JP2986685B2 - Driving method and signal processing method for solid-state imaging device - Google Patents
Driving method and signal processing method for solid-state imaging deviceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は電子スチルカメラ等に利
用できる固体撮像装置の駆動方法と信号処理方法に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a driving method and a signal processing method for a solid-state imaging device which can be used in an electronic still camera or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、固体撮像素子は電子スチルカメラ
の撮像部などに広く用いられている。中でもインターラ
イン転送方式ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型固体
撮像素子は低雑音特性を有するため特に注力されてい
る。2. Description of the Related Art In recent years, solid-state imaging devices have been widely used in imaging units of electronic still cameras and the like. In particular, interline transfer type CCD (Charge Coupled Device) type solid-state imaging devices have been particularly focused on because of their low noise characteristics.
【０００３】以下、従来の固体撮像素子について図面を
参照しながら説明する。図４は従来の固体撮像素子を用
いた電子スチルカメラの構成を示す模式図である。Hereinafter, a conventional solid-state imaging device will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional electronic still camera using a solid-state imaging device.
【０００４】図４において、１は光電変換機能を有する
フォトダイオード、２はフォトダイオード１に蓄積され
た信号電荷を読み出すための、エンハンスメント型ＭＯ
Ｓ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタからな
る読み出しゲート、３は信号電荷を垂直方向へ転送する
ための、埋め込み型チャンネル構成の垂直転送部、４は
垂直転送を制御するための垂直転送ゲート、５は信号電
荷を水平方向へ転送するための水平転送部、６は出力部
である。In FIG. 4, reference numeral 1 denotes a photodiode having a photoelectric conversion function, and 2 denotes an enhancement type MO for reading out signal charges stored in the photodiode 1.
A readout gate composed of an S (Metal Oxide Semiconductor) transistor, 3 is a vertical transfer section having a buried channel configuration for transferring signal charges in the vertical direction, 4 is a vertical transfer gate for controlling vertical transfer, and 5 is a signal. A horizontal transfer unit 6 for transferring charges in the horizontal direction is an output unit.
【０００５】なお、垂直転送部３は、垂直方向へ向けて
隣り合う４個の転送ゲートを含んで１ビットが形成され
る４ゲート１ビット構成であり、また垂直転送部３は読
み出しゲートが１ビット当たり２個付設された構成とな
っている。さらに、各ビットを形成する垂直転送ゲート
４には パルス印加用電極Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４が接
続されるとともに、電極Ｇ１は奇数行（２ｎ−１）の読
み出しゲート２に、Ｇ３は偶数行（２ｎ）の読み出しゲ
ート２にも接続される。The vertical transfer unit 3 has a four-gate one-bit configuration in which one bit is formed including four transfer gates adjacent in the vertical direction. The vertical transfer unit 3 has one read gate. Two bits are provided per bit. Further, pulse application electrodes G1, G2, G3, and G4 are connected to the vertical transfer gate 4 forming each bit, and the electrode G1 is connected to the read gate 2 of the odd-numbered row (2n-1), and G3 is connected to the even-numbered row. It is also connected to the read gate 2 of (2n).
【０００６】図５（Ａ）は、上記電極Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３
およびＧ４に印加するパルスφＶ１，φＶ２，φＶ３お
よびφＶ４のタイミングチャートであり、同図（Ｂ）は
その部分拡大図である。また、図５（Ｃ）は動作説明図
である。FIG. 5A shows the electrodes G1, G2, G3.
And FIG. 4B is a timing chart of pulses φV1, φV2, φV3, and φV4 applied to G4, and FIG. FIG. 5C is an explanatory diagram of the operation.
【０００７】電極Ｇ１，Ｇ３に印加するパルスφＶ１，
φＶ３は読み出しと転送とを制御し、ハイレベル（Ｈ
ｉ）のときには読み出しがなされ、ミドルレベル（Ｍｉ
ｄ）とローレベル（Ｌｏ）のときには転送がなされる。
電極Ｇ２に印加するパルスφＶ２と、電極Ｇ４に印加す
るパルスφＶ４とは転送を制御し、ハイレベルとローレ
ベルのときには転送がなされる。さらに、撮像素子と光
学レンズとの間には、機械的に光の入射を制御できるメ
カニカルシャッターが配置されている（図示せず）。A pulse φV1, applied to the electrodes G1 and G3,
φV3 controls read and transfer, and takes a high level (H
In the case of (i), reading is performed and the middle level (Mi
At the time of d) and low level (Lo), transfer is performed.
The transfer of the pulse φV2 applied to the electrode G2 and the pulse φV4 applied to the electrode G4 are controlled, and the transfer is performed at the high level and the low level. Further, a mechanical shutter capable of mechanically controlling the incidence of light is arranged between the imaging element and the optical lens (not shown).
【０００８】以上のように構成された従来の固体撮像装
置の動作について、図５（Ｃ）を参照して説明する。[0008] The operation of the conventional solid-state imaging device configured as described above will be described with reference to FIG.
【０００９】まず、時刻ｔ＝ｔ１のとき、メカニカルシ
ャッターが開閉し、固体撮像素子に光が入射して、フォ
トダイオード１に信号電荷が蓄積される。つぎに、時刻
ｔ＝ｔ２のときにパルスφＶ１がハイレベルになり、奇
数行目のフォトダイオード１に蓄積された信号電荷が垂
直転送部３に読み出される。つぎに、時刻ｔ＝ｔ３のと
きにパルスφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４が転送期間
になり、信号電荷が１水平のブランキング期間に一段ず
つ転送される。さらに、水平転送部および出力部を介し
て第１フィールドの信号を出力する。つぎに、時刻ｔ＝
ｔ４のときにパルスφＶ３がハイレベルになり、偶数行
目のフォトダイオード１に蓄積された信号電荷が垂直転
送部３に読み出される。つぎに、時刻ｔ＝ｔ５のときに
パルスφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４が転送期間にな
り、信号電荷が１水平のブランキング期間に一段ずつ転
送される。さらに水平転送部および出力部を介して第２
フィールドの信号を出力する。First, at time t = t1, the mechanical shutter opens and closes, light enters the solid-state imaging device, and signal charges are accumulated in the photodiode 1. Next, at time t = t2, the pulse φV1 becomes high level, and the signal charges accumulated in the photodiodes 1 in the odd-numbered rows are read out to the vertical transfer unit 3. Next, at time t = t3, the pulses φV1, φV2, φV3, φV4 are in the transfer period, and the signal charges are transferred one by one during one horizontal blanking period. Further, the signal of the first field is output via the horizontal transfer unit and the output unit. Next, at time t =
At time t4, the pulse φV3 goes high, and the signal charges accumulated in the photodiodes 1 in the even-numbered rows are read out to the vertical transfer unit 3. Next, at time t = t5, the pulses φV1, φV2, φV3, and φV4 become the transfer period, and the signal charges are transferred one by one during one horizontal blanking period. Further, a second signal is transmitted through the horizontal transfer unit and the output unit.
Outputs the field signal.
【００１０】一方、ムービー用カメラとして全画素独立
読み出し方式の固体撮像素子も提案されている。以下、
従来の全画素独立読み出し方式の固体撮像素子の駆動方
法について、図３および図６を参照しながら説明する。On the other hand, a solid-state image pickup device of an all-pixel independent readout method has been proposed as a movie camera. Less than,
A conventional method of driving a solid-state imaging device using the all-pixel independent readout method will be described with reference to FIGS.
【００１１】図３は全画素独立読み出し方式固体撮像素
子の構成を示す模式図である。図３において、１は光電
変換機能を有するフォトダイオード、２はフォトダイオ
ード１に蓄積された信号電荷を読み出すための、エンハ
ンスメント型ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）ト
ランジスタからなる読み出しゲート、３は信号電荷を垂
直方向へ転送する埋め込み型チャンネル構成の垂直転送
部、４は垂直転送を制御する垂直転送ゲート、５ａ，５
ｂは信号電荷を水平方向へ転送する水平転送部、６ａ，
６ｂは出力部である。FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of an all-pixel independent readout type solid-state imaging device. In FIG. 3, reference numeral 1 denotes a photodiode having a photoelectric conversion function, 2 denotes a read gate formed of an enhancement-type MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor for reading signal charges stored in the photodiode 1, and 3 denotes a signal charge which is vertical. A vertical transfer unit having a buried channel configuration for transferring data in the vertical direction, 4 is a vertical transfer gate for controlling vertical transfer, 5a, 5
b denotes a horizontal transfer unit for transferring signal charges in the horizontal direction;
6b is an output unit.
【００１２】なお、垂直転送部３は、垂直方向へ向けて
隣り合う３個の転送ゲートを含んで１ビットが形成され
る３ゲート１ビット構成である。また垂直転送部３は読
み出しゲートが１ビット当たり１個付設された構成とな
っている。さらに、各ビットを形成する垂直転送ゲート
４には パルス印加用電極Ｇ１ａ，Ｇ１ｂ，Ｇ２，Ｇ３
が接続されている。電極Ｇ１ａは奇数行（２ｎ−１）の
読み出しゲート２に、Ｇ１ｂは偶数行（２ｎ）の読み出
しゲート２にも接続される。The vertical transfer section 3 has a three-gate one-bit configuration in which one bit is formed including three transfer gates adjacent in the vertical direction. The vertical transfer section 3 has a configuration in which one read gate is provided per bit. Furthermore, the pulse transfer electrodes G1a, G1b, G2, G3
Is connected. The electrode G1a is also connected to the read gate 2 in the odd-numbered row (2n-1), and the electrode G1b is also connected to the read gate 2 in the even-numbered row (2n).
【００１３】図６（Ａ）は上記の電極Ｇ１ａ，Ｇ１ｂ，
Ｇ２およびＧ３に印加するパルスφＶ１ａ，φＶ１ｂ、
φＶ２およびφＶ３のタイミングチャートであり、図６
（Ｂ）はその部分拡大図である。また、図６（Ｃ）は動
作説明図である。FIG. 6A shows the electrodes G1a, G1b,
Pulses φV1a, φV1b applied to G2 and G3,
FIG. 6 is a timing chart of φV2 and φV3, and FIG.
(B) is a partially enlarged view thereof. FIG. 6C is an operation explanatory diagram.
【００１４】電極Ｇ１ａ，Ｇ１ｂに印加するパルスφＶ
１ａ，φＶ１ｂは読み出しと転送とを制御し、ハイレベ
ル（Ｈｉ）のときには読み出しがなされ、ミドルレベル
（Ｍｉｄ）とローレベル（Ｌｏ）のときには転送がなさ
れる。電極Ｇ２に印加するパルスφＶ２と電極Ｇ３に印
加するパルスφＶ３は転送を制御し、ハイレベルとロー
レベルのときには転送がなされる。The pulse φV applied to the electrodes G1a and G1b
1a and φV1b control read and transfer. When the signal is at the high level (Hi), the read is performed, and when the signal is at the middle level (Mid) and the low level (Lo), the transfer is performed. The pulse φV2 applied to the electrode G2 and the pulse φV3 applied to the electrode G3 control the transfer, and the transfer is performed at the high level and the low level.
【００１５】以上のように構成された従来の全画素独立
読み出し方式固体撮像装置の動作について、図６を参照
して説明する。The operation of the conventional all-pixel independent readout type solid-state imaging device configured as described above will be described with reference to FIG.
【００１６】まず、時刻ｔ＝ｔ１のときに固体撮像素子
に光が入射して、フォトダイオード１に信号電荷が蓄積
される。つぎに、時刻ｔ＝ｔ２のときにパルスφＶ１ａ
がハイレベルになり、奇数行目のフォトダイオード１に
蓄積された信号電荷が垂直転送部３に読み出される。つ
ぎに、時刻ｔ＝ｔ３のときにパルスφＶ１ａがハイレベ
ルになり、偶数行目のフォトダイオード１に蓄積された
信号電荷が垂直転送部３に読み出される。つぎに時刻ｔ
＝ｔ４のときにパルスφＶ１ａ，φＶ１ｂ，φＶ２，φ
Ｖ３が転送期間になり、信号電荷が１水平のブランキン
グ期間に一段ずつ転送される。さらに、水平転送部およ
び出力部を介して第１フィールドの信号を出力する。第
２フィールドも第１フィールドと同様に出力する。この
ように全画素独立読み出し方式固体撮像装置では１フィ
ールド期間において、すべての画素情報を独立に読み出
し転送することができ、垂直解像度が向上するという特
徴を有する。First, at time t = t1, light is incident on the solid-state imaging device, and signal charges are accumulated in the photodiode 1. Next, at the time t = t2, the pulse φV1a
Becomes high level, and the signal charges accumulated in the photodiodes 1 in the odd-numbered rows are read out to the vertical transfer unit 3. Next, at time t = t3, the pulse φV1a goes high, and the signal charges accumulated in the photodiodes 1 in the even-numbered rows are read out to the vertical transfer unit 3. Then time t
= T4, the pulses φV1a, φV1b, φV2, φ
V3 is a transfer period, and signal charges are transferred one by one during one horizontal blanking period. Further, the signal of the first field is output via the horizontal transfer unit and the output unit. The second field is output in the same manner as the first field. As described above, the all-pixel independent readout type solid-state imaging device has a feature that all pixel information can be read out and transferred independently in one field period, and the vertical resolution is improved.
【００１７】[0017]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の固体撮像素子では、垂直転送部３で蓄積で
きる最大信号電荷量は１×１０4ｅから１×１０5ｅ程度
しかない。そのため、高輝度の被写体を撮像した場合、
画像つぶれが生じ画質をいちじるしく低下する。また、
蓄積時間を短くすることにより高輝度部の再生は可能に
なるが、その反面標準輝度部のＳ／Ｎが低下するという
問題点を有していた。However, in the above-described conventional solid-state imaging device, the maximum signal charge amount that can be accumulated in the vertical transfer unit 3 is only about 1 × 10 4 e to 1 × 10 5 e. Therefore, when capturing a high-luminance subject,
Image collapse occurs and the image quality is significantly reduced. Also,
By shortening the accumulation time, reproduction of a high luminance portion becomes possible, but on the other hand, there is a problem that the S / N of the standard luminance portion is reduced.
【００１８】[0018]
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明の固体撮像装置の駆動方法は、光電変換部
と、光電変換部への光入射を制御するシャッター部と、
光電変換部の信号を転送し、光電変換部と同数以上の段
数有する転送部と、光電変換部と転送部とを結合させて
光電変換部に蓄積された信号の読み出しを制御する読み
出しスイッチ部とを備え、一周期がシャッター部の開放
期間とシャッター部の遮断期間とからなり、開放期間に
少なくとも第１，第２の信号読み出しを行い、遮断期間
に第３，第４の信号読み出しを少なくとも行い、シャッ
ター部の開放から第１の信号読み出しまでの期間と第２
の信号読み出しからシャッター部の遮断までの期間が等
しい。In order to solve the above problems, a method for driving a solid-state imaging device according to the present invention comprises a photoelectric conversion unit, a shutter unit for controlling light incidence on the photoelectric conversion unit,
A transfer unit that transfers a signal of the photoelectric conversion unit, has a number of stages equal to or greater than that of the photoelectric conversion unit, and a read switch unit that controls reading of a signal stored in the photoelectric conversion unit by coupling the photoelectric conversion unit and the transfer unit. And one cycle consists of an opening period of the shutter unit and a shutting-off period of the shutter unit. At least the first and second signals are read during the opening period, and at least the third and fourth signals are read during the shutting period. The period from the opening of the shutter unit to the reading of the first signal and the second period.
The period from the signal readout to the shutoff of the shutter unit is equal.
【００１９】また、第１，第４の信号読み出しと第２，
第３の信号読み出しにより読み出される信号の蓄積時間
が異なる。Also, the first and fourth signal readings and the second and
The accumulation time of the signal read by the third signal read is different.
【００２０】また、第１，第４の信号読み出しにより読
み出される信号が第２，第３の信号読み出しにより読み
出される信号より蓄積時間が短い。The signal read out by the first and fourth signal readings has a shorter accumulation time than the signal read out by the second and third signal readings.
【００２１】上記問題点を解決するために本発明の固体
撮像装置の信号処理方法は、光電変換部と、光電変換部
への光入射を制御するシャッター部と、光電変換部の信
号を転送し、光電変換部と同数以上の段数有する転送部
と、光電変換部と転送部とを結合させて光電変換部に蓄
積された信号の読み出しを制御する読み出しスイッチ部
とを備え、一周期がシャッター部の開放期間とシャッタ
ー部の遮断期間とからなり、開放期間に少なくとも第
１，第２の信号読み出しを行い、遮断期間に第３，第４
の信号読み出しを少なくとも行い、シャッター部の開放
から第１の信号読み出しまでの期間と第２の信号読み出
しからシャッター部の遮断までの期間が等しく、第１の
信号読み出しにより読み出された（２ｎ−１）行目の信
号と第２の信号読み出しにより読み出された２ｎ行目の
信号とを出力し、次に第３の信号読み出しにより読み出
された２ｎ行目の信号と第４の信号読み出しにより読み
出された（２ｎ−１）行目の信号とを出力し、所定の信
号処理を行う。In order to solve the above problems, a signal processing method for a solid-state imaging device according to the present invention comprises a photoelectric conversion unit, a shutter unit for controlling light incidence on the photoelectric conversion unit, and a signal for the photoelectric conversion unit. A transfer unit having the same number or more stages as the number of photoelectric conversion units, and a readout switch unit that controls reading of signals stored in the photoelectric conversion unit by coupling the photoelectric conversion unit and the transfer unit, and one cycle is a shutter unit. , And at least the first and second signals are read out during the open period, and the third and fourth signals are read out during the open period.
At least, the period from the opening of the shutter section to the first signal reading is equal to the period from the second signal reading to the shutting off of the shutter section, and the signal was read by the first signal reading (2n− 1) The signal of the row and the signal of the 2nth row read by the second signal readout are output, and then the signal of the 2nth row read by the third signal readout and the fourth signal readout And outputs the signal of the (2n-1) th row, and performs predetermined signal processing.
【００２２】また、第２，第３の信号読み出しにより読
み出される信号を飽和レベルで電気的にクリップし、第
１，第４の読み出しにより読み出される信号をクリップ
した第１，第４の読み出しにより読み出される信号と加
算演算処理して出力する。The signals read out by the second and third signal readings are electrically clipped at the saturation level, and the signals read out by the first and fourth readings are read out by the clipped first and fourth readings. The signal is added to the signal to be processed and output.
【００２３】[0023]
【作用】上記構成により、２種類の蓄積時間による信号
電荷を出力することが可能となり、電子スチルカメラの
高解像度特性を維持しつつ、信号が飽和レベルに達して
いない場合は、長蓄積時間による信号電荷が主体となり
Ｓ／Ｎを低下させることがない。また、長蓄積時間では
信号が飽和レベルに達する場合は、短い蓄積時間の信号
を加算することにより、高輝度部の画像を再生すること
ができ、ダイナミックレンジを大幅に改善することがで
きる。According to the above construction, it is possible to output signal charges with two kinds of accumulation times, and to maintain the high resolution characteristics of the electronic still camera and to use the long accumulation time when the signal does not reach the saturation level. S / N does not decrease mainly due to signal charges. Further, when the signal reaches the saturation level in the long accumulation time, by adding the signal of the short accumulation time, the image of the high-luminance part can be reproduced, and the dynamic range can be greatly improved.
【００２４】[0024]
【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。本駆動方法と信号処理方法に用い
る固体撮像装置は図３に示す全画素独立読み出し方式固
体撮像装置を用いる。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The solid-state imaging device used in the present driving method and the signal processing method uses the all-pixel independent readout type solid-state imaging device shown in FIG.
【００２５】図１は本実施例における固体撮像装置の駆
動方法と信号電荷の転送される様子を模式的に示した図
である。図１（Ａ）は、電極Ｇ１ａ，Ｇ１ｂ，Ｇ２およ
びＧ３に印加するパルスφＶ１ａ、φＶ１ｂ、φＶ２お
よびφＶ３のタイミングチャートであり、図１（Ｂ）は
その部分拡大図である。図１（Ｃ）は短い蓄積時間フォ
トダイオードに蓄積された信号電荷Ｑ１と、長い蓄積時
間フォトダイオードに蓄積された信号電荷Ｑ２を示す図
である。FIG. 1 is a diagram schematically showing a method of driving a solid-state image pickup device according to the present embodiment and how signal charges are transferred. FIG. 1A is a timing chart of pulses φV1a, φV1b, φV2, and φV3 applied to electrodes G1a, G1b, G2, and G3, and FIG. 1B is a partially enlarged view thereof. FIG. 1C is a diagram showing a signal charge Q1 stored in a photodiode having a short storage time and a signal charge Q2 stored in a photodiode having a long storage time.
【００２６】図２（Ａ）は信号処理回路の概略構成図、
図２（Ｂ）はその各部の信号波形を示す図である。図２
（Ａ）において、７は出力部６の信号を飽和レベルでク
リップするクリップ部、８は加算部である。FIG. 2A is a schematic configuration diagram of a signal processing circuit.
FIG. 2B is a diagram showing a signal waveform of each part. FIG.
In (A), reference numeral 7 denotes a clip unit that clips the signal of the output unit 6 at a saturation level, and 8 denotes an addition unit.
【００２７】まず、図１に示すように、時刻ｔ＝ｔ１の
とき、メカニカルシャッターが開き、固体撮像素子に光
が入射される。つぎに、時刻ｔ＝ｔ２のときに短い期間
（たとえば１／１０００秒）信号が蓄積される。つぎ
に、時刻ｔ＝ｔ３のときにパルスφＶ１ａがハイレベル
になり、奇数行目のフォトダイオード１に蓄積された信
号電荷が垂直転送部３に読み出される。つぎに、時刻ｔ
＝ｔ４のときに標準期間（たとえば１／６０秒）信号が
蓄積される。つぎに、時刻ｔ＝ｔ５のときにパルスφＶ
１ｂがハイレベルになり、偶数行目のフォトダイオード
１に蓄積された信号電荷が垂直転送部３に読み出され
る。つぎに、時刻ｔ＝ｔ６のときにメカニカルシャッタ
ーが閉じ、固体撮像素子への光が遮断される。このとき
に短い期間（たとえば１／１０００秒）信号が蓄積され
る。つぎに、時刻ｔ＝ｔ７のときにパルスφＶ１ａ，φ
Ｖ１ｂ，φＶ２，φＶ３が転送期間になり、信号電荷が
１水平のブランキング期間に２段ずつ転送される、さら
に水平転送部５を介して出力部６ａでは標準期間蓄積し
た信号を、出力部６ｂでは短い時間蓄積した信号を第１
フィールドの信号として出力する。つぎに、時刻ｔ＝ｔ
８のときにパルスφＶ１ａがハイレベルになり、奇数数
行目のフォトダイオード１に短い期間（たとえば１／１
０００秒）蓄積された信号電荷が垂直転送部３に読み出
される。つぎに、時刻ｔ＝ｔ９のときにパルスφＶ１ｂ
がハイレベルになり、偶数行目のフォトダイオード１に
蓄積された信号電荷が垂直転送部３に読み出される。つ
ぎに時刻ｔ＝ｔ１０のときにパルスφＶ１ａ，φＶ１
ｂ，φＶ２，φＶ３が転送期間になり、信号電荷が１水
平のブランキング期間に２段ずつ転送される。さらに、
水平転送部５を介して出力部６ａでは標準期間蓄積した
信号を出力部６ｂでは短い時間蓄積した信号を第１フィ
ールドの信号を出力する。First, as shown in FIG. 1, at time t = t1, the mechanical shutter is opened, and light is incident on the solid-state image sensor. Next, at time t = t2, a signal is accumulated for a short period (for example, 1/1000 second). Next, at time t = t3, the pulse φV1a goes high, and the signal charges accumulated in the photodiodes 1 in the odd-numbered rows are read out to the vertical transfer unit 3. Next, at time t
When t = t4, a signal for a standard period (for example, 1/60 second) is accumulated. Next, at time t = t5, the pulse φV
1b becomes high level, and the signal charges accumulated in the photodiodes 1 in the even-numbered rows are read out to the vertical transfer unit 3. Next, at time t = t6, the mechanical shutter closes, and light to the solid-state imaging device is shut off. At this time, a signal is accumulated for a short period (for example, 1/1000 second). Next, at time t = t7, the pulses φV1a, φ
V1b, φV2 and φV3 are transfer periods, and signal charges are transferred two stages at a time during one horizontal blanking period. Now, the signal accumulated for a short time is
Output as a field signal. Next, time t = t
8, the pulse φV1a goes high, and the photodiodes 1 in the odd-numbered rows are supplied with a short period (for example, 1/1).
(2,000 seconds) The accumulated signal charges are read out to the vertical transfer unit 3. Next, at time t = t9, the pulse φV1b
Becomes high level, and the signal charges accumulated in the photodiodes 1 in the even-numbered rows are read out to the vertical transfer unit 3. Next, at time t = t10, the pulses φV1a, φV1
b, φV2, φV3 are transfer periods, and signal charges are transferred two stages at a time during one horizontal blanking period. further,
Through the horizontal transfer unit 5, the output unit 6a outputs a signal accumulated for a standard period in the output unit 6b, and the output unit 6b outputs a signal accumulated for a short time in the first field.
【００２８】出力部６ａ，６ｂから出力された信号は、
クリップ部７と、加算部８を介して出力される。グレー
スケール（ＥＩＡＪにより定めるＣ１チャート）撮像時
のａ点，ｂ点，ｃ点，ｄ点の信号波形を示す。クリップ
部７によりｂ点の信号波形の中で飽和レベルに達した信
号のみクリップしたのがｃ点の信号波形である。さら
に、ｂ点，ｃ点の信号を加算部８により加算したのがｄ
点の信号波形である。The signals output from the output units 6a and 6b are:
It is output via the clip unit 7 and the adding unit 8. The signal waveforms at point a, point b, point c, and point d during grayscale (C1 chart determined by EIAJ) imaging are shown. The signal waveform at the point c is obtained by clipping only the signal reaching the saturation level in the signal waveform at the point b by the clip unit 7. Further, the addition of the signals at points b and c by the adder 8 is d.
It is a signal waveform of a point.
【００２９】[0029]
【発明の効果】本発明によれば、一回のメカニカルシャ
ッターの開閉中に、長時間蓄積信号と短時間蓄積信号
を、２フィールド分取り出すことができ、電子スチルカ
メラの高解像度特性を維持しつつ、Ｓ／Ｎを劣化させる
ことなくダイナミックレンジを大幅に拡大することがで
きる。According to the present invention, a long-time accumulation signal and a short-time accumulation signal can be extracted for two fields during one opening / closing of the mechanical shutter, and the high resolution characteristic of the electronic still camera can be maintained. In addition, the dynamic range can be greatly expanded without deteriorating the S / N.
【図１】（Ａ）は本発明の一実施例における固体撮像装
置の駆動方法を説明するための電極印加パルスのタイミ
ングチャート （Ｂ）は図（Ａ）のａ部分拡大図 （Ｃ）は信号電荷の転送される様子を模式的に示した図FIG. 1A is a timing chart of an electrode application pulse for explaining a driving method of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1B is an enlarged view of a part a of FIG. Diagram schematically showing how charges are transferred
【図２】（Ａ）は本発明の一実施例における信号処理を
説明するためのブロック図 （Ｂ）はその信号波形図FIG. 2A is a block diagram for explaining signal processing in one embodiment of the present invention; FIG. 2B is a signal waveform diagram thereof;
【図３】全画素独立読み出し方式の固体撮像素子の構成
を示す図FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a solid-state imaging device of an all-pixel independent readout method;
【図４】従来の駆動方法に用いる固体撮像素子の構成を
示す図FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a solid-state imaging device used in a conventional driving method.
【図５】（Ａ）は図４に示した構成の固体撮像装置の駆
動方法を説明するための電極印加パルスのタイミングチ
ャート （Ｂ）は図（Ａ）のａ部分拡大図 （Ｃ）は信号電荷の転送される様子を模式的に示した図5A is a timing chart of an electrode application pulse for explaining a driving method of the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. 4; FIG. 5B is an enlarged view of a part a of FIG. Diagram schematically showing how charges are transferred
【図６】（Ａ）は全画素独立読み出し方式固体撮像素子
の従来の駆動方法を説明するための電極印加パルスのタ
イミングチャート （Ｂ）は図（Ａ）のａ部分拡大図 （Ｃ）は信号電荷の転送される様子を模式的に示した図6A is a timing chart of an electrode application pulse for explaining a conventional driving method of an all-pixel independent readout type solid-state imaging device. FIG. 6B is an enlarged view of a part a of FIG. Diagram schematically showing how charges are transferred
１ フォトダイオード ２ 読み出しゲート ３ 垂直転送部 ４ 垂直転送ゲート ５ 水平転送部 ６，６ａ，６ｂ 出力部 Ｇ１〜Ｇ４，Ｇ１ａ，Ｇ１ｂ パルス印加用電極 ７ クリップ部 ８ 加算部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Photodiode 2 Read gate 3 Vertical transfer part 4 Vertical transfer gate 5 Horizontal transfer part 6,6a, 6b Output part G1-G4, G1a, G1b Pulse application electrode 7 Clip part 8 Addition part
Claims (5)
射を制御するシャッター部と、前記光電変換部の信号を
転送し、前記光電変換部と同数以上の段数有する転送部
と、前記光電変換部と前記転送部とを結合させて前記光
電変換部に蓄積された信号の読み出しを制御する読み出
しスイッチ部とを備え、一周期が前記シャッター部の開
放期間と前記シャッター部の遮断期間とからなり、前記
開放期間に少なくとも第１，第２の信号読み出しを行
い、前記遮断期間に第３，第４の信号読み出しを少なく
とも行い、前記シャッター部の開放から前記第１の信号
読み出しまでの期間と前記第２の信号読み出しから前記
シャッター部の遮断までの期間が等しいことを特徴とす
る固体撮像装置の駆動方法。A photoelectric conversion unit, a shutter unit that controls light incidence on the photoelectric conversion unit, a transfer unit that transfers a signal of the photoelectric conversion unit, and has a number of stages equal to or greater than that of the photoelectric conversion unit; A readout switch unit that controls reading of a signal stored in the photoelectric conversion unit by coupling the photoelectric conversion unit and the transfer unit, and one cycle includes an open period of the shutter unit and a shutoff period of the shutter unit. A period from the opening of the shutter section to the first signal reading, wherein at least first and second signal readings are performed during the opening period, and at least third and fourth signal readings are performed during the blocking period. And a period from when the second signal is read to when the shutter section is shut off is equal.
２，第３の信号読み出しにより読み出される信号の蓄積
時間が異なることを特徴とする請求項１記載の固体撮像
装置の駆動方法。2. The method according to claim 1, wherein the accumulation times of the signals read by the first and fourth signal reading operations and the second and third signal reading operations are different.
み出される信号が前記第２，第３の信号読み出しにより
読み出される信号より蓄積時間が短いことを特徴とする
請求項１記載の固体撮像装置の駆動方法。3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a signal read by said first and fourth signal reading has a shorter accumulation time than a signal read by said second and third signal reading. Drive method.
射を制御するシャッター部と、前記光電変換部の信号を
転送し、前記光電変換部と同数以上の段数有する転送部
と、前記光電変換部と前記転送部とを結合させて前記光
電変換部に蓄積された信号の読み出しを制御する読み出
しスイッチ部とを備え、一周期が前記シャッター部の開
放期間と前記シャッター部の遮断期間とからなり、前記
開放期間に少なくとも第１，第２の信号読み出しを行
い、前記遮断期間に第３，第４の信号読み出しを少なく
とも行い、前記シャッター部の開放から前記第１の信号
読み出しまでの期間と前記第２の信号読み出しから前記
シャッター部の遮断までの期間が等しく、前記第１の信
号読み出しにより読み出された（２ｎ−１）行目の信号
と前記第２の信号読み出しにより読み出された２ｎ行目
の信号とを出力し、次に前記第３の信号読み出しにより
読み出された２ｎ行目の信号と前記第４の信号読み出し
により読み出された（２ｎ−１）行目の信号とを出力
し、所定の信号処理を行うことを特徴とするの固体撮像
装置の信号処理方法。4. A photoelectric conversion unit, a shutter unit for controlling light incidence on the photoelectric conversion unit, a transfer unit for transferring a signal of the photoelectric conversion unit, and having a number of stages equal to or greater than that of the photoelectric conversion unit, A readout switch unit that controls reading of a signal stored in the photoelectric conversion unit by coupling the photoelectric conversion unit and the transfer unit, and one cycle includes an open period of the shutter unit and a shutoff period of the shutter unit. A period from the opening of the shutter section to the first signal reading, wherein at least first and second signal readings are performed during the opening period, and at least third and fourth signal readings are performed during the blocking period. And the period from when the second signal is read to when the shutter section is shut off is equal, and the signal of the (2n-1) th row read by the first signal read and the second signal read are read. The signal of the 2nth row read out by the readout is output, and then the signal of the 2nth row read out by the third signal readout and the signal read out by the fourth signal readout (2n−1). A) a signal processing method for a solid-state imaging device, which outputs a signal of a row and performs predetermined signal processing.
み出される信号を飽和レベルで電気的にクリップし、前
記第１，第４の読み出しにより読み出される信号を前記
クリップした第１，第４の読み出しにより読み出される
信号と加算演算処理して出力することを特徴とする請求
項４記載の固体撮像装置の信号処理方法。5. A signal read by the second and third signal reading is electrically clipped at a saturation level, and a signal read by the first and fourth reading is clipped to the first and fourth clipped signals. 5. The signal processing method for a solid-state imaging device according to claim 4, wherein the signal read out by the reading operation is added and arithmetically processed and output.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6176842A JP2986685B2 (en) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | Driving method and signal processing method for solid-state imaging device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6176842A JP2986685B2 (en) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | Driving method and signal processing method for solid-state imaging device |
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|---|---|
| JPH0846873A JPH0846873A (en) | 1996-02-16 |
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