JP2977977B2 - Driving method of solid-state imaging device and solid-state imaging device - Google Patents
Driving method of solid-state imaging device and solid-state imaging deviceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は固体撮像装置に関し、特
に広ダイナミックレンジの被写体に対応できる固体撮像
装置の駆動方法と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 method of driving a solid-state imaging device capable of coping with a subject having a wide dynamic range and a solid-state imaging device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光電変換を行ない、生じた電荷を蓄積す
る光電変換素子は、蓄積できる電荷量に制限がある。画
面内に暗い部分とハイライトの部分が存在すると、その
いずれに露出を合わせても他の部分の画像情報は乏しく
なる。2. Description of the Related Art A photoelectric conversion element that performs photoelectric conversion and stores generated charges has a limit in the amount of charges that can be stored. If there is a dark portion and a highlight portion in the screen, no matter which exposure is adjusted, the image information of the other portion becomes scarce.
【０００３】そこで、露光時間を長短２段階に設定し、
ダイナミックレンジを広大化することが行なわれてい
る。図２を参照してこの従来技術を説明する。図２にお
いて、横軸は画面内の照度を示し、縦軸は端子電圧を示
す。撮像装置が一定の条件でリセットされたとすると、
照度に対する端子電圧の関係は、その露光時間に応じて
ＥＡ、ＥＢのように変化する。[0003] Therefore, the exposure time is set in two stages, long and short,
The dynamic range is being expanded. This prior art will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the horizontal axis represents the illuminance in the screen, and the vertical axis represents the terminal voltage. If the imaging device is reset under certain conditions,
The relationship between the terminal voltage and the illuminance changes like EA and EB according to the exposure time.
【０００４】露光時間を短くすると、直線ＥＡのように
ハイライトの部分に対する応答は満足できるものとなる
が、照度の低い部分については画像情報を十分抽出でき
なくなる。[0004] When the exposure time is shortened, the response to a highlight portion as shown by a straight line EA becomes satisfactory, but image information cannot be sufficiently extracted from a portion with low illuminance.
【０００５】露光時間を長くすると、同一照度に対して
積分光量は大きくなるので、特性は直線ＥＢのようにな
る。この場合、ハイライトの部分は白く抜けてしまい易
い。そこで、露光時間の短い露出ＥＡと露光時間の長い
露出ＥＢとを併せて行ない、２画面の画像情報を記憶
し、外部回路での信号処理でこれら２画面を合成し、ダ
イナミックレンジを広くした画面を得る。すなわち、ダ
イナミックレンジＤＲＡとＤＲＢの２画面を合成するこ
とにより、広いダイナミックレンジＤＲＸを有する画面
を再生する。[0005] When the exposure time is lengthened, the integrated light amount becomes larger for the same illuminance, and the characteristic becomes like a straight line EB. In this case, the highlighted portion is likely to be white. Therefore, the exposure EA having a short exposure time and the exposure EB having a long exposure time are performed together, image information of two screens is stored, and these two screens are synthesized by signal processing in an external circuit, thereby increasing the dynamic range. Get. That is, a screen having a wide dynamic range DRX is reproduced by combining two screens of the dynamic range DRA and DRB.
【０００６】また、撮像した画像を再生する際に、一般
的にはＣＲＴ等が用いられる。ところで、ＣＲＴは８ビ
ット程度の再現域しか有さない。８ビット程度の再現域
しか持たない表示手段によって広いダイナミックレンジ
の画面を再生しようとする場合は、所望の照度の部分に
中心域を合わせ、上下の領域は圧縮したりカットしたり
する。[0006] When reproducing a captured image, a CRT or the like is generally used. By the way, a CRT has a reproduction range of only about 8 bits. When a screen having a wide dynamic range is to be reproduced by a display unit having a reproduction area of only about 8 bits, the center area is adjusted to a desired illuminance portion, and the upper and lower areas are compressed or cut.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の技
術によって広いダイナミックレンジを得ようとすると、
複雑な手順、画像メモリ装置、信号処理装置等が必要で
あった。As described above, in order to obtain a wide dynamic range by the conventional technique,
A complicated procedure, an image memory device, a signal processing device, and the like were required.
【０００８】本発明の目的は、簡単な装置で広いダイナ
ミックレンジの被写体の細部情報を表示することのでき
る固体撮像装置を提供することである。An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of displaying detailed information of a subject having a wide dynamic range with a simple device.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置の
駆動方法は、ＭＯＳ型光電変換素子を多数含む固体撮像
装置の駆動方法であって、各光電変換素子から蓄積電荷
を読み出す工程と、各光電変換素子に対し、光電変換素
子を含む画面内の部分領域内で読み出した蓄積電荷に基
づき、該部分領域内の平均照度に対応するリセットレベ
ルを決定する工程と、決定されたリセットレベルで各光
電変換素子をリセットする工程と、各光電変換素子から
リセット後の蓄積電荷を読み出す工程とを含む。A method for driving a solid-state imaging device according to the present invention is a method for driving a solid-state imaging device including a large number of MOS type photoelectric conversion elements. For each photoelectric conversion element, a step of determining a reset level corresponding to the average illuminance in the partial area based on the accumulated charges read in the partial area in the screen including the photoelectric conversion element, and The method includes a step of resetting each photoelectric conversion element and a step of reading out the stored charge after reset from each photoelectric conversion element.
【００１０】[0010]
【作用】光電変換素子をリセットする際に、そのリセッ
トレベルを周辺領域の平均照度に対応させて変化させる
ため、周辺領域の照度に合わせた撮像が行なえる。When resetting the photoelectric conversion element, the reset level is changed in accordance with the average illuminance in the peripheral area, so that imaging in accordance with the illuminance in the peripheral area can be performed.
【００１１】すなわち、ハイライトの部分ではハイライ
トに合わせたリセットレベルが設定され、暗い部分では
暗い部分に合わせたリセットレベルが設定される。この
ため、暗い領域内においても、ハイライトの領域内にお
いてもその細部が保持された画像が撮像できる。In other words, a reset level corresponding to a highlight is set in a highlight portion, and a reset level corresponding to a dark portion is set in a dark portion. For this reason, it is possible to capture an image in which details are retained both in a dark area and in a highlight area.
【００１２】[0012]
【実施例】図１に本発明の実施例による固体撮像装置の
駆動方法および固体撮像装置の構成を概略的に示す。FIG. 1 schematically shows a method of driving a solid-state imaging device and a configuration of the solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.
【００１３】図１（Ａ）は、固体撮像装置内の光電変換
素子のリセットを説明するためのグラフである。横軸に
画面内の照度を示し、縦軸に端子電圧を示す。撮像素子
は、たとえばホトダイオードであり、光照射前に逆バイ
アス電圧によって充電される。FIG. 1A is a graph for explaining reset of a photoelectric conversion element in a solid-state imaging device. The horizontal axis indicates the illuminance in the screen, and the vertical axis indicates the terminal voltage. The image sensor is, for example, a photodiode, and is charged by a reverse bias voltage before light irradiation.
【００１４】標準的に充電された光電変換素子の特性を
直線１で示す。充電によって、光電変換素子の端子電圧
はＶ0 となっている。この光電変換素子に光が照射する
と、電子・正孔対が発生し、光電変換素子内の電界にし
たがってこれらのキャリアが移動することにより、光電
変換素子は徐々に放電される。The characteristic of a normally charged photoelectric conversion element is shown by a straight line 1. Due to the charging, the terminal voltage of the photoelectric conversion element becomes V 0 . When the photoelectric conversion element is irradiated with light, electron-hole pairs are generated, and these carriers move according to the electric field in the photoelectric conversion element, so that the photoelectric conversion element is gradually discharged.
【００１５】一定の露光時間後、画面内に分布した光電
変換素子の端子電圧（出力電圧）は、その照度にしたが
って、直線１のように変化する。すなわち、照度の高い
領域においては、放電電流が大きく、端子電圧は低くな
っている。これに対し、照度の低い暗い領域において
は、放電が僅かしか行なわれず、端子電圧は高い値に保
たれている。After a certain exposure time, the terminal voltage (output voltage) of the photoelectric conversion element distributed in the screen changes as shown by a straight line 1 according to the illuminance. That is, in a high illuminance region, the discharge current is large and the terminal voltage is low. On the other hand, in a dark region with low illuminance, only a small amount of discharge is performed, and the terminal voltage is kept at a high value.
【００１６】ところで、光電変換素子は良好な応答を示
す照度領域はダイナミックレンジＤＲ０で示すように限
られたものである。画面内にこのダイナミックレンジに
入りきれないような明るい部分や暗い部分があると、撮
像された画像は情報が欠落したものとなってしまう。Incidentally, the illuminance region of the photoelectric conversion element exhibiting good response is limited as shown by the dynamic range DR0. If there is a bright portion or a dark portion in the screen that cannot be accommodated in the dynamic range, the captured image will have missing information.
【００１７】そこで、一旦画像を撮像した後、明るい部
分にたいしては直線２でしめすようにより高いリセット
電圧Ｖ0 ＋ΔＶで光電変換素子を充電し、暗い部分に対
してはより低い電圧Ｖ0 −ΔＶで光電変換素子を充電す
る。Therefore, once an image is captured, the photoelectric conversion element is charged with a higher reset voltage V 0 + ΔV so as to express a bright portion with a straight line 2, and a lower voltage V 0 −ΔV is applied to a dark portion. The photoelectric conversion element is charged.
【００１８】このように、初期状態を照度に応じて変化
させると、次の光照射による電荷蓄積においては、端子
電圧が明るい部分ではΔＶ高く、暗い部分ではΔＶ低い
ことになる。したがって、所定の露光時間経過後に得ら
れる端子電圧はダイナミックレンジＤＲ０に対応したも
のであるが、その画像情報としてはより広いダイナミッ
クレンジＤＲ１に対応するものとなる。As described above, when the initial state is changed in accordance with the illuminance, in the charge accumulation by the next light irradiation, ΔV is high in a portion where the terminal voltage is bright and ΔV is low in a portion where the terminal voltage is dark. Therefore, the terminal voltage obtained after the lapse of the predetermined exposure time corresponds to the dynamic range DR0, but its image information corresponds to the wider dynamic range DR1.
【００１９】図１（Ｂ）は、このようなリセットレベル
設定の一例を示す。横軸に読み出し電圧を取り、縦軸に
リセットレベルを示す。一旦、均一なリセット電圧で光
電変換素子をリセットした後、光を照射して電荷蓄積を
行なった後、読みだされた電圧ΔＶは、光電変換素子に
結合するキャパシタンスＣと、入射光によって発生した
電荷ΔＱによって、ΔＶ＝ΔＱ／Ｃのように定まる。FIG. 1B shows an example of such a reset level setting. The horizontal axis indicates the read voltage, and the vertical axis indicates the reset level. After resetting the photoelectric conversion element once with a uniform reset voltage, irradiating light to perform charge accumulation, the read voltage ΔV is generated by the capacitance C coupled to the photoelectric conversion element and incident light. The charge ΔQ is determined as ΔV = ΔQ / C.
【００２０】読み出し電圧が大きいことは、多量の光が
照射したことを示し、読み出し電圧が低いことは僅かな
光しか照射しないことを示している。そこで、読み出し
電圧にほぼ比例するようにリセットレベルを設定する。A high read voltage indicates that a large amount of light has been irradiated, and a low read voltage indicates that only a small amount of light has been irradiated. Therefore, the reset level is set so as to be substantially proportional to the read voltage.
【００２１】さらに広いダイナミックレンジを実現する
ためには、図に示すように読み出し電圧の低い部分およ
び高い部分において、勾配を緩くすることが効果的であ
る。なお、連続的に勾配を変化させる場合を示したが、
折れ線状に勾配を変化させてもよい。In order to realize a wider dynamic range, it is effective to reduce the gradient in the low and high read voltage portions as shown in the figure. Although the case where the gradient is continuously changed is shown,
The gradient may be changed like a polygonal line.
【００２２】図１（Ｃ）は、上述のような固体撮像装置
の駆動方法を実現するための固体撮像装置の構成を概略
的に示す。入射光を検出するための多数の光電変換素子
を含むセンサ４は、駆動回路９によって駆動され、その
出力電圧をヘッドアンプ６に供給する。ヘッドアンプ６
は、検出した信号を一旦メモリに蓄積した後制御回路７
に供給し、制御回路７内の平均化回路７ａによってたと
えば１辺数＋画素分の周辺領域内での照度を平均化し、
この照度に対応したリセットレベルをルックアップテー
ブル７ｂによって決定する。FIG. 1C schematically shows a configuration of a solid-state imaging device for realizing the driving method of the solid-state imaging device as described above. The sensor 4 including a large number of photoelectric conversion elements for detecting incident light is driven by a drive circuit 9 and supplies the output voltage to a head amplifier 6. Head amplifier 6
Means that the detected signal is temporarily stored in the memory and then the control circuit 7
And the averaging circuit 7a in the control circuit 7 averages the illuminance in the peripheral area of, for example, one side + pixel,
The reset level corresponding to the illuminance is determined by the look-up table 7b.
【００２３】ルックアップテーブル７ｂは図１（Ｂ）の
グラフの横軸に対応する入力信号（アドレス信号）に対
して縦軸に対応する出力信号を供給するものであり、た
とえばＲＯＭによって構成される。The look-up table 7b supplies an output signal corresponding to the vertical axis with respect to an input signal (address signal) corresponding to the horizontal axis of the graph of FIG. .
【００２４】ルックアップテーブル７ｂによって決定さ
れたリセットレベルは、制御回路７からリセット回路５
に送られ、リセット回路５はセンサ４内の光電変換素子
をその照度に対応したレベルでリセットする。The reset level determined by the look-up table 7b is transmitted from the control circuit 7 to the reset circuit 5
The reset circuit 5 resets the photoelectric conversion element in the sensor 4 at a level corresponding to the illuminance.
【００２５】このようにして、図１（Ａ）に示すように
復数段のリセット電圧でリセットされた撮像装置の初期
状態が実現される。次にセンサ４に光を照射し、所定時
間経過後所定時間経過後駆動回路９で駆動して出力信号
をヘッドアンプ６を通して読みだすことにより、広いダ
イナミックレンジ内の画像情報を細部を保持しつつ読み
だすことができる。In this way, the initial state of the image pickup apparatus reset by the reset voltages of several steps as shown in FIG. 1A is realized. Next, the sensor 4 is irradiated with light, and after a lapse of a predetermined time, the drive circuit 9 drives the drive circuit 9 to read out an output signal through the head amplifier 6 so that image information within a wide dynamic range can be held while keeping the details. Can be read.
【００２６】図３は、本発明の実施例による固体撮像装
置の駆動方法のシーケンスをより詳細に示す。撮像装置
をスイッチオンした後、時間ｔ１において、各光電変換
素子の電荷読み出しを行なって初期化を行なう。この初
期化は、均一のリセット電圧で各光電変換素子をリセッ
トし、均一な初期状態を設定する。FIG. 3 shows in more detail the sequence of the driving method of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention. After the imaging device is switched on, at time t1, the charge of each photoelectric conversion element is read out to perform initialization. This initialization resets each photoelectric conversion element with a uniform reset voltage, and sets a uniform initial state.
【００２７】電荷蓄積を行なった後、時間ｔ２で予備読
み出しを行なう。この電荷読み出しは通常の読み出しで
あり、画面の照度に応じた読み出し信号が得られる。こ
の読み出し信号にしたがって、画面内の各領域でのリセ
ットレベルを決定する。After the charge storage, a preliminary read is performed at time t2. This charge readout is a normal readout, and a readout signal corresponding to the illuminance of the screen is obtained. The reset level in each area in the screen is determined according to the read signal.
【００２８】リセットレベルが決定した後、時間ｔ３に
おいて各光電変換素子を決定されたリセットレベルでリ
セットする。この状態では、各光電変換素子はその周辺
の照度に応じたリセットレベルを与えられるため、各光
電変換素子の充電状態は均一ではない。After the reset level is determined, at time t3, each photoelectric conversion element is reset at the determined reset level. In this state, each photoelectric conversion element is given a reset level according to the illuminance around the photoelectric conversion element, so that the state of charge of each photoelectric conversion element is not uniform.
【００２９】続いて光照射による電荷蓄積を行なった
後、時間ｔ４で各光電変換素子からの画像データ読み出
しを行なう。この読み出し工程は、均一のリセット電圧
で各光電変換素子を充電することによって行なう。Subsequently, after charge accumulation by light irradiation, image data is read from each photoelectric conversion element at time t4. This reading step is performed by charging each photoelectric conversion element with a uniform reset voltage.
【００３０】光電変換素子からの電荷読み出しが、時間
ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４の４回行なわれるが、時間ｔ２
の読み出しは画面内の照度情報を検出するためのもので
ある。時間ｔ３の電荷読み出しは照度に対応した状態に
各光電変換素子を設定するためのものであり、読み出し
自身には特に意味はない。The charge is read from the photoelectric conversion element four times at times t1, t2, t3, and t4.
Is for detecting the illuminance information in the screen. The charge reading at time t3 is for setting each photoelectric conversion element to a state corresponding to the illuminance, and the reading itself has no particular meaning.
【００３１】また、時間ｔ１の読み出しは、固体撮像装
置の初期化のためであり、ムービモード等において、続
けて画像を撮像する場合には繰り返す必要はない。ただ
し、スチルモード等においてある程度以上の時間を経過
した後、再び画像を撮像しようとするときは、初期化
（空読み出し）を行なうことが好ましい。The reading of the time t1 is for the initialization of the solid-state imaging device, and does not need to be repeated when continuously capturing images in the movie mode or the like. However, when an image is to be taken again after a certain period of time has elapsed in the still mode or the like, it is preferable to perform initialization (empty reading).
【００３２】なお、続いて画像を撮像する場合は、予備
読み出し結果または決定したリセットレベルをメモリに
記憶しておく、データ読み出しの結果得られた画像情報
を用いてリセットレベルを修正してもよい。この場合は
必要な電荷読み出し回数は１画像当たり２回にすること
ができる。また、リセットレベル決定のための電荷読み
出しは全画素に対して行なわなくてもよい。たとえば、
数行当たり１行でもよい。When an image is subsequently taken, the preliminary read result or the determined reset level is stored in a memory, and the reset level may be corrected using image information obtained as a result of data read. . In this case, the required number of charge readouts can be set to two per image. Further, the charge reading for determining the reset level does not have to be performed for all the pixels. For example,
One line may be provided for several lines.
【００３３】予備読み出しにおける画像情報にしたがっ
て、各光電変換素子をその点の照度に応じて厳密にリセ
ットすれば、データ読み出しで取り出される画像情報は
全画面一色のものとすることもできる。If each photoelectric conversion element is strictly reset according to the illuminance at that point in accordance with the image information in the preliminary reading, the image information taken out by the data reading can be of one color on the entire screen.
【００３４】画像情報の細部を取り出すためには、対象
とする光電変換素子の周辺領域における平均照度を検出
し、その平均照度に対応するリセットレベルでリセット
すれば平均照度に対する相対的照度として画像情報が読
みだせる。平均照度を算出するための領域の大きさを選
択することにより、再生される画面内のダイナミックレ
ンジを選択することもできる。In order to extract details of the image information, the average illuminance in the peripheral area of the target photoelectric conversion element is detected, and resetting is performed at a reset level corresponding to the average illuminance. Can be read. By selecting the size of the region for calculating the average illuminance, it is also possible to select the dynamic range in the reproduced screen.
【００３５】図４は、本発明の他の実施例による固体撮
像装置の駆動方法を説明する図である。このように、画
面内の各部分において平均照度に応じたリセットを行な
うことにより、各領域内で画像情報の細部を保持した撮
像を行なうことができる。たとえば、工業用ＴＶや、研
究用撮像装置において画面内が部分的に極めて明るく、
部分的に極めて暗いような場合、そのいずれの画像情報
も失うことなく、画像を再生することが可能となる。FIG. 4 is a diagram for explaining a method of driving a solid-state imaging device according to another embodiment of the present invention. As described above, by performing the reset in accordance with the average illuminance in each part in the screen, it is possible to perform the imaging while retaining the details of the image information in each area. For example, in an industrial TV or a research imaging device, the inside of a screen is partially extremely bright,
In the case where the image is partially extremely dark, the image can be reproduced without losing any of the image information.
【００３６】図４（Ａ）に示すように、画面２１を予め
サブ領域２３に分割する。サブ領域２３の数は任意でよ
いが、各サブ領域内においては画像情報の大部分が所定
幅のダイナミックレンジに収まるように選択することが
好ましい。As shown in FIG. 4A, the screen 21 is divided into sub-regions 23 in advance. Although the number of sub-regions 23 may be arbitrary, it is preferable to select the sub-regions 23 such that most of the image information falls within a dynamic range having a predetermined width.
【００３７】一旦、画面２１の画像情報を検出した後、
各サブ領域２３内での平均照度を算出し、その平均照度
に対応したリセットレベルを決定する。図４（Ｂ）はこ
のようにして決定されたリセットレベルを水平方向に見
た図である。横軸に水平方向の位置ｘを示し、縦軸に決
定されたリセットレベルＶＲ１を示す。リセットレベル
はハイライトの部分で高く、暗い部分で低い。各サブ領
域の境界においては、リセットレベルが急激に変化して
いる。Once the image information on the screen 21 is detected,
The average illuminance in each sub-region 23 is calculated, and the reset level corresponding to the average illuminance is determined. FIG. 4B is a view of the reset level determined in this way as viewed in the horizontal direction. The horizontal axis indicates the position x in the horizontal direction, and the vertical axis indicates the determined reset level VR1. The reset level is high in the highlight part and low in the dark part. At the boundary of each sub-region, the reset level changes rapidly.
【００３８】このようなリセットレベルで各光電変換素
子をリセットし、光を照射して電荷を蓄積した後画像情
報を取り出すと、所定のダイナミックレンジに対応した
信号強度で、広いダイナミックレンジ内の画像情報の細
部を保持した画面を再生できる。When each photoelectric conversion element is reset at such a reset level and the image information is taken out after irradiating light to accumulate electric charges, an image within a wide dynamic range with a signal strength corresponding to a predetermined dynamic range is obtained. A screen that retains details of information can be reproduced.
【００３９】ただし、サブ領域間において、リセットレ
ベルの差による縞模様が表れる。ある種の目的、たとえ
ばモニタ用や顕微鏡観察等においては、このような縞が
表れてもあまり障害にならないこともある。However, a stripe pattern appears between the sub-regions due to the difference in the reset level. For certain purposes, such as for monitoring or microscopy, the appearance of such stripes may not be an obstacle.
【００４０】図４（Ｃ）は、このような縞模様を防止す
るためのリセットレベルの修正を示す。すなわち、各サ
ブ領域間でのリセットレベルを滑らかに接続するように
修正する。このように、リセットレベルが画面内で滑ら
かに変化するように決定することにより、再生画面にお
けるサブ領域２３境界の縞は消滅する。FIG. 4C shows the modification of the reset level to prevent such a stripe pattern. That is, the correction is made so that the reset levels between the sub-regions are smoothly connected. By determining the reset level so as to change smoothly within the screen, the stripes at the boundary of the sub-region 23 on the reproduction screen disappear.
【００４１】このような状態において撮像した画面は、
目障りな縞もなく各サブ領域においてその平均照度に応
じた明暗の度合いを示すと共に、その細部を再現するこ
とが可能となる。The screen imaged in such a state is as follows.
In each sub-region, the degree of lightness and darkness according to the average illuminance is shown without any unsightly stripes, and the details can be reproduced.
【００４２】繰り返し撮像を行なう場合は、サブ領域毎
のリセットレベルをメモリに保持しておき、データ読み
出しの結果が所定のダイナミックレンジを外れる場合等
にはリセットレベルの修正を行なってもよい。When repetitive imaging is performed, the reset level for each sub-region may be held in a memory, and the reset level may be corrected when the data readout result falls outside a predetermined dynamic range.
【００４３】図３に示す固体撮像装置の標準的駆動方法
においては、１画面の画像情報を得るのに４回の画像読
み出しが必要である。従来の技術によれば、初期化の画
像読み出しと、データ読み出しの画像読み出しの２回の
みで足りることと比較すれば、撮像に必要な時間が長く
なる。In the standard driving method of the solid-state imaging device shown in FIG. 3, it is necessary to read the image four times in order to obtain image information of one screen. According to the conventional technique, the time required for imaging is longer than when only two times of image reading for initialization and image reading for data reading are sufficient.
【００４４】図５は、１回の撮像に必要な時間を短縮化
することのできる固体撮像装置の構成を概略的に示す。
図５（Ａ）は半導体チップの平面構成を概略的に示す。
半導体チップ３１中央部に多数の光電変換素子を配置し
た受光部３２が形成されている。この受光部３２の上下
に水平方向のシフトレジスタＨＳＲＡ３５、ＨＳＲＢ３
６が形成され、受光部３２の左右に垂直方向シフトレジ
スタＶＳＲＡ３３、ＶＳＲＢ３４が配置されている。す
なわち、受光部３２を駆動する駆動回路が二重に設けら
れていることになる。FIG. 5 schematically shows a configuration of a solid-state imaging device capable of shortening the time required for one imaging.
FIG. 5A schematically shows a planar configuration of a semiconductor chip.
A light receiving section 32 in which a large number of photoelectric conversion elements are arranged is formed in the center of the semiconductor chip 31. The horizontal shift registers HSRA35, HSRB3 above and below the light receiving section 32
6, vertical shift registers VSRA33 and VSRB34 are arranged on the left and right sides of the light receiving section 32, respectively. That is, the driving circuit for driving the light receiving unit 32 is provided in duplicate.
【００４５】図５（Ｂ）は、受光部３２内のホトダイオ
ードから電荷を読み出す回路を拡大して示す。光電変換
素子であるホトダイオードＰＤには、２つのトランスフ
ァゲートＱ１、Ｑ２が接続されこれらのトランスファゲ
ートＱ１、Ｑ２はそれぞれ垂直信号線４１、４２に接続
され、他のトランスファゲートＱ３、Ｑ４を介して出力
信号線に接続されている。トランスファゲートＱ１、Ｑ
２、Ｑ３、Ｑ４は、たとえばＭＯＳトランジスタで構成
される。FIG. 5B is an enlarged view of a circuit for reading out electric charges from the photodiode in the light receiving section 32. Two transfer gates Q1 and Q2 are connected to the photodiode PD serving as a photoelectric conversion element. These transfer gates Q1 and Q2 are connected to vertical signal lines 41 and 42, respectively, and output via the other transfer gates Q3 and Q4. Connected to signal line. Transfer gate Q1, Q
2, Q3 and Q4 are formed of, for example, MOS transistors.
【００４６】トランスファゲートＱ１、Ｑ２のゲート電
極は、それぞれワード線４３、４４によって制御され
る。また、トランスファゲートＱ３、Ｑ４のゲート電極
はそれぞれ制御線４７、７８によって制御される。ワー
ド線４３、４４は垂直シフトレジスタ３４、３３によっ
て制御信号を与えられ、制御線４７、４８は水平シフト
レジスタ３６、３５によって制御信号を与えられる。The gate electrodes of the transfer gates Q1 and Q2 are controlled by word lines 43 and 44, respectively. The gate electrodes of the transfer gates Q3 and Q4 are controlled by control lines 47 and 78, respectively. Word lines 43 and 44 receive control signals from vertical shift registers 34 and 33, and control lines 47 and 48 receive control signals from horizontal shift registers 36 and 35.
【００４７】各ホトダイオードＰＤはＶＳＲＢ３４とＨ
ＳＲＢ３６の制御の下にトランスファゲートＱ１、Ｑ３
を介して読みだすこともでき、ＶＳＲＡ３３、ＨＳＲＡ
３５の制御の下に他のトランスファゲートＱ２、Ｑ４を
介して読みだすこともできる。Each photodiode PD is connected to the VSRB 34 and H
Under the control of SRB 36, transfer gates Q1, Q3
VSRA33, HSRA
Under the control of 35, data can be read out via other transfer gates Q2 and Q4.
【００４８】この二重に形成した読み出し回路をそれぞ
れ独立に制御し、図３に示す画像情報読み出しを並行に
行なうことができる。たとえば、図３の時間ｔ２に示し
た予備読み出しを一方の駆動回路で行ないつつ、一定の
時間差で図３の時間ｔ３に示したリセット動作を行なう
ことにより、撮像に必要な時間を短縮化することができ
る。The read circuits thus formed are controlled independently of each other, so that the image information reading shown in FIG. 3 can be performed in parallel. For example, the time required for imaging can be reduced by performing the pre-reading shown at time t2 in FIG. 3 by one drive circuit and performing the reset operation shown at time t3 in FIG. 3 with a certain time difference. Can be.
【００４９】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
画面内の照度分布に対応してリセットレベルを決定する
方法は、予め設定したいくつかのレベルの１つを選択す
ること等、他の方法によって行なってもよい。また、平
均照度を検出する領域の設定は任意に選択することがで
きる。The present invention has been described in connection with the preferred embodiments.
The present invention is not limited to these. For example,
The method of determining the reset level according to the illuminance distribution in the screen may be performed by another method such as selecting one of several preset levels. The setting of the area for detecting the average illuminance can be arbitrarily selected.
【００５０】その他、種々の変更、改良、組み合わせ等
が可能なことは当業者に自明であろう。It will be apparent to those skilled in the art that various changes, improvements, combinations, and the like can be made.
【００５１】[0051]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
画面内の各部分においてその平均照度に応じたリセット
を行なうことにより、広いダイナミックレンジの照度を
有する被写体に対して、広い照度範囲で細部を保持した
画像情報を得ることができる。As described above, according to the present invention,
By performing a reset in accordance with the average illuminance in each portion in the screen, it is possible to obtain image information that retains details in a wide illuminance range for a subject having an illuminance in a wide dynamic range.
【図１】本発明の実施例を説明するためのグラフおよび
ブロック図である。FIG. 1 is a graph and a block diagram for explaining an embodiment of the present invention.
【図２】従来の技術を説明するためのグラフである。FIG. 2 is a graph for explaining a conventional technique.
【図３】本発明の実施例のシーケンスを説明するための
タイムチャートである。FIG. 3 is a time chart for explaining a sequence according to the embodiment of the present invention.
【図４】本発明の実施例を説明するための概略平面図お
よびグラフである。FIG. 4 is a schematic plan view and a graph for explaining an example of the present invention.
【図５】本発明の実施例を説明するための概略平面図お
よび回路図である。FIG. 5 is a schematic plan view and a circuit diagram for explaining an example of the present invention.
１、２、３ 端子電圧対照度の関係 ４ センサ ５ リセット回路 ６ ヘッドアンプ ７ 制御回路 ７ａ 平均化回路 ７ｂ ルックアップテーブル ９ 駆動回路 ２１ 画面 ２３ サブ領域 ３１ 半導体チップ ３２ 受光部 ３３、３４ 垂直シフトレジスタ ３５、３６ 水平シフトレジスタ ＰＤ ホトダイオード Ｑ トランジスタ 1, 2, 3 Terminal voltage contrast relationship 4 Sensor 5 Reset circuit 6 Head amplifier 7 Control circuit 7a Averaging circuit 7b Look-up table 9 Drive circuit 21 Screen 23 Sub-region 31 Semiconductor chip 32 Light receiving unit 33, 34 Vertical shift register 35, 36 horizontal shift register PD photodiode Q transistor
Claims (4)
像装置の駆動方法であって、 各光電変換素子から蓄積電荷を読み出す工程と、 各光電変換素子に対し、該光電変換素子を含む画面内の
部分領域内で読み出した蓄積電荷に基づき、該部分領域
内の平均照度に対応するリセットレベルを決定する工程
と、 決定されたリセットレベルで各光電変換素子をリセット
する工程と、 各光電変換素子からリセット後の蓄積電荷を読み出す工
程とを含む固体撮像装置の駆動方法。1. A method for driving a solid-state imaging device including a large number of MOS type photoelectric conversion elements, comprising the steps of: reading accumulated charges from each photoelectric conversion element; Determining a reset level corresponding to the average illuminance in the partial area based on the accumulated charges read in the partial area, resetting each photoelectric conversion element at the determined reset level, Reading a stored charge after reset from the device.
記部分領域として各光電変換素子の属するサブ領域を用
いる特許請求の範囲第１項記載の固体撮像装置の駆動方
法。2. The method according to claim 1, wherein the screen is divided into a plurality of sub-areas in advance, and a sub-area to which each photoelectric conversion element belongs is used as the partial area.
レベルが滑らかに接続するようにリセットレベルを決定
する請求項２記載の固体撮像装置の駆動方法。3. The method of driving a solid-state imaging device according to claim 2, wherein the reset level is determined so that the reset level is connected smoothly around a boundary of the sub-region.
子と、 各光電変換素子について、画面内の一部であり、かつ該
光電変換素子を含む領域内での平均照度に対応するリセ
ットレベルを決定するための手段と、 前記リセットレベルを用いて各光電変換素子をリセット
するための手段と、 各光電変換素子からの蓄積電荷を読みだすための手段と
を含む固体撮像装置。4. A plurality of photoelectric conversion elements distributed in a screen, and resetting of each photoelectric conversion element corresponding to an average illuminance in a part of the screen and including the photoelectric conversion element. A solid-state imaging device, comprising: means for determining a level; means for resetting each photoelectric conversion element using the reset level; and means for reading out accumulated charges from each photoelectric conversion element.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3323369A JP2977977B2 (en) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | Driving method of solid-state imaging device and solid-state imaging device |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPH05161076A JPH05161076A (en) | 1993-06-25 |
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1991
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