JP3166776B2 - Imaging device and imaging method - Google Patents
Imaging device and imaging methodInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は撮像装置及び撮像方法に係り、特に実質的に
ダイナミック・レンジの広い撮像装置及び撮像方法に関
する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an imaging apparatus and an imaging method, and more particularly to an imaging apparatus and an imaging method having a substantially wide dynamic range.
［従来の技術］ 撮像装置は、カメラ一体形VTRやスチル・ビデオ・カ
メラなどのビデオ・カメラ部として広く使用されてい
る。撮像管や固体撮像素子を用いるビデオ・カメラは旧
来の銀塩写真システムに比べダイナミック・レンジが狭
く、従って、逆光時などには白とびや黒つぶれ（輝度レ
ベルが著しく高い又は低い部分の俗称）などが発生す
る。従来のビデオ・カメラではこのような場合、手動又
は逆行補正ボタンの操作により絞りを２絞り分程度開放
し、光量を調節していた。2. Description of the Related Art An imaging apparatus is widely used as a video camera unit such as a camera-integrated VTR and a still video camera. A video camera using an image pickup tube or a solid-state image pickup device has a narrower dynamic range than a conventional silver halide photographic system, and therefore is overexposed or underexposed (a common name for a portion having a remarkably high or low luminance level) in a backlight or the like. And so on. In such a case, in the conventional video camera, the aperture is opened by about two apertures manually or by operating the reverse correction button to adjust the light amount.
しかし、このような逆光補正を適切に行った場合で
も、主たる被写体が適正露光量であっても背景で白とび
が発生してしまい、背景が白いだけの画面になってしま
う。つまり、従来装置のように主被写体の露光量が適正
になるように光量調節するだけでは、撮像装置のダイナ
ミック・レンジの狭さは解決されない。However, even when such backlight correction is appropriately performed, overexposure occurs in the background even if the main subject has an appropriate exposure amount, and the screen has only a white background. That is, the narrowing of the dynamic range of the imaging apparatus is not solved only by adjusting the light amount so that the exposure amount of the main subject becomes appropriate as in the conventional apparatus.
かかる問題を解決するものとして、例えば２回の露光
を行ないダイナミックレンジの拡大を行う方法がある。
この方法は通常の露光時間1/60秒で撮像した画面の飽和
した画素信号を高速シャッタ動作（例えば1/1000秒）で
撮像した画素信号で置換するものである。この方法では
露光時間が約16倍違うので、ダイナミックレンジも16倍
拡大できる。In order to solve such a problem, for example, there is a method of expanding the dynamic range by performing two exposures.
In this method, a saturated pixel signal of a screen captured at a normal exposure time of 1/60 second is replaced with a pixel signal captured by a high-speed shutter operation (for example, 1/1000 second). In this method, the exposure time is about 16 times different, so that the dynamic range can be expanded 16 times.
［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記のような２回の露光によってダイナミッ
クレンジの拡大を行う方法は以下のような問題点があっ
た。[Problems to be Solved by the Invention] However, the method of expanding the dynamic range by the two exposures as described above has the following problems.
例えば、動画を撮影するムービカメラでは、各フィー
ルド毎に、通常露光信号と高速シャッタ信号とを読み出
すので、２つの画像信号を合成すると、その合成信号は
２フィールドで１枚分の画像信号としかならない。従っ
て、２フィールド期間は同一の合成信号をメモリ等より
出力する事になり、動解像度が低下してしまうという問
題が生じる。For example, in a movie camera that shoots a moving image, a normal exposure signal and a high-speed shutter signal are read for each field. Therefore, when two image signals are combined, the combined signal is only one image signal in two fields. No. Therefore, during the two-field period, the same synthesized signal is output from the memory or the like, and there is a problem that the dynamic resolution is reduced.
また、２回の露光はいずれも、予め定められたシーケ
ンスで、撮像素子を走査させて行われるので、全ての信
号を出力した後でなければ、次の走査を行う事が出来な
い。多くの場合、撮像素子が飽和する領域は、撮影画面
の極く一部であって、上記２つの撮像信号よりダイナミ
ックレンジを改善するための信号の置換は、少しのデー
タで良い。つまり、画像は多くの不要な情報から構成さ
れており、従来の様に２つの撮像信号を全て出力し、画
像処理を行う事は不経済である。In addition, since each of the two exposures is performed by scanning the image sensor in a predetermined sequence, the next scanning cannot be performed unless all the signals have been output. In many cases, the region where the image sensor is saturated is only a part of the photographing screen, and the replacement of the signal for improving the dynamic range from the above two image signals requires little data. That is, an image is composed of a lot of unnecessary information, and it is uneconomical to output all two imaging signals and perform image processing as in the related art.
この様な問題点を考慮し、本発明は実質的に、ダイナ
ミックレンジが広く、且つ画像処理が簡単で、通常の動
画像が得られる撮像装置及び撮像方法を提供する事を目
的とする。In view of such problems, an object of the present invention is to provide an imaging apparatus and an imaging method that can obtain a normal moving image with a wide dynamic range, simple image processing, and substantially.
［課題を解決するための手段］ 本願第１の発明の撮像装置は、入射した光情報を電気
信号に変換する光電変換部と、 前記光電変換部からの信号をトランジスタの制御電極
領域を介して増幅して読み出す読み出しトランジスタ
と、 前記光電変換部の信号を前記読み出しトランジスタの
前記制御電極領域に転送するための、前記光電変換部と
前記読み出しトランジスタの前記制御電極領域との間に
接続された第１及び第２の転送トランジスタと、 前記第１の転送トランジスタと前記第２の転送トラン
ジスタとの間に接続された、リセット電位を供給するた
めのリセットトランジスタと、 を含む単位回路部を水平方向及び垂直方向に複数配列す
るとともに、 垂直方向の１列に配列された単位回路部毎に設けられ
た、前記単位回路部内の前記読み出しトランジスタから
の信号が読み出される垂直出力線と、 それぞれ水平方向の複数の単位回路部内の前記第１の
転送トランジスタの制御電極領域に共通に接続された、
複数の第１の信号線と、 それぞれ水平方向の複数の単位回路部内の前記第２の
転送トランジスタの制御電極領域に共通に接続された、
複数の第２の信号線と、 それぞれ垂直方向の複数の単位回路部内の前記リセッ
トトランジスタの制御電極領域に共通に接続された、複
数の第３の信号線と、 前記複数の第１の信号線中の任意の第１の信号線に駆
動パルスを供給する第１の転送選択手段と、 前記複数の第２の信号線中の任意の第２の信号線に駆
動パルスを供給する第２の転送選択手段と、 前記複数の第３の信号線中の任意の第３の信号線に駆
動パルスを供給するリセット選択手段と、を有すること
を特徴とする。[Means for Solving the Problems] An imaging apparatus according to a first aspect of the present invention includes a photoelectric conversion unit that converts incident optical information into an electrical signal, and a signal from the photoelectric conversion unit via a control electrode region of a transistor. A read transistor that amplifies and reads, and a signal connected between the photoelectric conversion unit and the control electrode region of the read transistor for transferring a signal of the photoelectric conversion unit to the control electrode region of the read transistor. A unit circuit section including first and second transfer transistors, and a reset transistor for supplying a reset potential, connected between the first transfer transistor and the second transfer transistor. The plurality of readings in the unit circuit units provided in each of the unit circuit units arranged in the vertical direction and arranged in one column in the vertical direction. A vertical output line to which a signal from and the transistor is read, connected in common to the control electrode region of the first transfer transistors each in a plurality of unit circuits of the horizontal direction,
A plurality of first signal lines, each of which is commonly connected to a control electrode region of the second transfer transistor in a plurality of unit circuit units in a horizontal direction,
A plurality of second signal lines; a plurality of third signal lines commonly connected to a control electrode region of the reset transistor in a plurality of unit circuits in a vertical direction; and a plurality of first signal lines First transfer selecting means for supplying a drive pulse to any of the first signal lines, and second transfer for supplying a drive pulse to any of the plurality of second signal lines. Selecting means, and reset selecting means for supplying a drive pulse to an arbitrary third signal line among the plurality of third signal lines.
本願第２の発明の撮像装置は、複数配列した画素と、 前記画素に対して、第１の露光時間又は前記第１の露
光時間より短い第２の露光時間を設定する露光時間設定
手段と、 前記画素からの信号が、前記第１の露光時間である
か、前記第２の露光時間であるかを判別する判別手段
と、 前記判別手段の判別結果に基づき、前記画素の信号が
前記第１の露光時間であるか、前記第２の露光時間であ
るかによって異なる所定値と比較し、比較結果に基づい
て前記露光時間設定手段を制御し、前記第１の露光時間
又は前記第２の露光時間に設定する制御手段と、 を有することを特徴とする。An imaging apparatus according to a second aspect of the present invention includes: a plurality of arranged pixels; an exposure time setting unit configured to set a first exposure time or a second exposure time shorter than the first exposure time for the pixels; Determining means for determining whether the signal from the pixel is the first exposure time or the second exposure time; and determining whether the signal of the pixel is the first exposure time based on the determination result of the determining means. The exposure time is compared with a predetermined value that differs depending on whether the exposure time is the second exposure time or not, and the exposure time setting means is controlled based on the comparison result, and the first exposure time or the second exposure time is controlled. And control means for setting the time.
本願第３の発明の撮像方法は、複数配列した画素か
ら、第１の露光時間又は前記第１の露光時間より短い第
２の露光時間の信号を出力し、 前記信号が前記第１の露光時間の信号である場合は第
１の所定値と比較し、この比較結果に基づいて、前記複
数配列した画素の露光時間を前記第１の露光時間又は前
記第２の露光時間に設定し、 前記信号が前記第２の露光時間の信号である場合は第
２の所定値と比較し、この比較結果に基づいて、前記複
数配列した画素の露光時間を前記第１の露光時間又は前
記第２の露光時間に設定することを特徴とする。The imaging method according to the third aspect of the present invention outputs a signal of a first exposure time or a second exposure time shorter than the first exposure time from a plurality of arranged pixels, and the signal outputs the first exposure time. If the signal is the first exposure time or the second exposure time, the exposure time of the plurality of arranged pixels is set to the first exposure time or the second exposure time based on the comparison result. Is a signal of the second exposure time, the signal is compared with a second predetermined value, and based on the comparison result, the exposure time of the plurality of arranged pixels is determined by the first exposure time or the second exposure time. It is characterized in that it is set to time.
［作 用］ 本発明の撮像装置は、単位回路部が光電変換部と、信
号を読み出す読み出しトランジスタと、光電変換部から
読み出しトランジスタへ信号を転送する第１及び第２の
転送トランジスタと、リセット電位を供給するリセット
トランジスタを有するとともに、水平方向の単位回路部
の第１の転送トランジスタを制御する複数の第１の信号
線、水平方向の単位回路部の第２の転送トランジスタを
制御する複数の第２の信号線、垂直方向の単位回路部の
リセットトランジスタを制御する複数の第３の信号線、
各第１の信号線に駆動パルスを供給する第１の転送選択
手段、各第２の信号線に駆動パルスを供給する第２の転
送選択手段、各第３の信号線に駆動パルスを供給するリ
セット選択手段を有することで、所望の領域をリセット
して露光時間を制御し、１つの画像内に露光量の異なる
領域が得られるので、撮像装置が飽和する様な明るい被
写体を撮像しても、撮像装置は飽和しない。[Operation] In the imaging device of the present invention, the unit circuit unit includes a photoelectric conversion unit, a read transistor that reads a signal, first and second transfer transistors that transfer a signal from the photoelectric conversion unit to the read transistor, and a reset potential. And a plurality of first signal lines for controlling the first transfer transistor of the horizontal unit circuit section, and a plurality of first signal lines for controlling the second transfer transistor of the horizontal unit circuit section. Two signal lines, a plurality of third signal lines for controlling reset transistors of the unit circuit section in the vertical direction,
First transfer selection means for supplying a drive pulse to each first signal line, second transfer selection means for supplying a drive pulse to each second signal line, and supply of a drive pulse to each third signal line By having the reset selecting means, a desired area is reset and the exposure time is controlled, and areas having different exposure amounts can be obtained in one image. , The imaging device does not saturate.
［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。Examples Hereinafter, examples of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第１図は、本発明による撮像素子の一実施例の単位回
路を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a unit circuit of one embodiment of an imaging device according to the present invention.
第２図は、第１図の単位回路の基本駆動タイミング図
である。FIG. 2 is a basic drive timing chart of the unit circuit of FIG.
第１図において、100は単位回路部を示し、一つの光
電変換素子を構成する。10は光電変換部となるフォトダ
イオード、20は転送MOSトランジスタ、30はリセットMOS
トランジスタである。なお、フォトダイオード10のリセ
ットは（第２図図示（Ａ））、転送MOSトランジスタ20
とリセットMOSトランジスタ30を駆動パルスφR1,φＣで
導通制御することによりなされる。In FIG. 1, reference numeral 100 denotes a unit circuit section, which constitutes one photoelectric conversion element. 10 is a photodiode serving as a photoelectric conversion unit, 20 is a transfer MOS transistor, and 30 is a reset MOS.
It is a transistor. The reset of the photodiode 10 (FIG. 2A) is performed by the transfer MOS transistor 20.
And the reset MOS transistor 30 is controlled by the drive pulses φ R1 and φ C.
また、40は転送MOSトランジスタ、50は容量、60は読
み出しトランジスタである。容量50は駆動パルスφR2に
より、読み出しトランジスタ60のベース電位を制御回路
となっている。40 is a transfer MOS transistor, 50 is a capacitor, and 60 is a read transistor. Volume 50 by the drive pulse phi R2, and has a control circuit to the base potential of the read transistor 60.
フォトダイオード10で光電変換された蓄積電荷の転送
は（第２図図示（Ｂ））、転送MOSトランジスタ20と転
送MOSトランジスタ40とを駆動パルスφR1,φR2により導
通制御することによりなされる。転送された電荷は、信
号保持手段となる読み出しトランジスタ60の寄生ベース
容量（図示省略）と容量50に一時的に蓄積される。この
蓄積信号を読み出しトランジスタ60から出力信号線65へ
読み出す（第２図図示（Ｃ））時は、容量50に正の駆動
パルスφR2を印加し、読み出しトランジスタ60を順バイ
アス状態にする。この時、出力信号線65に接続された転
送MOSトランジスタ70を駆動パルスφＴにより導通状態
にすると、一時蓄積容量80に読み出しトランジスタ60か
らエミッタ電流が流れ、ベース電位に対応したエミッタ
電圧が現われる。The transfer of the accumulated charges photoelectrically converted by the photodiode 10 (FIG. 2 (B)) is performed by controlling the conduction of the transfer MOS transistor 20 and the transfer MOS transistor 40 by drive pulses φ R1 and φ R2 . The transferred charges are temporarily stored in a parasitic base capacitance (not shown) and a capacitance 50 of the read transistor 60 serving as a signal holding unit. When this is read from the stored signal read transistor 60 to the output signal line 65 (FIG. 2 shown (C)), the positive drive pulse phi R2 is applied to the capacitor 50, the read transistor 60 forward biased. At this time, if the transfer MOS transistor 70 connected to the output signal line 65 into a conductive state by the driving pulse phi T, the emitter current flows from the read transistor 60 to the temporary storage capacitor 80, it appears emitter voltage corresponding to the base potential.
なお、第２図（Ｃ）のφR1、φＣの波形はハイレベル
でもロウレベルでもよいことを示す。Note that the waveforms of φR1 and φC in FIG. 2 (C) indicate that they may be at a high level or a low level.
読み出しトランジスタ60のベースに残った電荷のクリ
ア（第２図図示（Ｄ））は、まず最初に、リセットMOS
トランジスタ30と転送MOSトランジスタ40を駆動パルス
φＣとφR2により導通状態として、リセットする（期間
TD1）。次に駆動パルスφVCにより出力線リセットMOSト
ランジスタ90を導通状態としてエミッタを定電位にし、
容量50に正の駆動パルスφR2を印加することにより、読
み出しトランジスタ60を順バイアス状態としてベースに
残留した電荷を放電させて（過渡リフレッシュ動作）、
リセット動作が終了する（期間TD2）。To clear the charge remaining at the base of the read transistor 60 (FIG. 2D), first, reset MOS
The transistor 30 and the transfer MOS transistor 40 are turned on by the drive pulses φ C and φ R2 to be reset (period
T D1 ). Next, the output line reset MOS transistor 90 is turned on by the drive pulse φVC to make the emitter a constant potential,
By applying a positive drive pulse φ R2 to the capacitor 50, the read transistor 60 is set to a forward bias state to discharge the charge remaining in the base (transient refresh operation).
The reset operation ends (period T D2 ).
以上述べた様に、駆動パルスφR1,φR2,φC,φT,φVC
のタイミングを変える事により、撮像素子の基本動作で
あるフォトダイオードのリセット動作から蓄積動作、及
び蓄積電荷の転送から読み出し動作迄を行う事が出来
る。As described above, drive pulses φ R1 , φ R2 , φ C , φ T , φ VC
, It is possible to perform from the reset operation of the photodiode, which is the basic operation of the image sensor, to the accumulation operation, and from the transfer of the accumulated charge to the read operation.
第３図は上記単位回路を配列したＸ−Ｙ型撮像素子の
概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of an XY type imaging device in which the above-described unit circuits are arranged.
なお、ここでは簡易化のため素子を２×２の４素子の
み示している。Here, for simplicity, only 2 × 2 elements are shown.
第３図に示すように、Ｘ−Ｙ型撮像素子は２つの行デ
コーダ（L,R）110,120、２つの列デコーダ（U,D）130,1
40及び読み出し回路150、出力アンプ160、光電変換素子
100を備えている。As shown in FIG. 3, the XY type imaging device has two row decoders (L, R) 110, 120 and two column decoders (U, D) 130, 1
40, readout circuit 150, output amplifier 160, photoelectric conversion element
It has 100.
各デコーダ110,120,130,140は複数の入力パルス（φ
Ln,φRn,φCn,φOn）により所望の選択された駆動パル
スを出力する。Each decoder 110, 120, 130, 140 receives a plurality of input pulses (φ
Ln, φ Rn, φ Cn, by phi On) for outputting a desired selected driving pulse.
行デコーダ110と列デコーダ130の駆動パルスの組合せ
により、任意のフォトダイオード10をリセットする事が
出来る。An arbitrary photodiode 10 can be reset by a combination of drive pulses of the row decoder 110 and the column decoder 130.
また行デコーダ110と行デコーダ120の駆動パルスの組
合せにより、フォトダイオード10に蓄積された蓄積電荷
を読み出しトランジスタ60に転送する。In addition, the charge accumulated in the photodiode 10 is transferred to the read transistor 60 by a combination of the driving pulses of the row decoder 110 and the row decoder 120.
さらに行デコーダ120の駆動パルスにより、任意の行
の読み出しトランジスタ60から蓄積電荷を出力信号線65
を経て一時蓄積容量80（CT）に増幅転送する。Further, by the drive pulse of the row decoder 120, the accumulated charge from the read transistor 60 in an arbitrary row is output to the output signal line 65.
After that, the data is amplified and transferred to the temporary storage capacity 80 (C T ).
列デコーダ130と行デコーダ120の駆動パルスの組合せ
により任意の読み出しトランジスタ60のベースをリセッ
トし、行デコーダ120からの駆動パルスと駆動パルスφ
VCにより任意の行の読み出しトランジスタ60の過渡リフ
レッシュ動作を行ない、読み出し回路150に一時蓄積さ
れた信号は列デコーダ140により、任意の信号を水平出
力線に転送し、出力アンプ160を経て外部へ出力され
る。The base of any read transistor 60 is reset by a combination of the drive pulses of the column decoder 130 and the row decoder 120, and the drive pulse and the drive pulse φ from the row decoder 120 are reset.
The transient refresh operation of the read transistor 60 in an arbitrary row is performed by VC, and the signal temporarily stored in the read circuit 150 is transferred to the horizontal output line by the column decoder 140 and output to the outside via the output amplifier 160. Is done.
なお、本実施例については、光電変換部はフォトダイ
オード10、読み出しトランジスタは読み出し用トランジ
スタ60、第１の転送トランジスタは転送MOSトランジス
タ20、第２の転送トランジスタは転送MOSトランジスタ4
0、リセットトランジスタはリセットMOSトランジスタ3
0、垂直出力線は出力信号線65、複数の第１の信号線は
信号線R1n1,R1n2、複数の第２の信号線は信号線R2m1,R2
m2、複数の第３の信号線は信号線Cn1,Cn2、第１の転送
選択手段は行デコーダL110、第２の転送選択手段は行デ
コーダR120、リセット選択手段は列デコーダU130が対応
する。In this embodiment, the photoelectric conversion unit is the photodiode 10, the read transistor is the read transistor 60, the first transfer transistor is the transfer MOS transistor 20, and the second transfer transistor is the transfer MOS transistor 4
0, reset transistor is reset MOS transistor 3
0, a vertical output line is an output signal line 65, a plurality of first signal lines are signal lines R1 n1 and R1 n2 , and a plurality of second signal lines are signal lines R2 m1 and R2.
m2 , a plurality of third signal lines are signal lines C n1 and C n2 , a first transfer selection means is a row decoder L110, a second transfer selection means is a row decoder R120, and a reset selection means is a column decoder U130. .
第４図は、上記撮像素子を用いた撮像装置の一例を示
すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing an example of an image pickup apparatus using the image pickup device.
同図において、310は撮像光学系、320は撮像素子への
入射光量を制御する絞り、200は第３図に示すＸ−Ｙ型
撮像素子である。撮像光学系310から入射した光線は絞
り320により光量制限され、撮像素子200に結像する。絞
り320と撮像光学系310（図中、レンズ）は画像処理部36
0からの制御信号により制御される駆動回路390により駆
動される。3, reference numeral 310 denotes an image pickup optical system; 320, an aperture for controlling the amount of light incident on the image pickup device; and 200, an XY type image pickup device shown in FIG. The amount of light incident from the imaging optical system 310 is limited by the stop 320 and forms an image on the image sensor 200. The aperture 320 and the imaging optical system 310 (lens in the figure) are connected to the image processing unit 36.
Driven by a drive circuit 390 controlled by a control signal from 0.
信号処理回路330はγ補正その他のビデオ信号処理を
行う周知の回路である。この信号はA/D変換器340でディ
ジタル信号に変換され、画像メモリ350に記録される。The signal processing circuit 330 is a known circuit that performs gamma correction and other video signal processing. This signal is converted into a digital signal by the A / D converter 340 and recorded in the image memory 350.
画像メモリ350からの信号は画像処理部360に転送され
る。The signal from the image memory 350 is transferred to the image processing unit 360.
画像処理部360はアドレス部、演算処理部、演算用メ
モリ部、制御部等から構成されており、後述の信号レベ
ルの判断、信号レベルの変換、撮像素子200のランダム
制御のためのスキャンアドレスの転送や、撮像光学系31
0（レンズ（焦点距離））や絞り320のための制御信号を
発生する。画像処理部360はセンサスキャン方法の選択
とセンサ信号レベルの判定結果にもとずいて、ランダム
スキャンアドレス回路370にスキャンパターンを転送す
る。ランダムスキャンアドレス回路370はアドレス信号
をスキャンインタフェース380を経て撮像素子200をラン
ダムスキャンする。このランダムスキャンにより、撮像
素子200の行デコーダ（L,R）110,120、列デコーダ（U,
D）130,140へ入力データが送られ、フォトダイオード10
の蓄積電荷の転送（第２図の（Ｂ））、蓄積電荷の読み
出し（第２図の（Ｃ））、フォトダイオード10のリセッ
ト（第２図の（Ａ））、読み出しトランジスタ60のリセ
ット（第２図の（Ｄ））などが行われる。The image processing unit 360 includes an address unit, an operation processing unit, an operation memory unit, a control unit, and the like, and determines a signal level described below, converts a signal level, and generates a scan address for random control of the image sensor 200. Transfer and imaging optical system 31
A control signal for 0 (lens (focal length)) and the aperture 320 is generated. The image processing unit 360 transfers the scan pattern to the random scan address circuit 370 based on the selection of the sensor scan method and the determination result of the sensor signal level. The random scan address circuit 370 scans the image sensor 200 at random via an address signal via the scan interface 380. By this random scan, the row decoders (L, R) 110, 120 and the column decoders (U,
D) The input data is sent to 130 and 140, and the photodiode 10
Transfer of the stored charge (FIG. 2B), reading of the stored charge (FIG. 2C), reset of the photodiode 10 (FIG. 2A), reset of the read transistor 60 (FIG. 2A). (D) of FIG. 2 and the like are performed.
第５図（ａ）は撮像素子200の制御フローチャート図
であり、第５図（ｂ）は撮像素子200から出力された画
素信号の処理に関するフローチャート図である。FIG. 5 (a) is a control flowchart of the image sensor 200, and FIG. 5 (b) is a flowchart relating to processing of a pixel signal output from the image sensor 200.
第５図（ａ）において、撮像装置の動作が開始される
と（500）、まず、撮像素子200のスキャンの選択が行な
われる（502）、スキャンの方法としては、例えば、 （１）通常のTVレートの蓄積時間で画素の蓄積（TS1＝1
/60秒）を行ない、TS1の蓄積時間では飽和する画素につ
いては、蓄積時間を短かくした画素の蓄積（TS2＝1/100
0秒）を行うというような一画面内で各画素の蓄積時間
が異なる蓄積方法 （２）一度目はTS1で蓄積した信号を全て読み出し、二
度目は一度目で飽和した画素のみ、TS2の時間、蓄積を
行ない、その蓄積時間を変えた画素の信号のみを読み出
す方法 （３）ある定められた領域の画素のみ蓄積時間（TS2）
を変える方法 などがある。なお、スキャン法の詳細な説明については
後述する。In FIG. 5 (a), when the operation of the imaging device is started (500), first, a scan selection of the image sensor 200 is performed (502). Pixel accumulation at the TV rate accumulation time (T S1 = 1
/ 60 seconds), and for pixels that are saturated during the accumulation time of T S1 , accumulation of pixels with a shorter accumulation time (T S2 = 1/100)
0 seconds), the accumulation time of each pixel is different within one screen. (2) First, all the signals accumulated at T S1 are read, and only the pixels saturated at the first time are T S2. (3) Accumulation time (T S2 ) for pixels in a certain area only
There is a way to change. A detailed description of the scanning method will be described later.
スキャンが選択されると（502）、画像処理部360から
スキャンパターンがランダムスキャンアドレス回路370
に転送される（504）。ランダムスキャンアドレス回路3
70よりアドレスがスキャンインタフェース380に転送さ
れ（506）、このスキャンインタフェース380を経て撮像
素子200の各画素の動作が制御される。When the scan is selected (502), the scan pattern is sent from the image processing unit 360 to the random scan address circuit 370.
(504). Random scan address circuit 3
The address is transferred from 70 to the scan interface 380 (506), and the operation of each pixel of the image sensor 200 is controlled via the scan interface 380.
まず、撮像素子200には、選択された画素（X,Y）のフ
ォトダイオード10の蓄積電荷が読み出しトランジスタへ
転送（第２図の（Ｂ））される（508）。First, the charge accumulated in the photodiode 10 of the selected pixel (X, Y) is transferred to the image sensor 200 to the readout transistor (FIG. 2B) (508).
次に、撮像素子200から、その画素の信号の読み出し
（第２図の（Ｃ））、即ち信号の出力が行なわれる（51
0）。この読み出し動作（第２図の（Ｃ））510が終る
と、フォトダイオード10のリセット動作（第２図の
（Ａ））、及び読み出しトランジスタ60のリセット動作
（第２図の（Ｄ））がなされる（512）。これら撮像素
子200の各動作はランダムスキャンアドレス動作（504）
により各画素単位あるいは水平画素列毎になされる。Next, the signal of the pixel is read out from the image sensor 200 (FIG. 2C), that is, the signal is output (51).
0). When the read operation (FIG. 2C) 510 is completed, the reset operation of the photodiode 10 (FIG. 2A) and the reset operation of the read transistor 60 (FIG. 2D). Made (512). Each operation of the image sensor 200 is a random scan address operation (504)
Is performed for each pixel or for each horizontal pixel column.
読み出し動作（第２図の（Ｃ））510以外は複数の水
平画素列の蓄積電荷の転送、フォトダイオード10のリセ
ット、読み出しトランジスタ60のリセットが可能であ
る。Except for the read operation ((C) in FIG. 2) 510, transfer of accumulated charges in a plurality of horizontal pixel columns, reset of the photodiode 10, and reset of the read transistor 60 are possible.
また、信号の読み出し（第２図の（Ｃ））後（51
0）、読み出された信号は信号処理回路330、A/D変換器3
40を経て画像メモリ350へのデータの取り込みがなされ
（514）、画像処理部360で演算処理等がなされる（51
6）。Further, after the signal is read ((C) in FIG. 2), (51)
0), the read signal is the signal processing circuit 330, the A / D converter 3
Data is fetched into the image memory 350 via 40 (514), and the image processing unit 360 performs arithmetic processing and the like (51).
6).
リセット動作が終了すると、再び同様な動作を繰り返
す。When the reset operation ends, the same operation is repeated again.
次に、第５図（ｂ）のフローチャート図を説明する。 Next, the flowchart of FIG. 5B will be described.
第５図（ｂ）に示すフローチャート図は、上記処理51
6を説明するものである。The flowchart shown in FIG.
6 is explained.
画像メモリ350からの画像信号は、まず、蓄積時間TS2
の信号かどうかの判断がなされる（600）。ここで、TS2
の信号であればレベル変換部へ転送されるとともに（60
2）、信号レベルの判断がなされる（604）。画素信号が
低レベルVL以上であれば、引き続いて、その画素蓄積時
間をTS2とするため、その画素番地（X,Y）をストレージ
する。低レベルVLより小さければ、画素蓄積時間をTS1
とする（614）。The image signal from the image memory 350 first has an accumulation time T S2
It is determined whether or not the signal is (600). Where T S2
Signal is transferred to the level converter and (60
2) The signal level is determined (604). If the pixel signal is equal to or higher than the low level V L , the pixel address (X, Y) is subsequently stored in order to set the pixel accumulation time to T S2 . If less than the low level VL , the pixel accumulation time is T S1
(614).
レベル変換部ではTS2/TS1倍の演算が行なわれる（60
2）が、一般に出力装置のダイナミックレンジは狭いた
め、さらにニー（KNEE）処理の係数処理がなされる。In the level conversion unit, the operation of T S2 / T S1 times is performed (60
2) However, since the dynamic range of the output device is generally narrow, coefficient processing of knee (KNEE) processing is further performed.
また、判断600においてTS2の画素信号でない場合、そ
の信号は出力データとして転送されるとともに（61
0）、信号レベルの判断即ち飽和の検知（VH以上）がな
される（606）。信号が飽和していればその画素は蓄積
時間をTS2とするため、その画素番地（X,Y）をストレー
ジする（608）。信号が飽和していなければ、そのまま
画素蓄積時間をTS1とする（616）。If it is determined in the decision 600 that the pixel signal is not the TS2 pixel signal, the signal is transferred as output data and (61)
0), the signal level is determined, that is, the saturation is detected ( VH or more) (606). If the signal is saturated, the pixel stores the pixel address (X, Y) to set the accumulation time to T S2 (608). If the signal is not saturated, the pixel accumulation time is set to T S1 (616).
この番地は画像処理部360からランダムスキャンアド
レス回路370に反映され、フォトダイオード10のリセッ
ト（第２図の（Ａ））がなされる。This address is reflected from the image processing unit 360 to the random scan address circuit 370, and the photodiode 10 is reset ((A) in FIG. 2).
出力データの転送後（610）、D/A変換器400へ入力す
ることにより、アナログ変換される（612）。After the transfer of the output data (610), the data is input to the D / A converter 400 to be analog-converted (612).
以下、ランダムスキャンによる露光時間制御について
説明する。Hereinafter, exposure time control by random scanning will be described.
第６図（ａ）〜（ｃ）は、ランダムスキャンによる露
光時間制御の説明図であり、第６図（ａ）は撮像画面の
概略図、第６図（ｂ）は垂直走査の説明図、第６図
（ｃ）は水平走査の説明図である。6 (a) to 6 (c) are explanatory diagrams of exposure time control by random scanning, FIG. 6 (a) is a schematic diagram of an image pickup screen, FIG. 6 (b) is an explanatory diagram of vertical scanning, FIG. 6C is an explanatory diagram of horizontal scanning.
第６図（ａ）図示のＡ点とＢ点は垂直走査の開始時点
と終了時点を示しており、また、画面の中で、abcdで示
される領域は周辺よりも入射光量が非常に強く、通常の
テレビ（TV）レート（露光時間1/60秒）ではその中にあ
る画素は飽和するものとする。The points A and B shown in FIG. 6 (a) indicate the start time and the end time of the vertical scanning. In the screen, the area indicated by abcd has a much stronger incident light quantity than the surrounding area. At a normal television (TV) rate (exposure time 1/60 seconds), the pixels therein are assumed to be saturated.
ここで、領域abcd内の画素の露光時間を、例えば1/60
0秒に短縮する説明図が、第６図（ｂ）である。Here, the exposure time of the pixels in the area abcd is, for example, 1/60
FIG. 6 (b) is an explanatory diagram for shortening to 0 seconds.
フィールド期間fv（１）に、各行の画素は、順次蓄積
電荷の転送（第２図の（Ｂ））、蓄積電荷の読み出し
（第２図の（Ｃ））、フォトダイオード10のリセット
（第２図の（Ａ））、読み出しトランジスタ60のリセッ
ト（第２図の（Ｄ））が行なわれる。行の走査が領域ab
cdに近ずくと、領域abcd内の画素の露光時間が1/600秒
になるように、読み出しに先行して、フォトダイオード
10をリセットする。In the field period f v (1), the pixels in each row sequentially transfer accumulated charges ((B) in FIG. 2), read out accumulated charges ((C) in FIG. 2), and reset the photodiode 10 ((C) in FIG. 2). 2 (A) and the resetting of the read transistor 60 (FIG. 2 (D)). Line scan is area ab
When approaching cd, the photodiode is preceded by readout so that the exposure time of the pixels in the area abcd becomes 1/600 second.
Reset 10
なお、第６図（ｂ）において、ａからｂは領域abcdの
点ａから点ｂまでの部分の信号読み出し期間及びリセッ
ト期間を示す。In FIG. 6B, a and b indicate a signal reading period and a reset period of a portion from the point a to the point b of the area abcd.
第６図（ｃ）は、一水平走査期間内の撮像素子の駆動
説明図である。FIG. 6 (c) is an explanatory diagram of driving of the image sensor within one horizontal scanning period.
水平ブランキング期間HBLKに蓄積電荷の転送（第２図
の（Ｂ））から読み出しトランジスタ60のリセット（第
２図の（Ｄ））までが行なわれ、有効走査期間に撮像素
子200から信号が出力される。During the horizontal blanking period HBLK, the transfer from the transfer of accumulated charges ((B) in FIG. 2) to the resetting of the readout transistor 60 ((D) in FIG. 2) is performed, and a signal is output from the image sensor 200 during the effective scanning period. Is done.
なお、第６図（ｃ）において、HBLK内の（Ｂ）〜
（Ｄ）は水平走査期間に行われる、蓄積電荷の転送
（Ｂ）〜リセット（Ｄ）までの動作を示す。In FIG. 6 (c), (B) to (B) in HBLK
(D) shows the operations from the transfer (B) of the accumulated charge to the reset (D) performed during the horizontal scanning period.
なお、第６図（ａ）〜第６図（ｃ）では、通常の露光
時間では飽和する画素の露光時間を短縮するように走査
したが、ダイナミックレンジを拡大するためのスキャン
方法はかかる実施例に限定されるものではない。例え
ば、前述したように、ダイナミックレンジを拡大する他
の実施例としては、先ず1/60秒露光による撮像信号を読
み出し、この撮像信号より飽和画素を検知し、この検知
信号にもとずき、その画素の露光時間を短縮して露光
し、次に、上記画素の信号だけを読み出す方法等もあ
る。In FIGS. 6 (a) to 6 (c), scanning is performed so as to shorten the exposure time of a pixel which is saturated with the normal exposure time. However, a scanning method for expanding the dynamic range is described in this embodiment. However, the present invention is not limited to this. For example, as described above, as another embodiment of expanding the dynamic range, first, an imaging signal by 1/60 second exposure is read, a saturated pixel is detected from the imaging signal, and based on the detection signal, There is also a method of shortening the exposure time of the pixel and performing exposure, and then reading out only the signal of the pixel.
［発明の効果］ 以上説明した様に、本発明にそれば、任意の画素の露
光時間を変える事が出来るので、簡単で経済的な処理回
路で、ダイナミックレンジを実質的に広くすることが出
来る。また、任意の画素から信号を読み出す事が出来る
ので多くの画像入力装置に応用可能である。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, since the exposure time of an arbitrary pixel can be changed, the dynamic range can be substantially widened by a simple and economical processing circuit. . Further, since a signal can be read from an arbitrary pixel, it can be applied to many image input devices.
【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明による撮像素子の一実施例の単位回路
を示す構成図である。 第２図は、第１図の単位回路の基本駆動タイミング図で
ある。 第３図は上記単位回路を配列したＸ−Ｙ型撮像素子の概
略図である。 第４図は、上記撮像素子を用いた撮像装置の一例を示す
ブロック図である。 第５図（ａ）は撮像素子200の制御フローチャート図で
あり、第５図（ｂ）は撮像素子200から出力された画素
信号の処理に関するフローチャート図である。 第６図（ａ）〜（ｃ）は、ランダムスキャンによる露光
時間制御の説明図である。 10:フォトダイオード、20:転送MOSトランジスタ、30:リ
セットMOSトランジスタ、40:転送MOSトランジスタ、50:
容量、60:読み出しトランジスタ、65:出力信号線、70:
転送MOSトランジスタ、80:蓄積容量、90:出力線リセッ
トMOSトランジスタ、100:単位回路部。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram showing a unit circuit of an embodiment of an image sensor according to the present invention. FIG. 2 is a basic drive timing chart of the unit circuit of FIG. FIG. 3 is a schematic diagram of an XY type imaging device in which the above-described unit circuits are arranged. FIG. 4 is a block diagram showing an example of an image pickup apparatus using the image pickup device. FIG. 5 (a) is a control flowchart of the image sensor 200, and FIG. 5 (b) is a flowchart relating to processing of a pixel signal output from the image sensor 200. 6 (a) to 6 (c) are diagrams for explaining exposure time control by random scanning. 10: photodiode, 20: transfer MOS transistor, 30: reset MOS transistor, 40: transfer MOS transistor, 50:
Capacitance, 60: readout transistor, 65: output signal line, 70:
Transfer MOS transistor, 80: storage capacitor, 90: output line reset MOS transistor, 100: unit circuit section.
Claims (4)
変換部と、 前記光電変換部からの信号をトランジスタの制御電極領
域を介して増幅して読み出す読み出しトランジスタと、 前記光電変換部の信号を前記読み出しトランジスタの前
記制御電極領域に転送するための、前記光電変換部と前
記読み出しトランジスタの前記制御電極領域との間に接
続された第１及び第２の転送トランジスタと、 前記第１の転送トランジスタと前記第２の転送トランジ
スタとの間に接続された、リセット電位を供給するため
のリセットトランジスタと、 を含む単位回路部を水平方向及び垂直方向に複数配列す
るとともに、 垂直方向の１列に配列された単位回路部毎に設けられ
た、前記単位回路部内の前記読み出しトランジスタから
の信号が読み出される垂直出力線と、 それぞれ水平方向の複数の単位回路部内の前記第１の転
送トランジスタの制御電極領域に共通に接続された、複
数の第１の信号線と、 それぞれ水平方向の複数の単位回路部内の前記第２の転
送トランジスタの制御電極領域に共通に接続された、複
数の第２の信号線と、 それぞれ垂直方向の複数の単位回路部内の前記リセット
トランジスタの制御電極領域に共通に接続された、複数
の第３の信号線と、 前記複数の第１の信号線中の任意の第１の信号線に駆動
パルスを供給する第１の転送選択手段と、 前記複数の第２の信号線中の任意の第２の信号線に駆動
パルスを供給する第２の転送選択手段と、 前記複数の第３の信号線中の任意の第３の信号線に駆動
パルスを供給するリセット選択手段と、 を有する撮像装置。A photoelectric conversion unit for converting incident optical information into an electric signal; a read transistor for amplifying and reading out a signal from the photoelectric conversion unit via a control electrode region of the transistor; and a signal for the photoelectric conversion unit. And first and second transfer transistors connected between the photoelectric conversion unit and the control electrode region of the read transistor, for transferring the data to the control electrode region of the read transistor; and the first transfer And a plurality of unit circuit units including a reset transistor for supplying a reset potential, which is connected between the transistor and the second transfer transistor, are arranged in a horizontal direction and a vertical direction. A vertical direction in which a signal from the read transistor in the unit circuit section is read, which is provided for each of the arranged unit circuit sections. A power line, a plurality of first signal lines commonly connected to a control electrode region of the first transfer transistor in each of the plurality of horizontal unit circuit portions, and a plurality of first signal lines in each of the plurality of horizontal unit circuit portions. A plurality of second signal lines commonly connected to a control electrode region of the second transfer transistor; and a plurality of second signal lines commonly connected to a control electrode region of the reset transistor in a plurality of unit circuit units in the vertical direction, respectively. A plurality of third signal lines; a first transfer selection unit for supplying a drive pulse to an arbitrary first signal line of the plurality of first signal lines; and a plurality of third signal lines; A second transfer selection unit that supplies a drive pulse to an arbitrary second signal line; and a reset selection unit that supplies a drive pulse to an arbitrary third signal line of the plurality of third signal lines. Imaging device having the same.
時間より短い第２の露光時間を設定する露光時間設定手
段と、 前記画素からの信号が、前記第１の露光時間であるか、
前記第２の露光時間であるかを判別する判別手段と、 前記判別手段の判別結果に基づき、前記画素の信号が前
記第１の露光時間であるか、前記第２の露光時間である
かによって異なる所定値と比較し、比較結果に基づいて
前記露光時間設定手段を制御し、前記第１の露光時間又
は前記第２の露光時間に設定する制御手段と、 を有する撮像装置。2. An array of pixels, an exposure time setting means for setting a first exposure time or a second exposure time shorter than the first exposure time for the pixels, and a signal from the pixels. Is the first exposure time,
Determining means for determining whether the exposure time is the second exposure time; and determining whether the signal of the pixel is the first exposure time or the second exposure time based on the determination result of the determining means. An imaging apparatus comprising: a control unit configured to compare with a different predetermined value, control the exposure time setting unit based on a comparison result, and set the exposure time to the first exposure time or the second exposure time.
光時間設定手段は、前記複数の画素内に含まれる所定の
１部分の領域と、前記所定の１部分の領域以外の領域と
を異なる露光時間に設定することを特徴とする撮像装
置。3. An image pickup apparatus according to claim 2, wherein said exposure time setting means sets a predetermined one area included in said plurality of pixels different from an area other than said predetermined one area. An imaging device, wherein the exposure time is set.
は前記第１の露光時間より短い第２の露光時間の信号を
出力し、 前記信号が前記第１の露光時間の信号である場合には第
１の所定値と比較し、この比較結果に基づいて、前記複
数配列した画素の露光時間を前記第１の露光時間又は前
記第２の露光時間に設定し、 前記信号が前記第２の露光時間の信号である場合は第２
の所定値と比較し、この比較結果に基づいて、前記複数
配列した画素の露光時間を前記第１の露光時間又は前記
第２の露光時間に設定すること特徴とする撮像方法。4. A case where a signal of a first exposure time or a second exposure time shorter than the first exposure time is output from a plurality of arranged pixels, and the signal is the signal of the first exposure time. Comparing with the first predetermined value, and setting the exposure time of the plurality of arranged pixels to the first exposure time or the second exposure time based on the comparison result, If the signal is for the exposure time of
And an exposure time for the plurality of arranged pixels is set to the first exposure time or the second exposure time based on a result of the comparison.
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