JP3441741B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置に係り、
特にランダムアクセス手段を備えた固体撮像装置に関す
るものである。
特にランダムアクセス手段を備えた固体撮像装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、固体撮像装置において画像信号を
取り込む場合、同一画面内に明るい部分と暗い部分があ
り、どちらか一方に合わせて露光すると、明るい部分が
飽和して白く飛んだり、暗い部分が黒くつぶれたりする
という現象があり、再生画像を著しく劣化させていた。
取り込む場合、同一画面内に明るい部分と暗い部分があ
り、どちらか一方に合わせて露光すると、明るい部分が
飽和して白く飛んだり、暗い部分が黒くつぶれたりする
という現象があり、再生画像を著しく劣化させていた。
【０００３】この現象を改善する方法として、１回目の
露光後に画像信号を画像メモリに記憶するとともに、明
るい部分か暗い部分を検出し、露光量を調節して２回目
の露光を行い、再度画像信号の読み直しを行うことで、
１回目の露光で画像が劣化した部分のみ画像メモリを書
き換えるという方法がある。
露光後に画像信号を画像メモリに記憶するとともに、明
るい部分か暗い部分を検出し、露光量を調節して２回目
の露光を行い、再度画像信号の読み直しを行うことで、
１回目の露光で画像が劣化した部分のみ画像メモリを書
き換えるという方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＣＣＤイメージセンサやＭＯＳ型イメージセンサ等の水
平方向・垂直方向に配列された複数の画素を用いた固体
撮像素子は、上記の改善方法では２回目の露光後に全て
の画素の読み出しを行わなければならないので、読み直
しを行った回数だけ撮影時間が長くなるという問題点
や、画像信号を記憶するためのメモリが必要であるた
め、装置の小型化やコストの低減がむずかしいと言った
問題点があった。
ＣＣＤイメージセンサやＭＯＳ型イメージセンサ等の水
平方向・垂直方向に配列された複数の画素を用いた固体
撮像素子は、上記の改善方法では２回目の露光後に全て
の画素の読み出しを行わなければならないので、読み直
しを行った回数だけ撮影時間が長くなるという問題点
や、画像信号を記憶するためのメモリが必要であるた
め、装置の小型化やコストの低減がむずかしいと言った
問題点があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置
は、垂直方向及び水平方向に画素を複数備え、各画素
が、光電変換素子と、水平アドレス及び垂直アドレスの
指定をそれぞれ受けることによって前記光電変換素子に
蓄積した電荷を掃き出すリセット手段と、水平アドレス
及び垂直方向のアドレスの指定をそれぞれ受けることに
よって前記光電変換素子に蓄積した電荷を信号としてサ
ンプルホールドするサンプルホールド手段と、水平アド
レス及び垂直方向のアドレスの指定をそれぞれ受けるこ
とによって前記画素から選択的に前記信号を読み出すア
クセス手段とを含んでなる撮像領域と、 水平アドレス、
垂直アドレスを指定することにより所望の画素を指定し
て、指定された画素の前記アクセス手段を制御し、水平
アドレス、垂直アドレスを指定することにより所望の画
素を指定して、指定された画素の前記リセット手段を制
御し、水平アドレス、垂直アドレスを指定することによ
り所望の画素を指定して、指定された画素の前記サンプ
ルホールド手段を制御するデコーダと、を設けた固体撮
像素子と、 前記固体撮像素子の前記デコーダによって読
み出された撮像領域に含まれる複数の画素からの信号
と、所定の基準レベル信号とを比較する比較手段と、 前
記固体撮像素子の露光条件を制御する露光制御手段と、
読み出された前記信号のレベルが所定の信号レベルの範
囲外にあると前記比較手段により判断された第１の画素
のリセット手段及びサンプルホールド手段を動作させ、
読み出された前記信号のレベルが所定の信号レベルの範
囲内にあると前記比較手段により判断された第２の画素
のリセット手段及びサンプルホールド手段を動作させな
いように、前記デコーダに制御信号を送るとともに、露
光条件を他の条件に設定するために前記露光制御手段に
制御信号を送り、さらに、新たに設定された露光条件で
得られる前記第１の画素に含まれる光電変換素子からの
信号をサンプルホールドし、この信号のレベルが所定の
信号レベルに範囲内にあると前記比較手段により判断さ
れたときに、前記第１の画素及び前記第２の画素を含む
複数の画素の信号を信号処理回路へ出力するように前記
デコーダへ制御信号 を送る制御信号発生手段と、 を備え
たことを特徴とする。
は、垂直方向及び水平方向に画素を複数備え、各画素
が、光電変換素子と、水平アドレス及び垂直アドレスの
指定をそれぞれ受けることによって前記光電変換素子に
蓄積した電荷を掃き出すリセット手段と、水平アドレス
及び垂直方向のアドレスの指定をそれぞれ受けることに
よって前記光電変換素子に蓄積した電荷を信号としてサ
ンプルホールドするサンプルホールド手段と、水平アド
レス及び垂直方向のアドレスの指定をそれぞれ受けるこ
とによって前記画素から選択的に前記信号を読み出すア
クセス手段とを含んでなる撮像領域と、 水平アドレス、
垂直アドレスを指定することにより所望の画素を指定し
て、指定された画素の前記アクセス手段を制御し、水平
アドレス、垂直アドレスを指定することにより所望の画
素を指定して、指定された画素の前記リセット手段を制
御し、水平アドレス、垂直アドレスを指定することによ
り所望の画素を指定して、指定された画素の前記サンプ
ルホールド手段を制御するデコーダと、を設けた固体撮
像素子と、 前記固体撮像素子の前記デコーダによって読
み出された撮像領域に含まれる複数の画素からの信号
と、所定の基準レベル信号とを比較する比較手段と、 前
記固体撮像素子の露光条件を制御する露光制御手段と、
読み出された前記信号のレベルが所定の信号レベルの範
囲外にあると前記比較手段により判断された第１の画素
のリセット手段及びサンプルホールド手段を動作させ、
読み出された前記信号のレベルが所定の信号レベルの範
囲内にあると前記比較手段により判断された第２の画素
のリセット手段及びサンプルホールド手段を動作させな
いように、前記デコーダに制御信号を送るとともに、露
光条件を他の条件に設定するために前記露光制御手段に
制御信号を送り、さらに、新たに設定された露光条件で
得られる前記第１の画素に含まれる光電変換素子からの
信号をサンプルホールドし、この信号のレベルが所定の
信号レベルに範囲内にあると前記比較手段により判断さ
れたときに、前記第１の画素及び前記第２の画素を含む
複数の画素の信号を信号処理回路へ出力するように前記
デコーダへ制御信号 を送る制御信号発生手段と、 を備え
たことを特徴とする。
【０００６】本発明の固体撮像装置は、垂直方向及び水
平方向に画素を複数備え、各画素が、光電変換素子と、
水平アドレス及び垂直アドレスの指定をそれぞれ受ける
ことによって前記光電変換素子に蓄積した電荷を掃き出
すリセット手段と、水平アドレス及び垂直方向のアドレ
スの指定をそれぞれ受けることによって前記光電変換素
子に蓄積した電荷を信号としてサンプルホールドするサ
ンプルホールド手段と、水平アドレス及び垂直方向のア
ドレスの指定をそれぞれ受けることによって前記画素か
ら選択的に前記信号を読み出すアクセス手段とを含んで
なる撮像領域と、 水平アドレス、垂直アドレスを指定す
ることにより所望の画素を指定して、指定された画素の
前記アクセス手段を制御し、水平アドレス、垂直アドレ
スを指定することにより所望の画素を指定して、指定さ
れた画素の前記リセット手段を制御し、水平アドレス、
垂直アドレスを指定することにより所望の画素を指定し
て、指定された画素の前記サンプルホールド手段を制御
するデコーダと、を設けた固体撮像素子と、 前記固体撮
像素子の前記デコーダによって読み出された撮像領域に
含まれる複数の画素からの信号と、所定の基準レベル信
号とを比較する比較手段と、 前記固体撮像素子の露光条
件を制御する露光制御手段と、 読み出された前記信号の
レベルが所定の信号レベルの範囲外にあると前記比較手
段により判断された第１の画素のアドレスを記憶するメ
モリと、 前記第１の画素のリセット手段及びサンプルホ
ールド手段を動作させ、読み出された前記信号のレベル
が所定の信号レベルの範囲内にあると前記比較手段によ
り判断された第２の画素のリセット手段及びサンプルホ
ールド手段を動作させないように、前記デコーダに制御
信号を送るとともに、前記比較手段の比較結果に基づき
決められた露光条件に設定するために前記露光制御手段
に制御信号を送り、設定された該露光条件で得られる前
記第１の画素に含まれる光電変換素子からの信号をサン
プルホールドし、前記第１の画素及び前記第２の画素を
含む複数の画素の信号を信号処理回路へ出力するように
前記デコーダへ制御信号を送る制御信号発生手段と、 を
備えたことを特徴とする。
平方向に画素を複数備え、各画素が、光電変換素子と、
水平アドレス及び垂直アドレスの指定をそれぞれ受ける
ことによって前記光電変換素子に蓄積した電荷を掃き出
すリセット手段と、水平アドレス及び垂直方向のアドレ
スの指定をそれぞれ受けることによって前記光電変換素
子に蓄積した電荷を信号としてサンプルホールドするサ
ンプルホールド手段と、水平アドレス及び垂直方向のア
ドレスの指定をそれぞれ受けることによって前記画素か
ら選択的に前記信号を読み出すアクセス手段とを含んで
なる撮像領域と、 水平アドレス、垂直アドレスを指定す
ることにより所望の画素を指定して、指定された画素の
前記アクセス手段を制御し、水平アドレス、垂直アドレ
スを指定することにより所望の画素を指定して、指定さ
れた画素の前記リセット手段を制御し、水平アドレス、
垂直アドレスを指定することにより所望の画素を指定し
て、指定された画素の前記サンプルホールド手段を制御
するデコーダと、を設けた固体撮像素子と、 前記固体撮
像素子の前記デコーダによって読み出された撮像領域に
含まれる複数の画素からの信号と、所定の基準レベル信
号とを比較する比較手段と、 前記固体撮像素子の露光条
件を制御する露光制御手段と、 読み出された前記信号の
レベルが所定の信号レベルの範囲外にあると前記比較手
段により判断された第１の画素のアドレスを記憶するメ
モリと、 前記第１の画素のリセット手段及びサンプルホ
ールド手段を動作させ、読み出された前記信号のレベル
が所定の信号レベルの範囲内にあると前記比較手段によ
り判断された第２の画素のリセット手段及びサンプルホ
ールド手段を動作させないように、前記デコーダに制御
信号を送るとともに、前記比較手段の比較結果に基づき
決められた露光条件に設定するために前記露光制御手段
に制御信号を送り、設定された該露光条件で得られる前
記第１の画素に含まれる光電変換素子からの信号をサン
プルホールドし、前記第１の画素及び前記第２の画素を
含む複数の画素の信号を信号処理回路へ出力するように
前記デコーダへ制御信号を送る制御信号発生手段と、 を
備えたことを特徴とする。
【０００７】
【０００８】
【０００９】本発明の固体撮像装置は、全画素の光電変
換素子からの信号を各画素に設けられたサンプルホール
ド手段によりサンプルホールドし、サンプルホールドさ
れた信号を読み出して、露光量が多すぎて信号が飽和し
ている画素があるか、又は露光量が少なすぎて信号レベ
ルが小さい画素があるかを検知し（サンプルホールドさ
れた信号のレベルが所定の信号レベル範囲内にあるか否
かを検知する）、この検知結果に基づいて、露光量が多
すぎたり、露光量が少なすぎたりしている画素のみをリ
セットし、露光量を調整して再度露光を行ない、リセッ
トされた画素の光電変換素子からの信号をサンプルホー
ルドし、サンプルホールドされた全画素の信号のレベル
が所定の信号レベル範囲にある場合に、全画素からの信
号をサンプルホールド手段から所定の順序で読み出すも
のである。
換素子からの信号を各画素に設けられたサンプルホール
ド手段によりサンプルホールドし、サンプルホールドさ
れた信号を読み出して、露光量が多すぎて信号が飽和し
ている画素があるか、又は露光量が少なすぎて信号レベ
ルが小さい画素があるかを検知し（サンプルホールドさ
れた信号のレベルが所定の信号レベル範囲内にあるか否
かを検知する）、この検知結果に基づいて、露光量が多
すぎたり、露光量が少なすぎたりしている画素のみをリ
セットし、露光量を調整して再度露光を行ない、リセッ
トされた画素の光電変換素子からの信号をサンプルホー
ルドし、サンプルホールドされた全画素の信号のレベル
が所定の信号レベル範囲にある場合に、全画素からの信
号をサンプルホールド手段から所定の順序で読み出すも
のである。
【００１０】本発明によれば、新たな露光を必要とする
場合であっても、リセット動作、サンプルホールド動作
は、必要とされる画素だけですみ、その他の画素の信号
は先の露光による信号を保持したままとすることができ
るので、新たな露光後にサンプルホールド手段から読み
出される全画素の信号は、既に必要とされる画素が新た
な露光による信号に書き換えられた信号となるため、先
の露光による画像信号を記憶しておくための外部メモリ
等は不要となる。
場合であっても、リセット動作、サンプルホールド動作
は、必要とされる画素だけですみ、その他の画素の信号
は先の露光による信号を保持したままとすることができ
るので、新たな露光後にサンプルホールド手段から読み
出される全画素の信号は、既に必要とされる画素が新た
な露光による信号に書き換えられた信号となるため、先
の露光による画像信号を記憶しておくための外部メモリ
等は不要となる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
詳細に説明する。
詳細に説明する。
【００１２】［第１の実施例］図１および図２は、本発
明の特徴を最もよく表す図である。図１は、本発明によ
る固体撮像素子の概略的構成を示していて、１がＨ方向
・Ｖ方向に配列された複数の画素を有する撮像領域、２
が撮像領域１を構成する一つの画素、３，４，および５
が夫々、ランダムアクセス回路，ランダムリセット回
路，およびランダムサンプル回路のＨ方向デコーダであ
る。６がＨ方向アドレス線、７，８，および９が夫々、
ランダムアクセス回路，ランダムリセット回路，および
ランダムサンプル回路のＶ方向デコーダである。１０が
Ｖ方向アドレス線、１１がデータ線、１２が出力回路、
１３が固体撮像素子の出力端子、１４がＨ方向デコーダ
の制御線、１５がＶ方向デコーダの制御線である。
明の特徴を最もよく表す図である。図１は、本発明によ
る固体撮像素子の概略的構成を示していて、１がＨ方向
・Ｖ方向に配列された複数の画素を有する撮像領域、２
が撮像領域１を構成する一つの画素、３，４，および５
が夫々、ランダムアクセス回路，ランダムリセット回
路，およびランダムサンプル回路のＨ方向デコーダであ
る。６がＨ方向アドレス線、７，８，および９が夫々、
ランダムアクセス回路，ランダムリセット回路，および
ランダムサンプル回路のＶ方向デコーダである。１０が
Ｖ方向アドレス線、１１がデータ線、１２が出力回路、
１３が固体撮像素子の出力端子、１４がＨ方向デコーダ
の制御線、１５がＶ方向デコーダの制御線である。
【００１３】図２は、固体撮像素子の画素２を示してい
て、Ｄ１，Ｃ１が光電変換素子であるフォトダイオード
および蓄積容量、Ｔ１がフォトダイオードＤ１をリセッ
トするリセットトランジスタ、Ｔ２，Ｔ３が初段のソー
スフォロア回路、Ｔ４がサンプルトランジスタ、Ｃ２が
サンプル容量、Ｔ５，Ｔ６が二段目のソースフォロア回
路、Ｔ７がゲートをＶ方向アクセスアドレス線に接続し
てあるＶ方向アクセスパストランジスタ、Ｔ８がゲート
をＨ方向アクセスアドレス線に接続してあるＨ方向アク
セスパストランジスタ、Ｔ９がゲートをＶ方向リセット
アドレス線に接続してあるＶ方向リセットパストランジ
スタ、Ｔ１０がゲートをＨ方向リセットアドレス線に接
続してあるＨ方向リセットパストランジスタ、Ｔ１１が
ゲートをＶ方向サンプルアドレス線に接続してあるＶ方
向サンプルパストランジスタ、Ｔ１２がゲートをＨ方向
サンプルアドレス線に接続してあるＨ方向サンプルパス
トランジスタ、１６がデータ線１１に接続している画素
の出力端子である。
て、Ｄ１，Ｃ１が光電変換素子であるフォトダイオード
および蓄積容量、Ｔ１がフォトダイオードＤ１をリセッ
トするリセットトランジスタ、Ｔ２，Ｔ３が初段のソー
スフォロア回路、Ｔ４がサンプルトランジスタ、Ｃ２が
サンプル容量、Ｔ５，Ｔ６が二段目のソースフォロア回
路、Ｔ７がゲートをＶ方向アクセスアドレス線に接続し
てあるＶ方向アクセスパストランジスタ、Ｔ８がゲート
をＨ方向アクセスアドレス線に接続してあるＨ方向アク
セスパストランジスタ、Ｔ９がゲートをＶ方向リセット
アドレス線に接続してあるＶ方向リセットパストランジ
スタ、Ｔ１０がゲートをＨ方向リセットアドレス線に接
続してあるＨ方向リセットパストランジスタ、Ｔ１１が
ゲートをＶ方向サンプルアドレス線に接続してあるＶ方
向サンプルパストランジスタ、Ｔ１２がゲートをＨ方向
サンプルアドレス線に接続してあるＨ方向サンプルパス
トランジスタ、１６がデータ線１１に接続している画素
の出力端子である。
【００１４】以下、図１及び図２を用いて上記固体撮像
素子の信号読み出し動作について説明する。
素子の信号読み出し動作について説明する。
【００１５】まず、図２に示したＨ方向リセットパルス
φＨｒおよびＶ方向リセットパルスφＶｒを加え、Ｈ方
向リセットパストランジスタＴ１０およびＶ方向リセッ
トパストランジスタＴ９をオンすることで、リセットト
ランジスタＴ１をオンして、蓄積容量Ｃ１に蓄積してい
る電荷を掃き出す。
φＨｒおよびＶ方向リセットパルスφＶｒを加え、Ｈ方
向リセットパストランジスタＴ１０およびＶ方向リセッ
トパストランジスタＴ９をオンすることで、リセットト
ランジスタＴ１をオンして、蓄積容量Ｃ１に蓄積してい
る電荷を掃き出す。
【００１６】次に、リセットトランジスタＴ１をオフし
て、フォトダイオードＤ１を必要なだけ露光し、蓄積容
量Ｃ１に電荷を蓄積する。この時、初段のソースフォロ
ア回路によって、電荷量が電圧値に変換されているの
で、Ｈ方向サンプルパルスφＨｓおよびＶ方向サンプル
パルスφＶｓを加え、Ｈ方向サンプルパストランジスタ
Ｔ１２およびＶ方向サンプルパストランジスタＴ１１を
オンすることで、サンプルトランジスタＴ４をオンし
て、その電圧値をサンプル容量Ｃ２に保持する。
て、フォトダイオードＤ１を必要なだけ露光し、蓄積容
量Ｃ１に電荷を蓄積する。この時、初段のソースフォロ
ア回路によって、電荷量が電圧値に変換されているの
で、Ｈ方向サンプルパルスφＨｓおよびＶ方向サンプル
パルスφＶｓを加え、Ｈ方向サンプルパストランジスタ
Ｔ１２およびＶ方向サンプルパストランジスタＴ１１を
オンすることで、サンプルトランジスタＴ４をオンし
て、その電圧値をサンプル容量Ｃ２に保持する。
【００１７】次に、サンプルトランジスタＴ４をオフす
る。サンプル容量Ｃ２に保持された電圧値は、再度サン
プルパルスによってサンプルトランジスタＴ４がオンす
るまでその電圧値を保持することができる。そして、そ
の電圧値は、Ｈ方向アクセスパルスφＨａおよびＶ方向
アクセスパルスφＶａを加え、Ｈ方向アクセスパストラ
ンジスタＴ８およびＶ方向アクセスパストランジスタＴ
７をオンすることで、画素の出力端子１６から出力され
る。出力された電圧値は、図１に示したデータ線１１、
出力回路１２および固体撮像素子の出力端子１３を通っ
て、画像信号として固体撮像素子から出力される。
る。サンプル容量Ｃ２に保持された電圧値は、再度サン
プルパルスによってサンプルトランジスタＴ４がオンす
るまでその電圧値を保持することができる。そして、そ
の電圧値は、Ｈ方向アクセスパルスφＨａおよびＶ方向
アクセスパルスφＶａを加え、Ｈ方向アクセスパストラ
ンジスタＴ８およびＶ方向アクセスパストランジスタＴ
７をオンすることで、画素の出力端子１６から出力され
る。出力された電圧値は、図１に示したデータ線１１、
出力回路１２および固体撮像素子の出力端子１３を通っ
て、画像信号として固体撮像素子から出力される。
【００１８】図３は、図１に示す固体撮像素子を用いた
固体撮像装置のうち、固体撮像素子の周辺回路を示した
ブロック図であり、１７が固体撮像素子、１８が比較
器、１９が制御信号発生器、２０が露光量を調節する手
段としてのシャッタと絞り、２１が画像信号線である。
固体撮像装置のうち、固体撮像素子の周辺回路を示した
ブロック図であり、１７が固体撮像素子、１８が比較
器、１９が制御信号発生器、２０が露光量を調節する手
段としてのシャッタと絞り、２１が画像信号線である。
【００１９】それでは、図１、図２および図３を用いて
本発明の第１の実施例による信号読み出し動作について
説明する。
本発明の第１の実施例による信号読み出し動作について
説明する。
【００２０】まず、固体撮像素子１７のランダムリセッ
ト回路を動作させて、全画素のフォトダイオードＤ１お
よび蓄積容量Ｃ１の電荷を所定の順序でリセットし、あ
る露光条件で１回目の露光を行った後、ランダムサンプ
ル回路を動作させて、全画素のフォトダイオードＤ１お
よび蓄積容量Ｃ１に蓄積している電荷を電圧変換して所
定の順序でサンプルホールドする。
ト回路を動作させて、全画素のフォトダイオードＤ１お
よび蓄積容量Ｃ１の電荷を所定の順序でリセットし、あ
る露光条件で１回目の露光を行った後、ランダムサンプ
ル回路を動作させて、全画素のフォトダイオードＤ１お
よび蓄積容量Ｃ１に蓄積している電荷を電圧変換して所
定の順序でサンプルホールドする。
【００２１】次に、ランダムアクセス回路を動作させ
て、全画素がサンプルホールドしている画像信号を所定
の順序で読み出し、固体撮像素子１７から出力する。比
較器１８では、制御信号発生器１９より所定の基準信号
を受け取り、画像信号との比較を行い、その結果を制御
信号発生器１９に戻す。ここで、所定の基準信号を低く
設定し、暗い部分が検出できるようにした場合について
説明する。制御信号発生器１９では、現在比較している
信号が所定の基準信号より低い場合、固体撮像素子１７
の同じアドレスの画素をリセットして２回目の露光を始
める。２回目の露光では、露光時間を長くするか、シャ
ッタと絞り２０を調節するかして、露光量を増加させ
る。２回目の露光後、検出された暗い部分に対応する画
素の信号をサンプルホールドした後、固体撮像素子１７
から読み出し、比較器１８で再度比較を行い、その結
果、良好と判断されれば、全画素の信号を所定の順序で
読み出し、固体撮像素子１７から出力し、画像信号線２
１を通して信号処理回路等に出力する。この動作を、必
要回数繰り返すことで、暗い部分の感度を高めることが
できるのでダイナミックレンジの拡大が実現できる。そ
して、この動作を繰り返しても、毎回全画素を読む必要
がないので、撮影時間が長くなるという問題点は解決さ
れる。また、所定の基準信号を高く設定し、明るい部分
が検出できるようにすることもできる。この場合は、２
回目の露光の時、露光時間を短くしたり、シャッタと絞
り２０を調節したりして、露光量を減少させることで明
るい部分が飽和して白く飛んでしまうことを防ぐことが
できるのでダイナミックレンジの拡大が実現できる。さ
らに、同一画素が同時に明るい部分と暗い部分になるこ
とはないので、制御信号発生器１９より低い設定の基準
信号と高い設定の基準信号を比較器１８に送ることで、
明るい部分と暗い部分の判定を行い、それぞれに２回目
の露光条件を決めることができるので、明るい部分と暗
い部分の両方のダイナミックレンジの拡大が実現でき
る。そして、本発明によれば、画像信号を記憶するため
の画像メモリが必要でなくなるため、装置の小型化やコ
ストの低減が可能となる。
て、全画素がサンプルホールドしている画像信号を所定
の順序で読み出し、固体撮像素子１７から出力する。比
較器１８では、制御信号発生器１９より所定の基準信号
を受け取り、画像信号との比較を行い、その結果を制御
信号発生器１９に戻す。ここで、所定の基準信号を低く
設定し、暗い部分が検出できるようにした場合について
説明する。制御信号発生器１９では、現在比較している
信号が所定の基準信号より低い場合、固体撮像素子１７
の同じアドレスの画素をリセットして２回目の露光を始
める。２回目の露光では、露光時間を長くするか、シャ
ッタと絞り２０を調節するかして、露光量を増加させ
る。２回目の露光後、検出された暗い部分に対応する画
素の信号をサンプルホールドした後、固体撮像素子１７
から読み出し、比較器１８で再度比較を行い、その結
果、良好と判断されれば、全画素の信号を所定の順序で
読み出し、固体撮像素子１７から出力し、画像信号線２
１を通して信号処理回路等に出力する。この動作を、必
要回数繰り返すことで、暗い部分の感度を高めることが
できるのでダイナミックレンジの拡大が実現できる。そ
して、この動作を繰り返しても、毎回全画素を読む必要
がないので、撮影時間が長くなるという問題点は解決さ
れる。また、所定の基準信号を高く設定し、明るい部分
が検出できるようにすることもできる。この場合は、２
回目の露光の時、露光時間を短くしたり、シャッタと絞
り２０を調節したりして、露光量を減少させることで明
るい部分が飽和して白く飛んでしまうことを防ぐことが
できるのでダイナミックレンジの拡大が実現できる。さ
らに、同一画素が同時に明るい部分と暗い部分になるこ
とはないので、制御信号発生器１９より低い設定の基準
信号と高い設定の基準信号を比較器１８に送ることで、
明るい部分と暗い部分の判定を行い、それぞれに２回目
の露光条件を決めることができるので、明るい部分と暗
い部分の両方のダイナミックレンジの拡大が実現でき
る。そして、本発明によれば、画像信号を記憶するため
の画像メモリが必要でなくなるため、装置の小型化やコ
ストの低減が可能となる。
【００２２】［第２の実施例］図４は、本発明の第２の
実施例を示すブロック図で、図３の制御信号発生器１９
に、２２のアドレスメモリが接続されたものとなってい
る。本実施例では、第１の実施例と同様に、１回目の露
光後、全画素の画像信号を所定の順序で読み出し、比較
器１８で、所定の基準信号との比較を行った後、２回目
の露光が必要と判断された画素のアドレスをアドレスメ
モリ２２に記憶するようになっている。この時、制御信
号発生器１９は、２回目の露光が必要と判断された画素
のアドレスをアドレスメモリ２２に記憶するとともに、
比較器１８から送られてくる情報から２回目の露光条件
を計算する。全画素の画像信号の比較が終った後、アド
レスメモリ２２に記憶された画素をリセットし、制御信
号発生器１９が計算した露光条件で露光を行い、次に、
アドレスメモリ２２に記憶された画素の信号をサンプル
ホールドする。第１の実施例では、２回目の露光後の画
素の信号を比較器１８で再度比較を行っているが第２の
実施例では、２回目の露光が必要と判断された画素の信
号から計算した露光条件で露光を行っているので、再度
比較を行わなくてもよい。そして、全画素の信号を所定
の順序で読み出し、固体撮像素子１７から出力し、画像
信号線２１を通して信号処理回路等に出力する。これに
より、暗い部分の感度を高めたり明るい部分が飽和して
白く飛んでしまうことを防ぐことができるのでダイナミ
ックレンジの拡大が実現できる。そして、２回の露光だ
けでダイナミックレンジの拡大が実現できるので、更に
撮影時間を短縮することができる。また、明るい部分と
暗い部分の両方のダイナミックレンジを拡大するために
は、制御信号発生器１９より低い設定の基準信号と高い
設定の基準信号を比較器１８に送ることで、明るい部分
と暗い部分の判定を行い、それぞれに２回目の露光条件
を計算するとともに、アドレスメモリ２２の内部を２つ
に分割して明るい部分と暗い部分のアドレスを記憶する
か、アドレスメモリを別々に持つかすればよい。そし
て、第２の実施例におけるアドレスメモリ２２は、画像
信号を記憶するための画像メモリに比べて小さな容量で
済むので装置の小型化やコストの低減が可能となる。
実施例を示すブロック図で、図３の制御信号発生器１９
に、２２のアドレスメモリが接続されたものとなってい
る。本実施例では、第１の実施例と同様に、１回目の露
光後、全画素の画像信号を所定の順序で読み出し、比較
器１８で、所定の基準信号との比較を行った後、２回目
の露光が必要と判断された画素のアドレスをアドレスメ
モリ２２に記憶するようになっている。この時、制御信
号発生器１９は、２回目の露光が必要と判断された画素
のアドレスをアドレスメモリ２２に記憶するとともに、
比較器１８から送られてくる情報から２回目の露光条件
を計算する。全画素の画像信号の比較が終った後、アド
レスメモリ２２に記憶された画素をリセットし、制御信
号発生器１９が計算した露光条件で露光を行い、次に、
アドレスメモリ２２に記憶された画素の信号をサンプル
ホールドする。第１の実施例では、２回目の露光後の画
素の信号を比較器１８で再度比較を行っているが第２の
実施例では、２回目の露光が必要と判断された画素の信
号から計算した露光条件で露光を行っているので、再度
比較を行わなくてもよい。そして、全画素の信号を所定
の順序で読み出し、固体撮像素子１７から出力し、画像
信号線２１を通して信号処理回路等に出力する。これに
より、暗い部分の感度を高めたり明るい部分が飽和して
白く飛んでしまうことを防ぐことができるのでダイナミ
ックレンジの拡大が実現できる。そして、２回の露光だ
けでダイナミックレンジの拡大が実現できるので、更に
撮影時間を短縮することができる。また、明るい部分と
暗い部分の両方のダイナミックレンジを拡大するために
は、制御信号発生器１９より低い設定の基準信号と高い
設定の基準信号を比較器１８に送ることで、明るい部分
と暗い部分の判定を行い、それぞれに２回目の露光条件
を計算するとともに、アドレスメモリ２２の内部を２つ
に分割して明るい部分と暗い部分のアドレスを記憶する
か、アドレスメモリを別々に持つかすればよい。そし
て、第２の実施例におけるアドレスメモリ２２は、画像
信号を記憶するための画像メモリに比べて小さな容量で
済むので装置の小型化やコストの低減が可能となる。
【００２３】［第３の実施例］図５は、図２で用いた固
体撮像素子１７の画素２の別な構成を示す図で、Ｈ方向
リセットパストランジスタＴ１０を省略して、Ｈ方向リ
セットパルスφＨｒを電源の代りに接続し、Ｈ方向サン
プルパストランジスタＴ１２を省略して、Ｈ方向サンプ
ルパルスφＨｓを電源の代りに接続したものとなってい
る。これにより、画素２の構成を簡略化している。
体撮像素子１７の画素２の別な構成を示す図で、Ｈ方向
リセットパストランジスタＴ１０を省略して、Ｈ方向リ
セットパルスφＨｒを電源の代りに接続し、Ｈ方向サン
プルパストランジスタＴ１２を省略して、Ｈ方向サンプ
ルパルスφＨｓを電源の代りに接続したものとなってい
る。これにより、画素２の構成を簡略化している。
【００２４】［第４の実施例］図６は、図２で用いた固
体撮像素子１７の画素２の別な構成を示す図で、Ｖ方向
リセットパストランジスタＴ９を省略して、Ｖ方向リセ
ットパルスφＶｒを電源の代りに接続し、Ｖ方向サンプ
ルパストランジスタＴ１１を省略して、Ｖ方向サンプル
パルスφＶｓを電源Ｖｄｄの代りに接続したものとなっ
ている。これにより、画素２の構成を簡略化している。
体撮像素子１７の画素２の別な構成を示す図で、Ｖ方向
リセットパストランジスタＴ９を省略して、Ｖ方向リセ
ットパルスφＶｒを電源の代りに接続し、Ｖ方向サンプ
ルパストランジスタＴ１１を省略して、Ｖ方向サンプル
パルスφＶｓを電源Ｖｄｄの代りに接続したものとなっ
ている。これにより、画素２の構成を簡略化している。
【００２５】なお、本発明の実施例において、Ｈ方向リ
セットパルスφＨｒおよびＶ方向リセットパルスφＶｒ
は、互いに入れ代っていてもよいし、Ｈ方向サンプルパ
ルスφＨｓおよびＶ方向サンプルパルスφＶｓも、互い
に入れ代っていてもよいし、Ｈ方向アクセスパルスφＨ
ａおよびＶ方向アクセスパルスφＶａも、互いに入れ代
っていてもよい。
セットパルスφＨｒおよびＶ方向リセットパルスφＶｒ
は、互いに入れ代っていてもよいし、Ｈ方向サンプルパ
ルスφＨｓおよびＶ方向サンプルパルスφＶｓも、互い
に入れ代っていてもよいし、Ｈ方向アクセスパルスφＨ
ａおよびＶ方向アクセスパルスφＶａも、互いに入れ代
っていてもよい。
【００２６】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、画
像信号として不適切な部分に対応する画素だけを再露光
して読み直しさせることができるので、暗い部分の感度
を高めたり、明るい部分が飽和して白く飛んでしまうこ
とを防ぐことができるのでダイナミックレンジの拡大を
実現するとともに、撮影時間の短縮が可能となる。ま
た、画素１つ１つがサンプルホールド手段を備えている
ので、画像信号を記憶するための画像メモリが不要とな
り、装置の小型化やコストの低減が可能となる。
像信号として不適切な部分に対応する画素だけを再露光
して読み直しさせることができるので、暗い部分の感度
を高めたり、明るい部分が飽和して白く飛んでしまうこ
とを防ぐことができるのでダイナミックレンジの拡大を
実現するとともに、撮影時間の短縮が可能となる。ま
た、画素１つ１つがサンプルホールド手段を備えている
ので、画像信号を記憶するための画像メモリが不要とな
り、装置の小型化やコストの低減が可能となる。
【図１】本発明による固体撮像素子の概略的構成図であ
る。
る。
【図２】固体撮像素子の画素を示す回路構成図である。
【図３】本発明の第１の実施例を示すブロック図であ
る。
る。
【図４】本発明の第２の実施例を示すブロック図であ
る。
る。
【図５】本発明の第３の実施例を示す画素の回路構成図
である。
である。
【図６】本発明の第３の実施例を示す画素の回路構成図
である。
である。
１ 撮像領域
２ 画素
３ ランダムアクス回路のＨ方向デコーダ
４ ランダムリセット回路のＨ方向デコーダ
５ ランダムサンプル回路のＨ方向デコーダ
６ Ｈ方向アドレス線
７ ランダムアクセス回路のＶ方向デコーダ
８ ランダムリセット回路のＶ方向デコーダ
９ ランダムサンプル回路のＶ方向デコーダ
１０ Ｖ方向アドレス線
１１ データ線
１２ 出力回路
１３ 固体撮像素子の出力端子
１４ Ｈ方向デコーダの制御線
１５ Ｖ方向デコーダの制御線
１６ 画素の出力端子
１７ 固体撮像素子
１８ 比較器
１９ 制御信号発生器
２０ シャッタ，絞り
２１ 画像信号線
２２ アドレスメモリ
Claims (2)
- 【請求項１】 垂直方向及び水平方向に画素を複数備
え、各画素が、光電変換素子と、水平アドレス及び垂直
アドレスの指定をそれぞれ受けることによって前記光電
変換素子に蓄積した電荷を掃き出すリセット手段と、水
平アドレス及び垂直方向のアドレスの指定をそれぞれ受
けることによって前記光電変換素子に蓄積した電荷を信
号としてサンプルホールドするサンプルホールド手段
と、水平アドレス及び垂直方向のアドレスの指定をそれ
ぞれ受けることによって前記画素から選択的に前記信号
を読み出すアクセス手段とを含んでなる撮像領域と、 水平アドレス、垂直アドレスを指定することにより所望
の画素を指定して、指定された画素の前記アクセス手段
を制御し、水平アドレス、垂直アドレスを指定すること
により所望の画素を指定して、指定された画素の前記リ
セット手段を制御し、水平アドレス、垂直アドレスを指
定することにより所望の画素を指定して、指定された画
素の前記サンプルホールド手段を制御するデコーダと、
を設けた固体撮像素子と、 前記固体撮像素子の前記デコーダによって読み出された
撮像領域に含まれる複数の画素からの信号と、所定の基
準レベル信号とを比較する比較手段と、 前記固体撮像素子の露光条件を制御する露光制御手段
と、 読み出された前記信号のレベルが所定の信号レベルの範
囲外にあると前記比較手段により判断された第１の画素
のリセット手段及びサンプルホールド手段を動作させ、
読み出された前記信号のレベルが所定の信号レベルの範
囲内にあると前記比較手段により判断された第２の画素
のリセット手段及びサンプルホールド手段を動作させな
いように、前記デコーダに制御信号を送るとともに、露
光条件を他の条件に設定するために前記露光制御手段に
制御信号を送り、さらに、新たに設定された露光条件で
得られる前記第１の画素に含まれる光電変換素子からの
信号をサンプルホールドし、この信号のレベルが所定の
信号レベルに範囲内にあると前記比較手段により判断さ
れたときに、前記第１の画素及び前記第２の画素を含む
複数の画素の信号を信号処理回路へ出力するように前記
デコーダへ制御信号を送る制御信号発生手段と、 を備えた固体撮像装置。 - 【請求項２】 垂直方向及び水平方向に画素を複数備
え、各画素が、光電変換素子と、水平アドレス及び垂直
アドレスの指定をそれぞれ受けることによって前記光電
変換素子に蓄積した電荷を掃き出すリセット手段と、水
平アドレス及び垂直方向のアドレスの指定をそれぞれ受
けることによって前記光電変換素子に蓄積した電荷を信
号としてサンプルホールドするサンプルホールド手段
と、水平アドレス及び垂直方向のアドレスの指定をそれ
ぞれ受けることによって前記画素から選択的に前記信号
を読み出すアクセス手段とを含んでなる撮像領域と、 水平アドレス、垂直アドレスを指定することにより所望
の画素を指定して、指定された画素の前記アクセス手段
を制御し、水平アドレス、垂直アドレスを指定すること
により所望の画素を指定して、指定された画素の前記リ
セット手段を制御し、水平アドレス、垂直アドレスを指
定することにより所望の画素を指定して、指定された画
素の前記サンプルホールド手段を制御するデコーダと、
を設けた固体撮像素子と、 前記固体撮像素子の前記デコーダによって読み出された
撮像領域に含まれる複数の画素からの信号と、所定の基
準レベル信号とを比較する比較手段と、 前記固体撮像素子の露光条件を制御する露光制御手段
と、 読み出された前記信号のレベルが所定の信号レベルの範
囲外にあると前記比較手段により判断された第１の画素
のアドレスを記憶するメモリと、 前記第１の画素のリセット手段及びサンプルホールド手
段を動作させ、読み出された前記信号のレベルが所定の
信号レベルの範囲内にあると前記比較手段により判断さ
れた第２の画素のリセット手段及びサンプルホールド手
段を動作させないように、前記デコーダに制御信号を送
るとともに、前記比較手段の比較結果に基づき決められ
た露光条件に設定するために前記露光制御手段に制御信
号を送り、設定された該露光条件で得られる前記第１の
画素に含まれる光電変換素子からの信号をサンプルホー
ルドし、前記第１の画素及び前記第２の画素を含む複数
の画素の信号を信号処理回路へ出力するように前記デコ
ーダへ制御信号を送る制御信号発生手段と、 を備えた固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17575891A JP3441741B2 (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17575891A JP3441741B2 (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04373273A JPH04373273A (ja) | 1992-12-25 |
| JP3441741B2 true JP3441741B2 (ja) | 2003-09-02 |
Family
ID=16001741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17575891A Expired - Fee Related JP3441741B2 (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3441741B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008096434A1 (ja) * | 2007-02-08 | 2008-08-14 | Fujitsu Limited | 信号読み出し方法、信号読み出し回路及びイメージセンサ |
| JP6381112B2 (ja) * | 2014-06-16 | 2018-08-29 | オリンパス株式会社 | 撮像装置、撮像方法、プログラム |
| US10477133B2 (en) * | 2017-10-02 | 2019-11-12 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Solid-state imaging sensor and solid-state imaging device |
-
1991
- 1991-06-21 JP JP17575891A patent/JP3441741B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04373273A (ja) | 1992-12-25 |
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