JPH04364679A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPH04364679A JPH04364679A JP3140065A JP14006591A JPH04364679A JP H04364679 A JPH04364679 A JP H04364679A JP 3140065 A JP3140065 A JP 3140065A JP 14006591 A JP14006591 A JP 14006591A JP H04364679 A JPH04364679 A JP H04364679A
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Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光電変換出力信号特性
が線形領域および非線形領域からなる複数の光電変換部
を有する固体撮像装置に関する。
が線形領域および非線形領域からなる複数の光電変換部
を有する固体撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の技術では、固体撮像装置における
光電変換出力信号は、線形領域でしか入力情報として用
いられていなかった。例えば、イー・ジー・スティーブ
ンス他による「ア 1メガピクセル IL−CCD イ
メージセンサ ウィズ ア プログレスィブスキャン、
アンティブルーミング コントロウル アンド ラグ
−フリー オペレイション」エス・ピー・アイ・イー、
1242巻、206〜215頁、1990年(E.G.
Stevens, et al.,“A 1−maga
pixel IL−CCD image sensor
with a progressive scan,
antiblooming control and
lag−free operation,” SPI
E vol.1242, pp.206−215,19
90.)には、Vertical Overflow
Drain(VOD)(バーティカル、オーバーフロー
、ドレイン)ブルーミング抑圧方式を用いた固体撮像素
子が、その光電変換出力特性に線形領域および非線形領
域を有すること、さらにこの線形領域のみが入力情報で
あり、素子のダイナミックレンジの拡大のためには線形
領域を延ばすことが必要であることが述べてある。この
ような従来技術による固体撮像素子のダイナミックレン
ジは60〜70dB程度である。
光電変換出力信号は、線形領域でしか入力情報として用
いられていなかった。例えば、イー・ジー・スティーブ
ンス他による「ア 1メガピクセル IL−CCD イ
メージセンサ ウィズ ア プログレスィブスキャン、
アンティブルーミング コントロウル アンド ラグ
−フリー オペレイション」エス・ピー・アイ・イー、
1242巻、206〜215頁、1990年(E.G.
Stevens, et al.,“A 1−maga
pixel IL−CCD image sensor
with a progressive scan,
antiblooming control and
lag−free operation,” SPI
E vol.1242, pp.206−215,19
90.)には、Vertical Overflow
Drain(VOD)(バーティカル、オーバーフロー
、ドレイン)ブルーミング抑圧方式を用いた固体撮像素
子が、その光電変換出力特性に線形領域および非線形領
域を有すること、さらにこの線形領域のみが入力情報で
あり、素子のダイナミックレンジの拡大のためには線形
領域を延ばすことが必要であることが述べてある。この
ような従来技術による固体撮像素子のダイナミックレン
ジは60〜70dB程度である。
【0003】従来技術の他の例として、VODブルーミ
ング抑圧方式を用いた固体撮像素子の被写体の一部に極
めて高輝度の部分が存在する際に生じる、垂直CCDに
おける過剰な信号電荷の溢れに起因するブルーミング現
象を抑圧するために、垂直CCDの蓄積容量をホトダイ
オードの蓄積容量の2倍以上に設計することが挙げられ
る。これは、池田他、「1/3インチ36万画素IT−
CCDセンサ」テレビジョン学会技術報告、15巻、ナ
ンバー16、31〜36頁に記載されている。
ング抑圧方式を用いた固体撮像素子の被写体の一部に極
めて高輝度の部分が存在する際に生じる、垂直CCDに
おける過剰な信号電荷の溢れに起因するブルーミング現
象を抑圧するために、垂直CCDの蓄積容量をホトダイ
オードの蓄積容量の2倍以上に設計することが挙げられ
る。これは、池田他、「1/3インチ36万画素IT−
CCDセンサ」テレビジョン学会技術報告、15巻、ナ
ンバー16、31〜36頁に記載されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来技術を用いて固体
撮像装置のダイナミックレンジの拡大を図った場合、光
電変換部の設計最適化により光電変換出力特性の線形領
域を拡張することになるが、この場合のダイナミックレ
ンジの拡大量は数パーセントから数十パーセント程度に
過ぎない。
撮像装置のダイナミックレンジの拡大を図った場合、光
電変換部の設計最適化により光電変換出力特性の線形領
域を拡張することになるが、この場合のダイナミックレ
ンジの拡大量は数パーセントから数十パーセント程度に
過ぎない。
【0005】本発明の目的は、80〜100dB以上の
大ダイナミックレンジを有する固体撮像装置を提供する
ことにある。このような大ダイナミックレンジを有する
固体撮像装置は、スチルカメラ、航空宇宙用カメラ等に
おいて強く求められているものである。
大ダイナミックレンジを有する固体撮像装置を提供する
ことにある。このような大ダイナミックレンジを有する
固体撮像装置は、スチルカメラ、航空宇宙用カメラ等に
おいて強く求められているものである。
【0006】本発明の他の目的は、前述した垂直CCD
における過剰な信号電荷の溢れに起因するブルーミング
現象を確実に防止することである。
における過剰な信号電荷の溢れに起因するブルーミング
現象を確実に防止することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を実現するため
に、本発明の固体撮像装置では、光電変換出力信号特性
が線形領域および非線形領域からなる複数の光電変換部
を有する固体撮像装置において、上記非線形領域の光電
変換出力信号をも、上記線形領域の光電変換出力信号と
ともに入力情報として用いるようにした。
に、本発明の固体撮像装置では、光電変換出力信号特性
が線形領域および非線形領域からなる複数の光電変換部
を有する固体撮像装置において、上記非線形領域の光電
変換出力信号をも、上記線形領域の光電変換出力信号と
ともに入力情報として用いるようにした。
【0008】上記非線形領域の光電変換出力信号をA/
D(アナログ/ディジタル)変換器等のディジタル信号
処理技術を用いて線形出力信号に変換する。上記非線形
領域の光電変換出力信号を線形出力信号に変換する際の
変換係数を保持するための係数記憶手段を有する。上記
非線形領域の光電変換出力信号の線形出力信号への変換
は、例えば、指数関数で行う。この指数関数は、上記非
線形領域の光電変換出力信号レベルに応じた複数の指数
関数式からなる。上記複数の光電変換部は複数のグルー
プ別に異なった光電変換特性を有し、上記非線形領域の
光電変換出力信号は、上記複数のグループ別に異なった
関数で、それぞれ線形出力信号に変換する。上記非線形
領域の光電変換出力信号の線形出力信号への変換は、変
換係数表(ルックアップテーブル)に従って行う。さら
に、上記非線形領域の光電変換出力信号を当該固体撮像
装置内の制御信号発生のための入力情報として用いる。
D(アナログ/ディジタル)変換器等のディジタル信号
処理技術を用いて線形出力信号に変換する。上記非線形
領域の光電変換出力信号を線形出力信号に変換する際の
変換係数を保持するための係数記憶手段を有する。上記
非線形領域の光電変換出力信号の線形出力信号への変換
は、例えば、指数関数で行う。この指数関数は、上記非
線形領域の光電変換出力信号レベルに応じた複数の指数
関数式からなる。上記複数の光電変換部は複数のグルー
プ別に異なった光電変換特性を有し、上記非線形領域の
光電変換出力信号は、上記複数のグループ別に異なった
関数で、それぞれ線形出力信号に変換する。上記非線形
領域の光電変換出力信号の線形出力信号への変換は、変
換係数表(ルックアップテーブル)に従って行う。さら
に、上記非線形領域の光電変換出力信号を当該固体撮像
装置内の制御信号発生のための入力情報として用いる。
【0009】一方、上記非線形領域の光電変換出力信号
を線形出力信号に変換する代わりに、上記線形領域の光
電変換出力信号をA/D変換器等のディジタル信号処理
技術を用いて非線形出力信号に変換してもよい。この場
合も、上記線形領域の光電変換出力信号を非線形出力信
号に変換する際の変換係数を保持するための係数記憶手
段を有する。この係数記憶手段としては、マスクROM
、EPROM、EEPROM、光ディスク、光磁気ディ
スクの不揮発性読み出し専用メモリ等を用いる。なお、
上記線形領域の光電変換出力信号の非線形出力信号への
変換は、例えば、対数関数で行う。
を線形出力信号に変換する代わりに、上記線形領域の光
電変換出力信号をA/D変換器等のディジタル信号処理
技術を用いて非線形出力信号に変換してもよい。この場
合も、上記線形領域の光電変換出力信号を非線形出力信
号に変換する際の変換係数を保持するための係数記憶手
段を有する。この係数記憶手段としては、マスクROM
、EPROM、EEPROM、光ディスク、光磁気ディ
スクの不揮発性読み出し専用メモリ等を用いる。なお、
上記線形領域の光電変換出力信号の非線形出力信号への
変換は、例えば、対数関数で行う。
【0010】また、本発明の固体撮像装置は、ベースが
共通に接地され、電気的にフロ−ティングの状態にある
各々のエミッタに光電変換信号電荷を蓄えることができ
る、半導体基板上に形成されたバイポーラトランジスタ
からなる複数の光電変換部と、上記エミッタに蓄えられ
た光電変換信号電荷の読み出し手段、高照度の光信号入
力時に電気的にフロ−ティングの状態にある上記エミッ
タから溢れ出た過剰信号電荷を上記複数のバイポーラト
ランジスタのそれぞれのコレクタ、もしくは共通のコレ
クタを介して掃き出すために、上記コレクタに適当な電
圧を印加するための手段を有する固体撮像装置において
、上記コレクタを介した過剰信号電荷の掃き出しが行わ
れている複数の光電変換部から読み出された光電変換出
力信号をも、過剰信号電荷の掃き出しが行われていない
光電変換部から読み出された光電変換出力信号とともに
、入力情報として用いる。
共通に接地され、電気的にフロ−ティングの状態にある
各々のエミッタに光電変換信号電荷を蓄えることができ
る、半導体基板上に形成されたバイポーラトランジスタ
からなる複数の光電変換部と、上記エミッタに蓄えられ
た光電変換信号電荷の読み出し手段、高照度の光信号入
力時に電気的にフロ−ティングの状態にある上記エミッ
タから溢れ出た過剰信号電荷を上記複数のバイポーラト
ランジスタのそれぞれのコレクタ、もしくは共通のコレ
クタを介して掃き出すために、上記コレクタに適当な電
圧を印加するための手段を有する固体撮像装置において
、上記コレクタを介した過剰信号電荷の掃き出しが行わ
れている複数の光電変換部から読み出された光電変換出
力信号をも、過剰信号電荷の掃き出しが行われていない
光電変換部から読み出された光電変換出力信号とともに
、入力情報として用いる。
【0011】上記コレクタを介した過剰信号電荷の掃き
出しが行われている光電変換部から読み出された光電変
換出力信号を、この掃き出しが行われていないと仮定し
た場合に光電変換部から読み出されるべき光電変換出力
信号のレベルに、ディジタル信号処理技術を用いて変換
する。この際、マスクROM、EPROM、EEPRO
M、光ディスク、光磁気ディスクの不揮発性読み出し専
用メモリ等の、変換係数を保持するための係数記憶手段
を有する。この変換は、例えば、指数関数で行う。この
指数関数は、上記コレクタを介した過剰信号電荷の掃き
出しが行われている光電変換部から読み出された光電変
換出力信号のレベルに応じた、複数の指数関数式からな
る。上記複数の光電変換部は複数のグループ別に異なっ
た光電変換特性を有し、上記コレクタを介した過剰信号
電荷の掃き出しが行われている光電変換部から読み出さ
れた光電変換出力信号の、この掃き出しが行われていな
いと仮定した場合に光電変換部から読み出されるべき光
電変換出力信号のレベルへの変換は、上記複数のグルー
プ別に異なった関数を用いてそれぞれ変換する。上記コ
レクタを介した過剰信号電荷の掃き出しが行われている
光電変換部から読み出された光電変換出力信号の、この
掃き出しが行われていないと仮定した場合に光電変換部
から読み出されるべき光電変換出力信号のレベルへの変
換は、変換係数表に従って行う。上記コレクタを介した
過剰信号電荷の掃き出しが行われている複数もしくは単
数の光電変換部から読み出された光電変換出力信号を、
装置内の制御信号発生のための入力情報として用いる。
出しが行われている光電変換部から読み出された光電変
換出力信号を、この掃き出しが行われていないと仮定し
た場合に光電変換部から読み出されるべき光電変換出力
信号のレベルに、ディジタル信号処理技術を用いて変換
する。この際、マスクROM、EPROM、EEPRO
M、光ディスク、光磁気ディスクの不揮発性読み出し専
用メモリ等の、変換係数を保持するための係数記憶手段
を有する。この変換は、例えば、指数関数で行う。この
指数関数は、上記コレクタを介した過剰信号電荷の掃き
出しが行われている光電変換部から読み出された光電変
換出力信号のレベルに応じた、複数の指数関数式からな
る。上記複数の光電変換部は複数のグループ別に異なっ
た光電変換特性を有し、上記コレクタを介した過剰信号
電荷の掃き出しが行われている光電変換部から読み出さ
れた光電変換出力信号の、この掃き出しが行われていな
いと仮定した場合に光電変換部から読み出されるべき光
電変換出力信号のレベルへの変換は、上記複数のグルー
プ別に異なった関数を用いてそれぞれ変換する。上記コ
レクタを介した過剰信号電荷の掃き出しが行われている
光電変換部から読み出された光電変換出力信号の、この
掃き出しが行われていないと仮定した場合に光電変換部
から読み出されるべき光電変換出力信号のレベルへの変
換は、変換係数表に従って行う。上記コレクタを介した
過剰信号電荷の掃き出しが行われている複数もしくは単
数の光電変換部から読み出された光電変換出力信号を、
装置内の制御信号発生のための入力情報として用いる。
【0012】
【作用】本発明では、光電変換出力信号特性が線形領域
を越え非直線性を有する非線形領域に入っても、これを
入力情報として用いることが可能なため、固体撮像装置
のダイナミックレンジを格段に向上することができる。
を越え非直線性を有する非線形領域に入っても、これを
入力情報として用いることが可能なため、固体撮像装置
のダイナミックレンジを格段に向上することができる。
【0013】また、本発明では、光電変換出力信号特性
が線形領域を越え非線形領域に入った際の特性を入力情
報として用い、絞りもしくは電子シャッタ動作等を制御
することにより、垂直CCDにおける過剰な信号電荷の
溢れに起因するブルーミング現象を確実に防止すること
ができる。
が線形領域を越え非線形領域に入った際の特性を入力情
報として用い、絞りもしくは電子シャッタ動作等を制御
することにより、垂直CCDにおける過剰な信号電荷の
溢れに起因するブルーミング現象を確実に防止すること
ができる。
【0014】
(第1の実施例)以下本発明の第1の実施例を、図1お
よび図2を用いて説明する。図1は、本実施例による固
体撮像装置の構成図である。半導体基板上には、バイポ
ーラトランジスタ1、読み出しゲートスイッチ3、垂直
CCDレジスタ4から成る単位画素5が、m×nのマト
リクス状に配置されている。各画素のバイポーラトラン
ジスタ1のベースは共通に接地されており、さらにコレ
クタ2には所定の電圧が与えられている。このときのコ
レクタ2は、n型の半導体基板そのものを用いた共通コ
レクタとする。全ての上記垂直CCDレジスタ4の一端
は水平CCDレジスタ6に接続されており、さらにこの
水平CCDレジスタ6の一端は出力アンプ7に入力して
いる。ここまでの構成は、従来のインターラインCCD
型固体撮像素子の基本構成と同様である。出力アンプ7
の出力は、相関2重サンプリング(CDS)回路8、A
/D変換器9、を経て算術演算ユニット(ALU)10
に入力する。ALU10は、読み出し専用メモリ(RO
M:リード オンリ メモリ(Read Only M
emory))11から送られるデータを用いて中央演
算ユニット(CPU)12の指示に従って所定のデータ
処理を行い、演算結果を出力端子13へと出力する。ま
た、CPU12はバス14を用いて外部と信号のやり取
りを行っており、さらに撮像部の駆動回路15の動作条
件の指示をも行う。
よび図2を用いて説明する。図1は、本実施例による固
体撮像装置の構成図である。半導体基板上には、バイポ
ーラトランジスタ1、読み出しゲートスイッチ3、垂直
CCDレジスタ4から成る単位画素5が、m×nのマト
リクス状に配置されている。各画素のバイポーラトラン
ジスタ1のベースは共通に接地されており、さらにコレ
クタ2には所定の電圧が与えられている。このときのコ
レクタ2は、n型の半導体基板そのものを用いた共通コ
レクタとする。全ての上記垂直CCDレジスタ4の一端
は水平CCDレジスタ6に接続されており、さらにこの
水平CCDレジスタ6の一端は出力アンプ7に入力して
いる。ここまでの構成は、従来のインターラインCCD
型固体撮像素子の基本構成と同様である。出力アンプ7
の出力は、相関2重サンプリング(CDS)回路8、A
/D変換器9、を経て算術演算ユニット(ALU)10
に入力する。ALU10は、読み出し専用メモリ(RO
M:リード オンリ メモリ(Read Only M
emory))11から送られるデータを用いて中央演
算ユニット(CPU)12の指示に従って所定のデータ
処理を行い、演算結果を出力端子13へと出力する。ま
た、CPU12はバス14を用いて外部と信号のやり取
りを行っており、さらに撮像部の駆動回路15の動作条
件の指示をも行う。
【0015】以下、本実施例の動作を説明する。各画素
5に入射した信号光は、npnバイポーラトランジスタ
1のエミッタ−ベース間において光電変換され、電気的
にフローティングの状態にあるエミッタには光電子から
成る信号電荷が蓄積される。蓄積された信号電荷は、所
定のタイミングで読み出しゲートスイッチ3を介して垂
直CCDレジスタ4へ読み出され、さらに水平CCDレ
ジスタ6を経て順次出力アンプ7へと入力される。出力
アンプ7からは、バイポーラトランジスタ1のエミッタ
に蓄積された、信号電荷の量に応じた信号が出力される
ことになる。ここで、上記のバイポーラトランジスタ1
に極めて強い信号光が入射した場合、電気的にフローテ
ィングの状態にあるエミッタに生じる信号電荷が隣接画
素や垂直CCDレジスタ4へ溢れ出すことによる、ブル
ーミングとよばれる画質劣化現象が生じる恐れがある。 これに対してn型の半導体基板そのものを用いた共通コ
レクタ2に所定の電圧を印加し、上記エミッタに生じる
過剰な信号電荷をn型の半導体基板に掃き出すことによ
って、このブルーミングは抑圧できることが知られてお
り、これはVOD(バーティカル オーバフロー ドレ
イン(Vertical Overflow Drai
n))ブルーミング抑圧方式とよばれる。ところが本実
施例のようにVODブルーミング抑圧方式を用いた場合
、バイポーラトランジスタ1のエミッタに蓄積される信
号電荷には、ニー特性が生じることが知られている。こ
れを図2を用いて説明する。
5に入射した信号光は、npnバイポーラトランジスタ
1のエミッタ−ベース間において光電変換され、電気的
にフローティングの状態にあるエミッタには光電子から
成る信号電荷が蓄積される。蓄積された信号電荷は、所
定のタイミングで読み出しゲートスイッチ3を介して垂
直CCDレジスタ4へ読み出され、さらに水平CCDレ
ジスタ6を経て順次出力アンプ7へと入力される。出力
アンプ7からは、バイポーラトランジスタ1のエミッタ
に蓄積された、信号電荷の量に応じた信号が出力される
ことになる。ここで、上記のバイポーラトランジスタ1
に極めて強い信号光が入射した場合、電気的にフローテ
ィングの状態にあるエミッタに生じる信号電荷が隣接画
素や垂直CCDレジスタ4へ溢れ出すことによる、ブル
ーミングとよばれる画質劣化現象が生じる恐れがある。 これに対してn型の半導体基板そのものを用いた共通コ
レクタ2に所定の電圧を印加し、上記エミッタに生じる
過剰な信号電荷をn型の半導体基板に掃き出すことによ
って、このブルーミングは抑圧できることが知られてお
り、これはVOD(バーティカル オーバフロー ドレ
イン(Vertical Overflow Drai
n))ブルーミング抑圧方式とよばれる。ところが本実
施例のようにVODブルーミング抑圧方式を用いた場合
、バイポーラトランジスタ1のエミッタに蓄積される信
号電荷には、ニー特性が生じることが知られている。こ
れを図2を用いて説明する。
【0016】図2は、図1に示したa点における出力信
号特性の測定例を示し、(a)は線形で、(b)は対数
で受光面照度を横軸に取り、縦軸に出力アンプ7の出力
信号を示したものである。図中の領域Aは、VODブル
ーミング抑圧が働き始める前の出力信号特性であり、良
い線形性を示す。一方領域Cは、VODブルーミング抑
圧が働いている際の出力信号特性であり、ほぼ対数関数
で近似することができる。領域Bは、両領域の遷移領域
であり、VODブルーミング抑圧が働き始めるところに
相当する。(a)に示したように出力信号特性が折れ曲
がることをニー特性とよぶが、これはバイポーラトラン
ジスタ1のエミッタに生じる過剰な信号電荷をn型の半
導体基板に掃き出す際のベース領域の電位が、この掃き
出し電流の値によって変調され、この結果エミッタに蓄
積される信号電荷量が変調されることによって生じる現
象である。
号特性の測定例を示し、(a)は線形で、(b)は対数
で受光面照度を横軸に取り、縦軸に出力アンプ7の出力
信号を示したものである。図中の領域Aは、VODブル
ーミング抑圧が働き始める前の出力信号特性であり、良
い線形性を示す。一方領域Cは、VODブルーミング抑
圧が働いている際の出力信号特性であり、ほぼ対数関数
で近似することができる。領域Bは、両領域の遷移領域
であり、VODブルーミング抑圧が働き始めるところに
相当する。(a)に示したように出力信号特性が折れ曲
がることをニー特性とよぶが、これはバイポーラトラン
ジスタ1のエミッタに生じる過剰な信号電荷をn型の半
導体基板に掃き出す際のベース領域の電位が、この掃き
出し電流の値によって変調され、この結果エミッタに蓄
積される信号電荷量が変調されることによって生じる現
象である。
【0017】以上のように、出力アンプ7の出力信号は
、ニー特性を持ち、図2に領域Aとした線形領域および
、領域B、Cとした非直線性を有する非線形領域からな
る。ここで本発明においては、線形の領域Aと同様に、
非直線性を有する非線形領域B、Cをも信号として取り
扱うことができる。上記の出力アンプ7の出力信号はC
DS回路8を介して低域雑音を低減された後、A/D変
換器9でディジタル信号に変換され、ALU10に入力
され、ここで非線形領域B、Cに属する信号をも線形信
号に変換される。ROM11には、この変換操作に必要
な変換係数および関数が予め記憶されており、CPU1
2はALU10に入力された信号のレベルに応じた変換
係数および関数をROM11からALU10に転送し、
変換操作を行わせる。このとき前述の領域C、場合によ
っては領域Bに属する信号の変換にも、指数関数を用い
ると便利である。なお、ROM11の入力データは、個
々の固体撮像装置のニー特性測定データを基にして作成
してもよいし、個々の固体撮像装置の特性のばらつきが
許容できるような用途に対しては、代表的な特性値や理
論特性を基にして作成してもよい。上記変換操作後の線
形信号は、出力端子13へと出力されるが、CPU12
は、この出力信号の値を入力として、電子シャッタ動作
などの、撮像部の駆動回路15の最適動作条件の指示を
も行う。
、ニー特性を持ち、図2に領域Aとした線形領域および
、領域B、Cとした非直線性を有する非線形領域からな
る。ここで本発明においては、線形の領域Aと同様に、
非直線性を有する非線形領域B、Cをも信号として取り
扱うことができる。上記の出力アンプ7の出力信号はC
DS回路8を介して低域雑音を低減された後、A/D変
換器9でディジタル信号に変換され、ALU10に入力
され、ここで非線形領域B、Cに属する信号をも線形信
号に変換される。ROM11には、この変換操作に必要
な変換係数および関数が予め記憶されており、CPU1
2はALU10に入力された信号のレベルに応じた変換
係数および関数をROM11からALU10に転送し、
変換操作を行わせる。このとき前述の領域C、場合によ
っては領域Bに属する信号の変換にも、指数関数を用い
ると便利である。なお、ROM11の入力データは、個
々の固体撮像装置のニー特性測定データを基にして作成
してもよいし、個々の固体撮像装置の特性のばらつきが
許容できるような用途に対しては、代表的な特性値や理
論特性を基にして作成してもよい。上記変換操作後の線
形信号は、出力端子13へと出力されるが、CPU12
は、この出力信号の値を入力として、電子シャッタ動作
などの、撮像部の駆動回路15の最適動作条件の指示を
も行う。
【0018】上述のように、画素部にVODブルーミン
グ抑圧方式を用いているため、出力アンプ7の出力信号
は、ニー特性を持ち、線形領域および非線形領域からな
る。上記の出力アンプ7の出力信号はA/D変換器9で
ディジタル信号に変換され、ALU10に入力され、こ
こで非線形領域に属する信号をも線形信号に変換される
。ROM11には、この変換操作に必要な変換係数およ
び関数が予め記憶されており、CPU12はALU10
に入力された信号のレベルに応じた変換係数および関数
をROM11からALU10に転送し、変換操作を行わ
せる。
グ抑圧方式を用いているため、出力アンプ7の出力信号
は、ニー特性を持ち、線形領域および非線形領域からな
る。上記の出力アンプ7の出力信号はA/D変換器9で
ディジタル信号に変換され、ALU10に入力され、こ
こで非線形領域に属する信号をも線形信号に変換される
。ROM11には、この変換操作に必要な変換係数およ
び関数が予め記憶されており、CPU12はALU10
に入力された信号のレベルに応じた変換係数および関数
をROM11からALU10に転送し、変換操作を行わ
せる。
【0019】なお、上記の実施例では、出力アンプ7の
出力信号はA/D変換器9でディジタル信号に変換され
た後、ALU10で非線形領域B、Cに属する信号が線
形信号に変換されるとしたが、逆に上記ALU10では
線形領域Aに属する信号が非線形信号(指数関数信号)
に変換されるようにしてもよい。この時にはALU10
の出力ビット数を圧縮することができ、固体撮像装置外
部との通信、出力データの記録等において有利である。 なお、この場合の領域Aに属する信号の変換には、対数
関数を用いると便利である。
出力信号はA/D変換器9でディジタル信号に変換され
た後、ALU10で非線形領域B、Cに属する信号が線
形信号に変換されるとしたが、逆に上記ALU10では
線形領域Aに属する信号が非線形信号(指数関数信号)
に変換されるようにしてもよい。この時にはALU10
の出力ビット数を圧縮することができ、固体撮像装置外
部との通信、出力データの記録等において有利である。 なお、この場合の領域Aに属する信号の変換には、対数
関数を用いると便利である。
【0020】(第2の実施例)以下本発明の第2の実施
例を、図3を用いて説明する。図3は、本発明による他
の固体撮像装置の構成図である。半導体基板上には、バ
イポーラトランジスタ1、読み出しゲートスイッチ3、
水平CCDレジスタ6から成る単位画素5′が、m′個
ライン状に配置されている。各画素のバイポーラトラン
ジスタ1のベースは共通に接地されており、さらにコレ
クタ2には所定の電圧が与えられている。このときのコ
レクタ2は、n型の半導体基板そのものを用いた共通コ
レクタとする。上記水平CCDレジスタ6の一端は出力
アンプ7に入力している。ここまでの構成は、従来の1
次元CCD型固体撮像素子の基本構成と同様である。出
力アンプ7の出力は、変換関数回路16を経て変換結果
を出力端子17へと出力する。以下、本実施例の動作を
説明する。本実施例においても、画素が1次元に配列さ
れていることを除けば、出力アンプ7よりニー特性を有
する出力信号が得られるところまでは、先の第1の実施
例と同様である。しかしながら本実施例においては、出
力アンプ7の出力信号(y=f(x)とする)は、アナ
ログ的に変換関数回路16において変換式y=cx/f
(x)で変換される。ここで係数cは適当な定数であり
、変換関数回路はダイオードクランプ回路、バイポーラ
回路等を用いて適当に構成することが可能である。この
ようなアナログ的な変換関数操作により、本実施例にお
いては出力端子17においてy=cxなる線形特性を比
較的安価に得ることができる。なお、図3においては画
素を1列のみ記載したが、このような画素もしくは固体
撮像装置を複数列設け、それぞれに異なる色特性を有す
るカラーフィルタを構成することにより、カラー対応の
固体撮像装置とすることも可能である。
例を、図3を用いて説明する。図3は、本発明による他
の固体撮像装置の構成図である。半導体基板上には、バ
イポーラトランジスタ1、読み出しゲートスイッチ3、
水平CCDレジスタ6から成る単位画素5′が、m′個
ライン状に配置されている。各画素のバイポーラトラン
ジスタ1のベースは共通に接地されており、さらにコレ
クタ2には所定の電圧が与えられている。このときのコ
レクタ2は、n型の半導体基板そのものを用いた共通コ
レクタとする。上記水平CCDレジスタ6の一端は出力
アンプ7に入力している。ここまでの構成は、従来の1
次元CCD型固体撮像素子の基本構成と同様である。出
力アンプ7の出力は、変換関数回路16を経て変換結果
を出力端子17へと出力する。以下、本実施例の動作を
説明する。本実施例においても、画素が1次元に配列さ
れていることを除けば、出力アンプ7よりニー特性を有
する出力信号が得られるところまでは、先の第1の実施
例と同様である。しかしながら本実施例においては、出
力アンプ7の出力信号(y=f(x)とする)は、アナ
ログ的に変換関数回路16において変換式y=cx/f
(x)で変換される。ここで係数cは適当な定数であり
、変換関数回路はダイオードクランプ回路、バイポーラ
回路等を用いて適当に構成することが可能である。この
ようなアナログ的な変換関数操作により、本実施例にお
いては出力端子17においてy=cxなる線形特性を比
較的安価に得ることができる。なお、図3においては画
素を1列のみ記載したが、このような画素もしくは固体
撮像装置を複数列設け、それぞれに異なる色特性を有す
るカラーフィルタを構成することにより、カラー対応の
固体撮像装置とすることも可能である。
【0021】(第3の実施例)以下本発明の第3の実施
例を、図4を用いて説明する。図4は、本発明による固
体撮像装置の第3の実施例25の構成図であるが、撮像
部の駆動回路15が撮像部18のみでなく光学系22の
動作条件の指示をも行うこと、撮像部18の画素のニー
特性がカラーフィルタの色別に4種類有ること、ROM
19が4つの部分に分割されていること、ALU10の
出力がそのまま固体撮像装置の出力とはならずに、入出
力回路20の入力となり、この入出力回路20が入出力
手段21を介して外部とつながっていること以外は、第
1の実施例と同様である。上記の入出力回路20および
入出力手段21は、外部通信用のデコーダ/エンコーダ
および外部バスや通信手段でもよいし、VTR装置およ
びVTRカセットテープでもよい。
例を、図4を用いて説明する。図4は、本発明による固
体撮像装置の第3の実施例25の構成図であるが、撮像
部の駆動回路15が撮像部18のみでなく光学系22の
動作条件の指示をも行うこと、撮像部18の画素のニー
特性がカラーフィルタの色別に4種類有ること、ROM
19が4つの部分に分割されていること、ALU10の
出力がそのまま固体撮像装置の出力とはならずに、入出
力回路20の入力となり、この入出力回路20が入出力
手段21を介して外部とつながっていること以外は、第
1の実施例と同様である。上記の入出力回路20および
入出力手段21は、外部通信用のデコーダ/エンコーダ
および外部バスや通信手段でもよいし、VTR装置およ
びVTRカセットテープでもよい。
【0022】以下、本実施例の動作を説明する。本実施
例の動作は、ほぼ前述の第1の実施例と同様であるが、
撮像部の駆動回路15が撮像部18のみでなく、絞り等
の光学系22の動作条件の指示をも行えること、さらに
ALU10における変換操作に必要なROM19内の変
換係数および関数の記憶領域が、撮像部18の画素のニ
ー特性別に4つに分かれており、ALU10におけるこ
の4種類の変換操作が順次行われることに特徴づけられ
る。後者により本実施例においては、カラーフィルタの
色別に4種類の異なるニー特性を持つ、最適な受光領域
構造を設計することができる。本実施例ではカラーフィ
ルタの色を4種類として説明したが、ROM19内の変
換係数および関数の記憶領域の数を変えれば、3種類、
2種類等の他の数でもよいことは言うまでもない。
例の動作は、ほぼ前述の第1の実施例と同様であるが、
撮像部の駆動回路15が撮像部18のみでなく、絞り等
の光学系22の動作条件の指示をも行えること、さらに
ALU10における変換操作に必要なROM19内の変
換係数および関数の記憶領域が、撮像部18の画素のニ
ー特性別に4つに分かれており、ALU10におけるこ
の4種類の変換操作が順次行われることに特徴づけられ
る。後者により本実施例においては、カラーフィルタの
色別に4種類の異なるニー特性を持つ、最適な受光領域
構造を設計することができる。本実施例ではカラーフィ
ルタの色を4種類として説明したが、ROM19内の変
換係数および関数の記憶領域の数を変えれば、3種類、
2種類等の他の数でもよいことは言うまでもない。
【0023】(第4の実施例)以下本発明の第4の実施
例を、図5を用いて説明する。図5は、本発明による他
の固体撮像装置の構成図である。本実施例においては、
撮像部18の出力信号がCDS回路8を経て信号出力手
段23およびレベル検出ブロック24に入力し、レベル
検出ブロック24が、撮像部18と絞り等の光学系22
を制御する撮像部の駆動回路15に信号を送っている。
例を、図5を用いて説明する。図5は、本発明による他
の固体撮像装置の構成図である。本実施例においては、
撮像部18の出力信号がCDS回路8を経て信号出力手
段23およびレベル検出ブロック24に入力し、レベル
検出ブロック24が、撮像部18と絞り等の光学系22
を制御する撮像部の駆動回路15に信号を送っている。
【0024】以下、本実施例の動作を説明する。撮像部
18の出力信号は、CDS回路8を経て信号出力手段2
3およびレベル検出ブロック24に入力するが、レベル
検出ブロック24においては、撮像部の駆動回路15に
よる電子シャッタ等の撮像部18駆動条件、絞り等の光
学系22の動作条件の設定指示を与える。即ち、領域B
、Cにおける撮像部18の出力信号レベルを監視するこ
とにより、撮像部18の垂直CCDレジスタを転送され
る信号電荷量を検知し、撮像部の駆動回路15を適切に
制御することにより、垂直CCDレジスタにおける過剰
な信号電荷の溢れに起因するブルーミングの発生を確実
に防止することができる。なお、信号出力手段23とし
ては、外部通信用のデコーダ/エンコーダ、外部バスや
通信手段、VTR装置等が考えられる。
18の出力信号は、CDS回路8を経て信号出力手段2
3およびレベル検出ブロック24に入力するが、レベル
検出ブロック24においては、撮像部の駆動回路15に
よる電子シャッタ等の撮像部18駆動条件、絞り等の光
学系22の動作条件の設定指示を与える。即ち、領域B
、Cにおける撮像部18の出力信号レベルを監視するこ
とにより、撮像部18の垂直CCDレジスタを転送され
る信号電荷量を検知し、撮像部の駆動回路15を適切に
制御することにより、垂直CCDレジスタにおける過剰
な信号電荷の溢れに起因するブルーミングの発生を確実
に防止することができる。なお、信号出力手段23とし
ては、外部通信用のデコーダ/エンコーダ、外部バスや
通信手段、VTR装置等が考えられる。
【0025】以上、本発明の実施例としてVOD構造を
有するCCD型固体撮像装置を用いて説明したが、非線
形の光電変換特性を有するMOS型固体撮像装置、各画
素に信号増幅手段を有するタイプの固体撮像装置、ある
いは撮像管を有する撮像装置にも適用可能であることは
言うまでもない。
有するCCD型固体撮像装置を用いて説明したが、非線
形の光電変換特性を有するMOS型固体撮像装置、各画
素に信号増幅手段を有するタイプの固体撮像装置、ある
いは撮像管を有する撮像装置にも適用可能であることは
言うまでもない。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明においては
、80〜100dB以上のダイナミックレンジを有する
固体撮像装置を実現することができる。また、垂直CC
Dにおける過剰な信号電荷の溢れに起因するブルーミン
グ現象を確実に防止することができる。
、80〜100dB以上のダイナミックレンジを有する
固体撮像装置を実現することができる。また、垂直CC
Dにおける過剰な信号電荷の溢れに起因するブルーミン
グ現象を確実に防止することができる。
【図1】本発明の固体撮像装置の第1の実施例の構成図
である。
である。
【図2】図1に示したa点における出力信号特性を示す
図である。
図である。
【図3】本発明の固体撮像装置の第2の実施例の構成図
である。
である。
【図4】本発明の固体撮像装置の第3の実施例の構成図
である。
である。
【図5】本発明の固体撮像装置の第4の実施例の構成図
である。
である。
1…バイポーラトランジスタ、2…コレクタ、3…読み
出しゲートスイッチ、4…垂直CCDレジスタ、6…水
平CCDレジスタ、7…出力アンプ、8…相関2重サン
プリング(CDS)回路、9…A/D変換器、10…算
術演算ユニット(ALU)、11…読み出し専用メモリ
(ROM)、12…中央演算ユニット(CPU)、13
…出力端子、15…撮像部の駆動回路、16…変換関数
回路、19…ROM、20…入出力回路、21…入出力
手段、22…光学系、23…信号出力手段、24…レベ
ル検出ブロック。
出しゲートスイッチ、4…垂直CCDレジスタ、6…水
平CCDレジスタ、7…出力アンプ、8…相関2重サン
プリング(CDS)回路、9…A/D変換器、10…算
術演算ユニット(ALU)、11…読み出し専用メモリ
(ROM)、12…中央演算ユニット(CPU)、13
…出力端子、15…撮像部の駆動回路、16…変換関数
回路、19…ROM、20…入出力回路、21…入出力
手段、22…光学系、23…信号出力手段、24…レベ
ル検出ブロック。
Claims (24)
- 【請求項1】光電変換出力信号特性が線形領域および非
線形領域からなる複数の光電変換部を有する固体撮像装
置において、上記非線形領域の光電変換出力信号をも、
上記線形領域の光電変換出力信号とともに入力情報とし
て用いることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項2】上記非線形領域の光電変換出力信号を線形
出力信号に変換することを特徴とする請求項1記載の固
体撮像装置。 - 【請求項3】上記非線形領域の光電変換出力信号をディ
ジタル信号処理技術を用いて線形出力信号に変換するこ
とを特徴とする請求項2記載の固体撮像装置。 - 【請求項4】上記非線形領域の光電変換出力信号を線形
出力信号に変換する際の変換係数を保持するための係数
記憶手段を有することを特徴とする請求項2記載の固体
撮像装置。 - 【請求項5】上記非線形領域の光電変換出力信号の線形
出力信号への変換は、指数関数で行うことを特徴とする
請求項2記載の固体撮像装置。 - 【請求項6】上記指数関数は、上記非線形領域の光電変
換出力信号レベルに応じた複数の指数関数式からなるこ
とを特徴とする請求項5記載の固体撮像装置。 - 【請求項7】上記複数の光電変換部は複数のグループ別
に異なった光電変換特性を有し、上記非線形領域の光電
変換出力信号は、上記複数のグループ別に異なった関数
で、それぞれ線形出力信号に変換することを特徴とする
請求項2記載の固体撮像装置。 - 【請求項8】上記非線形領域の光電変換出力信号の線形
出力信号への変換は、変換係数表に従って行うことを特
徴とする請求項2記載の固体撮像装置。 - 【請求項9】上記非線形領域の光電変換出力信号を当該
固体撮像装置内の制御信号発生のための入力情報として
用いることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 - 【請求項10】上記線形領域の光電変換出力信号を非線
形出力信号に変換することを特徴とする請求項1記載の
固体撮像装置。 - 【請求項11】上記線形領域の光電変換出力信号をディ
ジタル信号処理技術を用いて非線形出力信号に変換する
ことを特徴とする請求項10記載の固体撮像装置。 - 【請求項12】上記線形領域の光電変換出力信号を非線
形出力信号に変換する際の変換係数を保持するための係
数記憶手段を有することを特徴とする請求項11記載の
固体撮像装置。 - 【請求項13】上記線形領域の光電変換出力信号の非線
形出力信号への変換は、対数関数で行うことを特徴とす
る請求項11記載の固体撮像装置。 - 【請求項14】上記係数記憶手段はマスクROM、EP
ROM、EEPROM、光ディスク、光磁気ディスクの
不揮発性読み出し専用メモリであることを特徴とする請
求項4または12記載の固体撮像装置。 - 【請求項15】ベースが共通に接地され、電気的にフロ
−ティングの状態にある各々のエミッタに光電変換信号
電荷を蓄えることができる、半導体基板上に形成された
バイポーラトランジスタからなる複数の光電変換部と、
上記エミッタに蓄えられた光電変換信号電荷の読み出し
手段、高照度の光信号入力時に電気的にフロ−ティング
の状態にある上記エミッタから溢れ出た過剰信号電荷を
上記複数のバイポーラトランジスタのそれぞれのコレク
タ、もしくは共通のコレクタを介して掃き出すために、
上記コレクタに適当な電圧を印加するための手段を有す
る固体撮像装置において、上記コレクタを介した過剰信
号電荷の掃き出しが行われている複数の光電変換部から
読み出された光電変換出力信号をも、過剰信号電荷の掃
き出しが行われていない光電変換部から読み出された光
電変換出力信号とともに、入力情報として用いることを
特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項16】上記コレクタを介した過剰信号電荷の掃
き出しが行われている光電変換部から読み出された光電
変換出力信号を、この掃き出しが行われていないと仮定
した場合に光電変換部から読み出されるべき光電変換出
力信号のレベルに変換することを特徴とする請求項15
記載の固体撮像装置。 - 【請求項17】上記コレクタを介した過剰信号電荷の掃
き出しが行われている光電変換部から読み出された光電
変換出力信号を、この掃き出しが行われていないと仮定
した場合に光電変換部から読み出されるべき光電変換出
力信号のレベルに、ディジタル信号処理技術を用いて変
換することを特徴とする請求項15記載の固体撮像装置
。 - 【請求項18】上記コレクタを介した過剰信号電荷の掃
き出しが行われている光電変換部から読み出された光電
変換出力信号を、この掃き出しが行われていないと仮定
した場合に光電変換部から読み出されるべき光電変換出
力信号のレベルに変換する際の、変換係数を保持するた
めの係数記憶手段を有することを特徴とする請求項16
記載の固体撮像装置。 - 【請求項19】上記係数記憶手段はマスクROM、EP
ROM、EEPROM、光ディスク、光磁気ディスクの
不揮発性読み出し専用メモリであることを特徴とする請
求項18記載の固体撮像装置。 - 【請求項20】上記コレクタを介した過剰信号電荷の掃
き出しが行われている光電変換部から読み出された光電
変換出力信号の、この掃き出しが行われていないと仮定
した場合に光電変換部から読み出されるべき光電変換出
力信号のレベルへの変換は、指数関数で行うことを特徴
とする請求項17記載の固体撮像装置。 - 【請求項21】上記指数関数は、上記コレクタを介した
過剰信号電荷の掃き出しが行われている光電変換部から
読み出された光電変換出力信号のレベルに応じた、複数
の指数関数式からなることを特徴とする請求項20記載
の固体撮像装置。 - 【請求項22】上記複数の光電変換部は複数のグループ
別に異なった光電変換特性を有し、上記コレクタを介し
た過剰信号電荷の掃き出しが行われている光電変換部か
ら読み出された光電変換出力信号の、この掃き出しが行
われていないと仮定した場合に光電変換部から読み出さ
れるべき光電変換出力信号のレベルへの変換は、上記複
数のグループ別に異なった関数を用いてそれぞれ変換す
ることを特徴とする請求項16記載の固体撮像装置。 - 【請求項23】上記コレクタを介した過剰信号電荷の掃
き出しが行われている光電変換部から読み出された光電
変換出力信号の、この掃き出しが行われていないと仮定
した場合に光電変換部から読み出されるべき光電変換出
力信号のレベルへの変換は、変換係数表に従って行うこ
とを特徴とする請求項16記載の固体撮像装置。 - 【請求項24】上記コレクタを介した過剰信号電荷の掃
き出しが行われている複数もしくは単数の光電変換部か
ら読み出された光電変換出力信号を、当該固体撮像装置
内の制御信号発生のための入力情報として用いることを
特徴とする請求項15記載の固体撮像装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3140065A JPH04364679A (ja) | 1991-06-12 | 1991-06-12 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3140065A JPH04364679A (ja) | 1991-06-12 | 1991-06-12 | 固体撮像装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04364679A true JPH04364679A (ja) | 1992-12-17 |
Family
ID=15260164
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3140065A Pending JPH04364679A (ja) | 1991-06-12 | 1991-06-12 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04364679A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000065317A1 (fr) * | 1999-04-27 | 2000-11-02 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photodetecteur |
JP2007088913A (ja) * | 2005-09-22 | 2007-04-05 | Konica Minolta Holdings Inc | 撮像装置 |
JP2007189405A (ja) * | 2006-01-12 | 2007-07-26 | Konica Minolta Holdings Inc | 撮像装置及び撮像方法 |
JP2007251898A (ja) * | 2006-03-20 | 2007-09-27 | Konica Minolta Holdings Inc | 撮像装置 |
-
1991
- 1991-06-12 JP JP3140065A patent/JPH04364679A/ja active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000065317A1 (fr) * | 1999-04-27 | 2000-11-02 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photodetecteur |
US6757627B2 (en) | 1999-04-27 | 2004-06-29 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photo-detecting apparatus |
JP2007088913A (ja) * | 2005-09-22 | 2007-04-05 | Konica Minolta Holdings Inc | 撮像装置 |
JP4696812B2 (ja) * | 2005-09-22 | 2011-06-08 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 撮像装置 |
JP2007189405A (ja) * | 2006-01-12 | 2007-07-26 | Konica Minolta Holdings Inc | 撮像装置及び撮像方法 |
JP4710617B2 (ja) * | 2006-01-12 | 2011-06-29 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 撮像装置及び撮像方法 |
JP2007251898A (ja) * | 2006-03-20 | 2007-09-27 | Konica Minolta Holdings Inc | 撮像装置 |
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