of the conversion characteristic between the amount of generated charge and the output voltage when the charge accumulation control signal is used. 1 is a clock generation circuit, 2 is a counter, 3 is a drive pulse generation circuit, 4 is an accumulation control signal generation circuit, 7 is an accumulation type photoelectric conversion element, 8 is a photosensitive section, 9 is an accumulation section, 10 is a shift gate, 11 1 is a transfer section, 12 is a detection section, 13 is a discharge gate), 14 is an integration remaining time generation circuit, 15 is a sample clock generation circuit, 16 is a semiconductor memory, 17 is a register,
18 is a function generation circuit, 19 is a D/A converter, 20.20
' is a function voltage generation circuit, 21 is a sample and hold circuit,
22 is an adder circuit. Figure 4 Figure 5 Figure 6 (... Figure 6 (b) Figure 7 t=. Figure 8 ■ Figure 9 Figure 10 (C1) Q○ (b) Figure 11 ■

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、光信号を電荷信号に変換する感光部・該感光部で発
生する電荷を蓄積する蓄積部・該蓄積部の蓄積電荷の一
部又は全部をドレインに排出するための排出ゲート・前
記蓄積部で積分された電荷を転送部に移送するためのシ
フトゲート・該シフトゲートを介して移送されてきた電
荷を転送する転送部・該転送部を経て転送されてくる電
荷を検出し電圧信号に変換する検出部から構成された蓄
積型光電変換素子と、基準クロックパルスを計数して時
間情報を発生するカウント手段と、該カウント手段の出
力から前記シフトゲートに与えるシフトパルス・前記転
送部に与える駆動パルス・前記検出部に与えるリセット
パルスを発生する駆動パルス発生回路と、前記蓄積部に
おける電荷の積分期間中に積分終了までの積分残存時間
tに関連して前記排出ゲートの電位を変化させることに
より、前記蓄積部の電荷蓄積容量を制御する電荷蓄積制
御手段とを有することを特徴とする非線形光電変換装置
。 2、前記電荷蓄積制御手段は、前記電荷蓄積容量Qcと
前記積分残存時間tとの比Qc/tが単調増加となるよ
うに、前記排出ゲートの電位を制御するようにした特許
請求の範囲第1項に記載の非線形光電変換装置。 3、前記電荷蓄積制御手段は、前記電荷蓄積容量Qcと
前記積分残存時間tとの関係が、α_1、β_1を適当
な定数とし、α_1>0、Qc>0の範囲で、Qc=α
_1logt+β_1となるように前記排出ゲートの電
位を制御するようにした特許請求の範囲第2項に記載の
非線形光電変換装置。
[Claims] 1. A photosensitive section that converts a light signal into a charge signal; an accumulation section that accumulates charges generated in the photosensitive section; and a device for discharging part or all of the accumulated charges in the accumulation section to a drain. A discharge gate, a shift gate for transferring the charge integrated in the storage section to the transfer section, a transfer section for transferring the charge transferred via the shift gate, and a transfer section for transferring the charge transferred via the transfer section. A storage type photoelectric conversion element consisting of a detection section that detects and converts it into a voltage signal, a counting means that counts reference clock pulses to generate time information, and a shift pulse that is applied to the shift gate from the output of the counting means. A drive pulse generation circuit that generates a drive pulse to be applied to the transfer unit and a reset pulse to be applied to the detection unit; and a drive pulse generation circuit that generates a drive pulse to be applied to the transfer unit and a reset pulse to be applied to the detection unit; A nonlinear photoelectric conversion device comprising: charge storage control means for controlling charge storage capacity of the storage section by changing a potential. 2. The charge storage control means controls the potential of the discharge gate so that the ratio Qc/t of the charge storage capacitance Qc and the integration remaining time t increases monotonically. The nonlinear photoelectric conversion device according to item 1. 3. The charge accumulation control means is configured such that the relationship between the charge accumulation capacitance Qc and the integration remaining time t is such that Qc=α, with α_1 and β_1 being appropriate constants, in the range of α_1>0 and Qc>0.
3. The nonlinear photoelectric conversion device according to claim 2, wherein the potential of the discharge gate is controlled to be _1logt+β_1.
JP60220875A 1985-10-02 1985-10-02 Nonlinear photoelectric converter Pending JPS6281182A (en)

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