JP2868915B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JP2868915B2 JP2868915B2 JP3063543A JP6354391A JP2868915B2 JP 2868915 B2 JP2868915 B2 JP 2868915B2 JP 3063543 A JP3063543 A JP 3063543A JP 6354391 A JP6354391 A JP 6354391A JP 2868915 B2 JP2868915 B2 JP 2868915B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＣＣＤ（電荷転送素
子）を用いた固体撮像装置に係わり、特にダイナミック
レンジの拡大をはかった固体撮像装置に関する。
子）を用いた固体撮像装置に係わり、特にダイナミック
レンジの拡大をはかった固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＣＤ撮像素子等の固体撮像装置は、撮
像管に比べて小型軽量，高信頼性といった特徴があるた
め、ＮＴＳＣ方式の放送用ビデオカメラや民生用ビデオ
カメラ等に普及している。また、次世代のハイビジョン
放送（ＨＤ−ＴＶ）用のビデオカメラとしても期待され
ている。
像管に比べて小型軽量，高信頼性といった特徴があるた
め、ＮＴＳＣ方式の放送用ビデオカメラや民生用ビデオ
カメラ等に普及している。また、次世代のハイビジョン
放送（ＨＤ−ＴＶ）用のビデオカメラとしても期待され
ている。
【０００３】図５に、従来のビデオカメラに用いられる
インターライン転送型ＣＣＤ撮像素子（ＩＴ−ＣＣＤ）
の配置構成例を示す。ＩＴ−ＣＣＤは、光電変換部Ｃ、
垂直ＣＣＤ（Ｐ）、水平ＣＣＤ（Ｈ）、リセットトラン
ジスタＲ及び出力アンプＡ等から構成される。光電変換
部Ｃで光信号を信号電荷に変換し、垂直ＣＣＤへ転送
し、垂直ＣＣＤにφ11，φ12，φ13，φ14の４相のクロ
ックパルスを印加することで、水平ＣＣＤへ信号電荷を
転送する。水平ＣＣＤは２相のクロックパルスφH1，φ
H2で駆動し、最終的に信号電荷を出力アンプＡで電圧に
変換して出力する。また、一画素毎にリセットトランジ
スタＲで信号電荷をクリアする。
インターライン転送型ＣＣＤ撮像素子（ＩＴ−ＣＣＤ）
の配置構成例を示す。ＩＴ−ＣＣＤは、光電変換部Ｃ、
垂直ＣＣＤ（Ｐ）、水平ＣＣＤ（Ｈ）、リセットトラン
ジスタＲ及び出力アンプＡ等から構成される。光電変換
部Ｃで光信号を信号電荷に変換し、垂直ＣＣＤへ転送
し、垂直ＣＣＤにφ11，φ12，φ13，φ14の４相のクロ
ックパルスを印加することで、水平ＣＣＤへ信号電荷を
転送する。水平ＣＣＤは２相のクロックパルスφH1，φ
H2で駆動し、最終的に信号電荷を出力アンプＡで電圧に
変換して出力する。また、一画素毎にリセットトランジ
スタＲで信号電荷をクリアする。
【０００４】図６に、光電変換部Ｃでの信号電荷Ｑｃの
蓄積動作を示す。ＩＴ−ＣＣＤは、フィールド蓄積モー
ドで動作しているために、Ａフィールドでは光電変換部
Ｃの垂直方向の２画素加算の組合せを１ＨA ，２ＨA と
して垂直ＣＣＤで加算し、水平ＣＣＤで読出す。即ち、
１フィールド期間蓄積した信号電荷Ｑｃを垂直ＣＣＤに
ＰF1のパルスを印加することにより、光電変換部Ｃより
垂直ＣＣＤに読出し、垂直ＣＣＤで１ＨA ，２ＨA の加
算を行う。さらに、ラインシフトパルスＰL を印加し
て、水平転送パルスφH で水平方向に読出す。Ｂフィー
ルドでは、Ａフィールド期間蓄積した信号電荷をＰF2パ
ルスで垂直ＣＣＤに転送し、垂直ＣＣＤで１ＨB ，２Ｈ
B の加算動作を行い、ラインシフトパルスＰL を印加し
て、水平転送パルスφＨで読出す。
蓄積動作を示す。ＩＴ−ＣＣＤは、フィールド蓄積モー
ドで動作しているために、Ａフィールドでは光電変換部
Ｃの垂直方向の２画素加算の組合せを１ＨA ，２ＨA と
して垂直ＣＣＤで加算し、水平ＣＣＤで読出す。即ち、
１フィールド期間蓄積した信号電荷Ｑｃを垂直ＣＣＤに
ＰF1のパルスを印加することにより、光電変換部Ｃより
垂直ＣＣＤに読出し、垂直ＣＣＤで１ＨA ，２ＨA の加
算を行う。さらに、ラインシフトパルスＰL を印加し
て、水平転送パルスφH で水平方向に読出す。Ｂフィー
ルドでは、Ａフィールド期間蓄積した信号電荷をＰF2パ
ルスで垂直ＣＣＤに転送し、垂直ＣＣＤで１ＨB ，２Ｈ
B の加算動作を行い、ラインシフトパルスＰL を印加し
て、水平転送パルスφＨで読出す。
【０００５】この１フィールド期間に光電変換部Ｃで蓄
積される信号電荷Ｑｃは、標準信号量の時はＱA のよう
になり、ＰF1，ＰF2のパルスで１フィールドに期間蓄積
した信号電荷を読出す。しかし、入力信号が大きい時は
ＱB のように、１フィールド期間の途中で飽和ＱMAX と
なる。この場合、ハイライトの信号がつぶれるため、不
自然な画像となる。特に、ＨＤ−ＴＶ用の多画素化素子
では、高密度化となるため垂直ＣＣＤが小さくなり、ダ
イナミックレンジが低下して上記の問題が顕著に現れ
る。
積される信号電荷Ｑｃは、標準信号量の時はＱA のよう
になり、ＰF1，ＰF2のパルスで１フィールドに期間蓄積
した信号電荷を読出す。しかし、入力信号が大きい時は
ＱB のように、１フィールド期間の途中で飽和ＱMAX と
なる。この場合、ハイライトの信号がつぶれるため、不
自然な画像となる。特に、ＨＤ−ＴＶ用の多画素化素子
では、高密度化となるため垂直ＣＣＤが小さくなり、ダ
イナミックレンジが低下して上記の問題が顕著に現れ
る。
【０００６】このような問題を対策した駆動法として、
光電感度のハイライト部を圧縮してダイナミックレンジ
を向上する方法（特公平１−１８６２９号）が提案され
ており、通常ニー特性制御と呼ばれている。この方法
は、感光画素でクリップ動作をしてニー特性を得るもの
である。このため、２次元的配置された各感光画素の読
出しゲート部のしきい値ムラが再生像に固定パターンノ
イズとして表われる問題がある。
光電感度のハイライト部を圧縮してダイナミックレンジ
を向上する方法（特公平１−１８６２９号）が提案され
ており、通常ニー特性制御と呼ばれている。この方法
は、感光画素でクリップ動作をしてニー特性を得るもの
である。このため、２次元的配置された各感光画素の読
出しゲート部のしきい値ムラが再生像に固定パターンノ
イズとして表われる問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来のビ
デオカメラでは、電球等のハイライト光が被写体に入る
と、標準信号の３〜５倍光以上はつぶれて再生されな
い。また、自動感度付ビデオカメラでは、全体が黒くな
るために、逆光等の人間の顔が黒くしずんでしまう問題
があった。さらに、従来のニー特性制御法では、固定パ
ターンノイズが発生して再生像を劣化させる問題があっ
た。
デオカメラでは、電球等のハイライト光が被写体に入る
と、標準信号の３〜５倍光以上はつぶれて再生されな
い。また、自動感度付ビデオカメラでは、全体が黒くな
るために、逆光等の人間の顔が黒くしずんでしまう問題
があった。さらに、従来のニー特性制御法では、固定パ
ターンノイズが発生して再生像を劣化させる問題があっ
た。
【０００８】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、ハイライト部でも固定パターンノイズを発生させ
ずに再生することのできる、高ダイナミックレンジの固
体撮像装置を提供することにある。
ので、ハイライト部でも固定パターンノイズを発生させ
ずに再生することのできる、高ダイナミックレンジの固
体撮像装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、２個以
上の隣接する感光画素を１組として、この１組の感光画
素の光電感度特性を異なるようにして光電変換し、得ら
れた信号電荷を別々に読出して、光電感度特性の高い方
の信号電荷はハイライト部をクリップしてから１画素の
信号に加算することにある。
上の隣接する感光画素を１組として、この１組の感光画
素の光電感度特性を異なるようにして光電変換し、得ら
れた信号電荷を別々に読出して、光電感度特性の高い方
の信号電荷はハイライト部をクリップしてから１画素の
信号に加算することにある。
【００１０】即ち本発明は、半導体基板上に二次元的に
配列された感光画素と、これらの感光画素の垂直配列方
向に沿って設けられた複数本の垂直転送部と、これらの
垂直転送部の転送端部に隣接して設けられた水平転送部
とを備え、感光画素で光電変換された信号電荷を垂直転
送部と水平転送部を通して出力する固体撮像装置におい
て、感光画素の隣接する複数個を１組とし、感光画素の
大きさや感光時間等を変えることにより各組内における
感光画素の光電感度特性を異ならせ、各組内における感
光画素の信号電荷を別々に読出して、垂直転送部，水平
転送部を転送させる。そして、これらの転送部を通して
出力される各組内の信号電荷のうち、光電感度特性の高
い方の信号電荷（光電変換特性の一番低い信号電荷以
外）は所定レベル以上をクリップしてから一画素の信号
となるように加算するようにしたものである。
配列された感光画素と、これらの感光画素の垂直配列方
向に沿って設けられた複数本の垂直転送部と、これらの
垂直転送部の転送端部に隣接して設けられた水平転送部
とを備え、感光画素で光電変換された信号電荷を垂直転
送部と水平転送部を通して出力する固体撮像装置におい
て、感光画素の隣接する複数個を１組とし、感光画素の
大きさや感光時間等を変えることにより各組内における
感光画素の光電感度特性を異ならせ、各組内における感
光画素の信号電荷を別々に読出して、垂直転送部，水平
転送部を転送させる。そして、これらの転送部を通して
出力される各組内の信号電荷のうち、光電感度特性の高
い方の信号電荷（光電変換特性の一番低い信号電荷以
外）は所定レベル以上をクリップしてから一画素の信号
となるように加算するようにしたものである。
【００１１】ここで、光電感度特性を異ならせる手段と
しては、(1) 隣接する感光画素の大きさを異ならせる、
(2) 隣接する感光画素の感光時間を異ならせる、(3) 感
光画素上部に設ける集光レンズの形状を隣接する感光画
素で異ならせる、(4) 隣接する感光画素の光透過率を異
ならせる、等の構成を採用すればよい。
しては、(1) 隣接する感光画素の大きさを異ならせる、
(2) 隣接する感光画素の感光時間を異ならせる、(3) 感
光画素上部に設ける集光レンズの形状を隣接する感光画
素で異ならせる、(4) 隣接する感光画素の光透過率を異
ならせる、等の構成を採用すればよい。
【００１２】
【作用】本発明によれば、光電感度特性の高い方の感光
画素はハイライト光が入射すると直ぐに飽和してしまう
が、光電感度特性の低い方の感光画素はなかなか飽和し
ない。さらに、入力光のレベルが小さい場合、光電感度
特性の低い方の感光画素では殆ど検知できないが、光電
感度特性の高い方の感光画素で十分に検知することがで
きる。従って、光電感度特性の異なる２つ若しくはそれ
以上の感光画素の出力信号を加算して画素信号を得るこ
とにより、高感度で、且つ高ダイナミックレンジを実現
することが可能となる。これは、ハイライト光や逆光に
対して強いビデオカメラの実現を容易とする。また、ハ
イライト光を圧縮して読出すことになるので、多画素化
によるダイナミックレンジの低下を改善することが可能
となる。
画素はハイライト光が入射すると直ぐに飽和してしまう
が、光電感度特性の低い方の感光画素はなかなか飽和し
ない。さらに、入力光のレベルが小さい場合、光電感度
特性の低い方の感光画素では殆ど検知できないが、光電
感度特性の高い方の感光画素で十分に検知することがで
きる。従って、光電感度特性の異なる２つ若しくはそれ
以上の感光画素の出力信号を加算して画素信号を得るこ
とにより、高感度で、且つ高ダイナミックレンジを実現
することが可能となる。これは、ハイライト光や逆光に
対して強いビデオカメラの実現を容易とする。また、ハ
イライト光を圧縮して読出すことになるので、多画素化
によるダイナミックレンジの低下を改善することが可能
となる。
【００１３】また、本発明では感光画素でクリップ動作
をしないで、水平転送部以後でクリップ動作を行うた
め、従来見られた感光画素の読出しゲートのしきい値の
ムラが固定パターンノイズとして表われる問題もない。
これは、水平転送部の転送端部に設けられた出力部又は
外部回路で、強制的に固定パターンノイズの原因となる
バラツキのある信号をクリップしてしまうことで可能と
なる。
をしないで、水平転送部以後でクリップ動作を行うた
め、従来見られた感光画素の読出しゲートのしきい値の
ムラが固定パターンノイズとして表われる問題もない。
これは、水平転送部の転送端部に設けられた出力部又は
外部回路で、強制的に固定パターンノイズの原因となる
バラツキのある信号をクリップしてしまうことで可能と
なる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。
説明する。
【００１５】図１は本発明の第１の実施例に係わる固体
撮像装置を示す概略構成図である。この装置は、第１の
感光画素１，第２の感光画素２，垂直ＣＣＤ３，水平Ｃ
ＣＤ４，出力ゲート５，フローテング拡散層６，リセッ
トゲート７，リセットドレイン８及び出力アンプ９等か
ら構成されている。
撮像装置を示す概略構成図である。この装置は、第１の
感光画素１，第２の感光画素２，垂直ＣＣＤ３，水平Ｃ
ＣＤ４，出力ゲート５，フローテング拡散層６，リセッ
トゲート７，リセットドレイン８及び出力アンプ９等か
ら構成されている。
【００１６】感光画素１，２は二次元的配列され、垂直
ＣＣＤ３は感光画素の垂直配列方向に沿って配列され、
水平ＣＣＤ４は垂直ＣＣＤ３の転送端部に近接して配置
されている。また、出力ゲート５，フローテング拡散層
６，リセットゲート７及び出力アンプ９等からなる出力
部は、水平ＣＣＤ４の転送端部に近接して配置されてい
る。
ＣＣＤ３は感光画素の垂直配列方向に沿って配列され、
水平ＣＣＤ４は垂直ＣＣＤ３の転送端部に近接して配置
されている。また、出力ゲート５，フローテング拡散層
６，リセットゲート７及び出力アンプ９等からなる出力
部は、水平ＣＣＤ４の転送端部に近接して配置されてい
る。
【００１７】この撮像装置では、撮像エリアから入力し
た光信号は、感光画素１，２で信号電荷に変換される。
変換された信号電荷は、垂直ＣＣＤ３に読出され転送さ
れた後、水平ＣＣＤ４で転送される。垂直ＣＣＤ３は、
１個の感光画素で１組の転送段数を持っている。そし
て、水平ＣＣＤ４も同様に、１個の感光画素で１組の転
送段数を持っている。
た光信号は、感光画素１，２で信号電荷に変換される。
変換された信号電荷は、垂直ＣＣＤ３に読出され転送さ
れた後、水平ＣＣＤ４で転送される。垂直ＣＣＤ３は、
１個の感光画素で１組の転送段数を持っている。そし
て、水平ＣＣＤ４も同様に、１個の感光画素で１組の転
送段数を持っている。
【００１８】垂直ＣＣＤ３は４相のクロックパルスφV
1，φV2，φV3，φV4で駆動され、水平ＣＣＤ４は２相
のクロックパルスφH1，φH2で駆動される。図に示す●
印は第１の感光画素１から読出された信号電荷ＱA を示
し、○印は第２の感光画素２から読出された信号電荷Ｑ
B を示す。ＱA は、垂直ＣＣＤ３を転送され水平ＣＣＤ
４の転送路４1 に入る。ＱB は、垂直ＣＣＤ３を転送さ
れ水平ＣＣＤ４の転送路４2 に入る。このとき、転送路
４1 は転送路４2 よりも先にあることが必要である。そ
して、信号電荷ＱA ，ＱB は水平ＣＣＤ４を転送されフ
ローティング拡散層６で電圧に変換されて出力アンプ９
を通りＯＳ端子より出力される。
1，φV2，φV3，φV4で駆動され、水平ＣＣＤ４は２相
のクロックパルスφH1，φH2で駆動される。図に示す●
印は第１の感光画素１から読出された信号電荷ＱA を示
し、○印は第２の感光画素２から読出された信号電荷Ｑ
B を示す。ＱA は、垂直ＣＣＤ３を転送され水平ＣＣＤ
４の転送路４1 に入る。ＱB は、垂直ＣＣＤ３を転送さ
れ水平ＣＣＤ４の転送路４2 に入る。このとき、転送路
４1 は転送路４2 よりも先にあることが必要である。そ
して、信号電荷ＱA ，ＱB は水平ＣＣＤ４を転送されフ
ローティング拡散層６で電圧に変換されて出力アンプ９
を通りＯＳ端子より出力される。
【００１９】次に、図２及び図３を参照して、信号電荷
をクリップする動作と信号電荷ＱA と信号電荷ＱB を加
算する動作について説明する。
をクリップする動作と信号電荷ＱA と信号電荷ＱB を加
算する動作について説明する。
【００２０】図２は、水平ＣＣＤ４の転送電極φH1，φ
H2へ印加するパルス，リセットゲート７へ印加するパル
スＲＳ，及び出力端子ＯＳの信号電圧波形の関係を示し
ている。図３は、図２のパルスを印加したときの水平Ｃ
ＣＤ４からリセットドレインＲＤまでの信号電荷の変化
を示している。
H2へ印加するパルス，リセットゲート７へ印加するパル
スＲＳ，及び出力端子ＯＳの信号電圧波形の関係を示し
ている。図３は、図２のパルスを印加したときの水平Ｃ
ＣＤ４からリセットドレインＲＤまでの信号電荷の変化
を示している。
【００２１】図２のｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 の時刻は、図３の
ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 の時刻と一致しており、図２のタイミ
ングのとき、図３の動作が得られることを示している。
図２のリセットゲート７へ印加するパルスＲＳにおい
て、パルスＶ1 は信号電荷をクリップする電圧を示し、
Ｖ2 は信号電荷を加算する電圧を示している。図２の出
力端子ＯＳの波形の中で、Ａは第１の感光画素１から読
出された信号電荷ＱA を示し、Ｂは第２の感光画素２か
ら読出された信号電荷ＱB を示している。また、図３の
Ａ，Ｂも同様である。
ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 の時刻と一致しており、図２のタイミ
ングのとき、図３の動作が得られることを示している。
図２のリセットゲート７へ印加するパルスＲＳにおい
て、パルスＶ1 は信号電荷をクリップする電圧を示し、
Ｖ2 は信号電荷を加算する電圧を示している。図２の出
力端子ＯＳの波形の中で、Ａは第１の感光画素１から読
出された信号電荷ＱA を示し、Ｂは第２の感光画素２か
ら読出された信号電荷ＱB を示している。また、図３の
Ａ，Ｂも同様である。
【００２２】第１の感光画素１より得られた信号電荷
は、水平ＣＣＤ４の中の４1 へ転送される（図中●印の
ＱA ）。第２の感光画素２より得られた信号電荷は、水
平ＣＣＤ４の中の４2 へ転送される（図中○印の
ＱB ）。そして、水平ＣＣＤ４に２相のパルスφH1，φ
H2を印加する。ｔ1 の時刻では水平ＣＣＤ４の最後の電
極が、図示の場合はφH2が高いレベルから低レベルにな
るとき信号電荷ＱA は出力ゲート５を越えてフローティ
ング拡散層６へ転送される。
は、水平ＣＣＤ４の中の４1 へ転送される（図中●印の
ＱA ）。第２の感光画素２より得られた信号電荷は、水
平ＣＣＤ４の中の４2 へ転送される（図中○印の
ＱB ）。そして、水平ＣＣＤ４に２相のパルスφH1，φ
H2を印加する。ｔ1 の時刻では水平ＣＣＤ４の最後の電
極が、図示の場合はφH2が高いレベルから低レベルにな
るとき信号電荷ＱA は出力ゲート５を越えてフローティ
ング拡散層６へ転送される。
【００２３】このとき、リセットゲート７へ印加するパ
ルスの低レベルをＶ1に設定しておき、ここにきた信号
電荷のハイライト部より少し少ないレベルでクリップす
るようにして、余分な信号電荷（第１の感光画素１のバ
ラツキ分）を図３に示す矢印の方向のリセットドレイン
８へ捨てる。この動作により、従来見られていた固定パ
ターンノイズを除去することが可能となる。そして、ｔ
2時刻では、リセットゲート７へ印加するパルスの低レ
ベルをＶ2 に設定する（Ｖ1 より低いレベルとなる）。
次の時刻ｔ3 では、第２の感光画素２より得られた信号
電荷ＱB が信号電荷ＱA に加算される。
ルスの低レベルをＶ1に設定しておき、ここにきた信号
電荷のハイライト部より少し少ないレベルでクリップす
るようにして、余分な信号電荷（第１の感光画素１のバ
ラツキ分）を図３に示す矢印の方向のリセットドレイン
８へ捨てる。この動作により、従来見られていた固定パ
ターンノイズを除去することが可能となる。そして、ｔ
2時刻では、リセットゲート７へ印加するパルスの低レ
ベルをＶ2 に設定する（Ｖ1 より低いレベルとなる）。
次の時刻ｔ3 では、第２の感光画素２より得られた信号
電荷ＱB が信号電荷ＱA に加算される。
【００２４】図３に示した、ＡはＱA が電圧に変換され
た状態を示し、ＢはＱB が電圧に変換された状態を示
す。また、Ｐ1 はＶ1 を印加したときのポテンシャル電
位を示し、Ｐ2 はＶ2 を印加したときのポテンシャル電
位を示す。
た状態を示し、ＢはＱB が電圧に変換された状態を示
す。また、Ｐ1 はＶ1 を印加したときのポテンシャル電
位を示し、Ｐ2 はＶ2 を印加したときのポテンシャル電
位を示す。
【００２５】以上の動作により、信号電荷の大きい画素
（第１の感光画素１）の電圧レベルをハイライト部でク
リップした後、信号電荷の小さい画素の電圧と加算して
取出すことが可能となる。
（第１の感光画素１）の電圧レベルをハイライト部でク
リップした後、信号電荷の小さい画素の電圧と加算して
取出すことが可能となる。
【００２６】ここで、高ダイナミックレンジ動作につい
て説明する。図４は、感光画素の光入力量に対する信号
出力電圧の変化を示す図である。実線Ａは第１の感光画
素１に対応して、破線Ｂは第２の感光画素２に対応して
いる。
て説明する。図４は、感光画素の光入力量に対する信号
出力電圧の変化を示す図である。実線Ａは第１の感光画
素１に対応して、破線Ｂは第２の感光画素２に対応して
いる。
【００２７】第１の感光画素１は面積が大きいため感度
が高く速く飽和し、第２の感光画素２は面積が小さいた
め感度の飽和に時間がかかる。第１の感光画素１では、
実線Ａに示すように感度が高いために光入力ＩA で飽和
される。このとき、感光画素１の飽和点のバラツキＱA
は図のハッチングで示す範囲となる。このバラツキを出
力部又は外部回路でＶM 点でクリップすれば、バラツキ
のない光電変換特性Ａが得られる。
が高く速く飽和し、第２の感光画素２は面積が小さいた
め感度の飽和に時間がかかる。第１の感光画素１では、
実線Ａに示すように感度が高いために光入力ＩA で飽和
される。このとき、感光画素１の飽和点のバラツキＱA
は図のハッチングで示す範囲となる。このバラツキを出
力部又は外部回路でＶM 点でクリップすれば、バラツキ
のない光電変換特性Ａが得られる。
【００２８】第２の感光画素２では、感度が低いため飽
和しない信号出力Ｂ（破線で示す）が得られる。これら
得られた信号Ａ，Ｂを加算して−点鎖線Ａ＋Ｂの光電変
換特性を得る。この特性は、ニー特性となる。ここで
は、入力光ＩAが第２の感光画素２が飽和するまでの点
ＩB までダイナミックレンジが広くなったことになる。
例えば、第２の感光画素２の面積を第１の感光画素１の
面積の１／１００に設定すれば、第２の感光画素２が飽
和する点は第１の感光画素１の１００倍になるため、入
力光のダイナミックレンジは１００倍に広がることにな
る。
和しない信号出力Ｂ（破線で示す）が得られる。これら
得られた信号Ａ，Ｂを加算して−点鎖線Ａ＋Ｂの光電変
換特性を得る。この特性は、ニー特性となる。ここで
は、入力光ＩAが第２の感光画素２が飽和するまでの点
ＩB までダイナミックレンジが広くなったことになる。
例えば、第２の感光画素２の面積を第１の感光画素１の
面積の１／１００に設定すれば、第２の感光画素２が飽
和する点は第１の感光画素１の１００倍になるため、入
力光のダイナミックレンジは１００倍に広がることにな
る。
【００２９】なお、図４のＡ＋Ｂの信号の傾斜点（ニー
点と呼ぶ）ＶM ′は、第１の出力信号のクリップ点ＶM
を変化することで容易に変えることができ。
点と呼ぶ）ＶM ′は、第１の出力信号のクリップ点ＶM
を変化することで容易に変えることができ。
【００３０】このように本実施例では、光電感度特性を
異なる２個の感光画素で１画素を形成することにより、
ダイナミックレンジの拡大をはかることができ、これに
より電球等のハイライト光でもつぶれずに再生すること
ができ、且つ逆光撮像でも被写体が黒くしずむ現象等を
解決することができる。しかも、感光画素でクリップ動
作を行うのではなく、出力部でバラツキのある信号電荷
をクリップしているので、従来見られた感光画素のムラ
を抑えて、固定パターンノイズの発生を未然に防止する
ことができる。
異なる２個の感光画素で１画素を形成することにより、
ダイナミックレンジの拡大をはかることができ、これに
より電球等のハイライト光でもつぶれずに再生すること
ができ、且つ逆光撮像でも被写体が黒くしずむ現象等を
解決することができる。しかも、感光画素でクリップ動
作を行うのではなく、出力部でバラツキのある信号電荷
をクリップしているので、従来見られた感光画素のムラ
を抑えて、固定パターンノイズの発生を未然に防止する
ことができる。
【００３１】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。実施例では、１線の水平ＣＣＤで説明
したが、第１の感光画素と第２の感光画素の信号電荷を
別々の水平ＣＣＤで転送する、即ち２線水平ＣＣＤを用
いてもよい。また、第１の感光画素の信号電圧をクリッ
プする手段として、信号電荷を電気信号に変換した後
に、外部回路に設けたクリップ回路で行うようにしても
よい。この場合、第１の信号電圧をクリップして第２の
信号電圧と同位相になる処理を行った後、２つの信号を
加算して１画素の信号電圧とすればよい。
るものではない。実施例では、１線の水平ＣＣＤで説明
したが、第１の感光画素と第２の感光画素の信号電荷を
別々の水平ＣＣＤで転送する、即ち２線水平ＣＣＤを用
いてもよい。また、第１の感光画素の信号電圧をクリッ
プする手段として、信号電荷を電気信号に変換した後
に、外部回路に設けたクリップ回路で行うようにしても
よい。この場合、第１の信号電圧をクリップして第２の
信号電圧と同位相になる処理を行った後、２つの信号を
加算して１画素の信号電圧とすればよい。
【００３２】また、第１の感光画素と第２の感光画素の
感度を異ならせる手段は画素の大きさを異ならせる方法
に限定されない。例えば、第２の感光画素の光透過率を
低くしても実現できる。この場合、例えばポリＳｉの膜
厚を厚くして光透過率を下げることが可能である。ま
た、感光時間を異ならせてもよい。この場合、感光画素
の大きさは同じにして、第２の感光画素の感光時間のみ
短くすればよい。この方法は例えば、第２の感光画素の
みに読出しゲートをオンして余分な信号電荷を掃出す。
そして、次の期間に第１、第２の感光画素の信号電荷を
読出すことで可能である。また、感度を異ならせる方法
として感光画素部に設けた集光レンズの形状を異ならせ
てもよい。さらに、これらの方法を併用することも可能
である。
感度を異ならせる手段は画素の大きさを異ならせる方法
に限定されない。例えば、第２の感光画素の光透過率を
低くしても実現できる。この場合、例えばポリＳｉの膜
厚を厚くして光透過率を下げることが可能である。ま
た、感光時間を異ならせてもよい。この場合、感光画素
の大きさは同じにして、第２の感光画素の感光時間のみ
短くすればよい。この方法は例えば、第２の感光画素の
みに読出しゲートをオンして余分な信号電荷を掃出す。
そして、次の期間に第１、第２の感光画素の信号電荷を
読出すことで可能である。また、感度を異ならせる方法
として感光画素部に設けた集光レンズの形状を異ならせ
てもよい。さらに、これらの方法を併用することも可能
である。
【００３３】また、加算画素数は２画素に限るものでは
なく、３画素以上としてもよい。この場合、それぞれの
感度を異らせることによって、任意の光電変換特性、例
えばγ特性を作ることが可能である。また、実施例では
インターライン転送型ＣＣＤを用いたが、フレーム転送
型ＣＣＤ，フレーム・インターライン転送型ＣＣＤ，光
導電膜を積層したＣＣＤ，ＭＯＳ型素子等、画素信号を
独立して読出すことのできる撮像素子であれば、本発明
を適用可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で、種々変形して実施することができる。
なく、３画素以上としてもよい。この場合、それぞれの
感度を異らせることによって、任意の光電変換特性、例
えばγ特性を作ることが可能である。また、実施例では
インターライン転送型ＣＣＤを用いたが、フレーム転送
型ＣＣＤ，フレーム・インターライン転送型ＣＣＤ，光
導電膜を積層したＣＣＤ，ＭＯＳ型素子等、画素信号を
独立して読出すことのできる撮像素子であれば、本発明
を適用可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で、種々変形して実施することができる。
【００３４】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、感
光画素の２個以上の隣接画素を１組として、各組内にお
ける感光画素の光電感度特性を異なるようにして光電変
換し、得られた信号電荷を別々に読出して垂直転送部，
水平転送部を転送し、光電感度が高い方の信号電荷を出
力部又は外部回路でクリップしたのち１画素信号に加算
している。従って、従来見られた感光画素での飽和のバ
ラツキによる固定パターンノイズを抑圧することがで
き、高ダイナミックレンジの固体撮像装置を実現するこ
とが可能となる。
光画素の２個以上の隣接画素を１組として、各組内にお
ける感光画素の光電感度特性を異なるようにして光電変
換し、得られた信号電荷を別々に読出して垂直転送部，
水平転送部を転送し、光電感度が高い方の信号電荷を出
力部又は外部回路でクリップしたのち１画素信号に加算
している。従って、従来見られた感光画素での飽和のバ
ラツキによる固定パターンノイズを抑圧することがで
き、高ダイナミックレンジの固体撮像装置を実現するこ
とが可能となる。
【図１】本発明の一実施例に係わる撮像装置を示す概略
構成図、
構成図、
【図２】実施例におけるパルス印加のタイミングを示す
信号波形図、
信号波形図、
【図３】実施例におけるポテンシャルの変化及び信号電
荷の転送状態を示す模式図、
荷の転送状態を示す模式図、
【図４】実施例装置の光電変換特性を従来装置と比較し
て示す特性図、
て示す特性図、
【図５】従来のＣＣＤ撮像装置を示す概略構成図、
【図６】従来装置の動作を説明するためのタイミング
図。
図。
１…第１の感光画素、 ２…第２の感光画素、 ３…垂直ＣＣＤ、 ４…水平ＣＣＤ、 ５…出力ゲート、 ６…フローティング拡散層、 ７…リセットゲート、 ８…リセットドレイン、 ９…出力アンプ。
Claims (3)
- 【請求項１】半導体基板上に二次元的に配列された感光
画素と、これらの感光画素の垂直配列方向に沿って設け
られた複数本の垂直転送部と、これらの垂直転送部の転
送端部に隣接して設けられた水平転送部とを備え、感光
画素で光電変換された信号電荷を垂直転送部と水平転送
部を通して出力する固体撮像装置において、前記感光画
素の隣接する複数個を１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る手段と、各組内における
感光画素の信号電荷を別々に読出して垂直転送部，水平
転送部を転送させる手段と、前記各転送部を通して出力
される各組内の信号電荷のうち、光電感度特性の高い方
の信号電荷に対し所定レベル以上をクリップする手段
と、この手段によりクリップした信号電荷と光電感度特
性の低い方の信号電荷を加算する手段とを具備してなる
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項２】前記水平転送部の転送端部に出力ゲート，
出力拡散層，リセットゲート及びリセットドレインから
なる出力部が設けられ、リセットゲートに印加するパル
スの低レベルを制御して前記クリップを行い、リセット
ゲートに印加するパルスの周波数を前記水平転送部に印
加する水平駆動パルスの周波数の整数分の１に設定して
前記信号電荷の加算を行うことを特徴とする請求項１記
載の固体撮像装置。 - 【請求項３】前記各組内における複数の信号電荷を別々
に電気信号に変換して外部回路に取り出し、各組内にお
ける光電感度特性の高い方に相当する信号を所定レベル
でクリップし、このクリップした信号と光電感度特性の
低い方に相当する信号とを、位相を合わせて加算するこ
とを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3063543A JP2868915B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3063543A JP2868915B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04298175A JPH04298175A (ja) | 1992-10-21 |
| JP2868915B2 true JP2868915B2 (ja) | 1999-03-10 |
Family
ID=13232242
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3063543A Expired - Fee Related JP2868915B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2868915B2 (ja) |
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| US6674470B1 (en) | 1996-09-19 | 2004-01-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | MOS-type solid state imaging device with high sensitivity |
| JPH11150685A (ja) * | 1997-11-14 | 1999-06-02 | Sony Corp | 固体撮像装置およびその駆動方法、並びにカメラ |
| JPH11234575A (ja) * | 1998-02-18 | 1999-08-27 | Nec Corp | 固体撮像装置 |
| JP4419275B2 (ja) | 1999-06-09 | 2010-02-24 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置およびその駆動方法並びに画像入力装置 |
| CN1276646C (zh) * | 1999-11-22 | 2006-09-20 | 松下电器产业株式会社 | 固态成象设备 |
| JP3967690B2 (ja) * | 2003-03-25 | 2007-08-29 | 富士フイルム株式会社 | 撮像装置 |
| JP2005268356A (ja) | 2004-03-17 | 2005-09-29 | Fuji Photo Film Co Ltd | 固体撮像素子 |
| JP4317117B2 (ja) | 2004-11-19 | 2009-08-19 | 富士フイルム株式会社 | 固体撮像装置および撮像方法 |
| JP4738907B2 (ja) | 2004-11-19 | 2011-08-03 | 富士フイルム株式会社 | 固体撮像素子および固体撮像装置 |
| JP4967296B2 (ja) * | 2005-10-03 | 2012-07-04 | 株式会社ニコン | 撮像素子、焦点検出装置、および、撮像システム |
| JP4813929B2 (ja) | 2006-03-08 | 2011-11-09 | 富士フイルム株式会社 | 固体撮像素子 |
| JPWO2010038378A1 (ja) | 2008-10-02 | 2012-02-23 | パナソニック株式会社 | 画素ずらし型撮像装置 |
| JP5442571B2 (ja) * | 2010-09-27 | 2014-03-12 | パナソニック株式会社 | 固体撮像装置及び撮像装置 |
| JP5634331B2 (ja) | 2011-06-07 | 2014-12-03 | 株式会社東芝 | 画像処理装置 |
| JP2014120955A (ja) * | 2012-12-17 | 2014-06-30 | Nec Corp | 撮像装置及びその駆動方法 |
| US9503656B2 (en) | 2013-12-11 | 2016-11-22 | Seiko Epson Corporation | Solid state imaging device and image acquisition method using solid state imaging elements having a PN junction |
-
1991
- 1991-03-27 JP JP3063543A patent/JP2868915B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04298175A (ja) | 1992-10-21 |
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