JPH09181979A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPH09181979A JPH09181979A JP7337305A JP33730595A JPH09181979A JP H09181979 A JPH09181979 A JP H09181979A JP 7337305 A JP7337305 A JP 7337305A JP 33730595 A JP33730595 A JP 33730595A JP H09181979 A JPH09181979 A JP H09181979A
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Abstract
し、かつ、高速移動する物体の撮像にも適した固体撮像
装置を提供する。 【解決手段】 CCDイメージセンサ10は、シグナル
ジェネレータ71により発生する垂直同期信号VD及び
水平同期信号HDに同期して上記タイミングジェネレー
タ72で生成する読み出しパルスに応じて駆動するCC
D駆動回路73により駆動され、高輝度の被写体が撮像
されると、ダイナミックレンジを超えたフレーム信号と
高輝度部分を大きく圧縮したフレーム信号を出力する。
CCDイメージセンサ10から出力されたそれぞれのフ
ィールド信号は、CDS回路21,22等を介して記憶
部30に記憶され、上記メモリコントローラ74の読出
制御に基づいて、同時に読み出される。そして、同時に
読み出されたそれぞれのフィールド信号は、信号合成回
路50で互いに合成され、フレーム信号として出力され
る。
Description
ジが高く高輝度の被写体を撮像するのに好適な固体撮像
装置に関する。
ープレコーダやスチルカメラ等に広く用いられ、屋内外
で広く使用される。しかしながら、固体撮像装置は、固
体撮像素子が例えば銀塩写真システムに比較してダイナ
ミックレンジが狭いため、逆光で撮像すると、高輝度レ
ベルがダイナミックレンジを超えて飽和してしまうこと
がある。そこで、固体撮像装置は、被写体に対する露光
量が適正になるように絞りを調整して、適正な再生画像
を得ていたが、背景等には依然としていわゆる白とび等
が発生し、背景画像は白色になってしまう。
すように、ニー処理(knee)を施すことにより、被
写体の輝度レベルがダイナミックレンジの範囲内になる
ようにレベル圧縮して、固体撮像素子の標準光に対する
ダイナミックレンジを4〜5倍に拡大し、高輝度の被写
体でも撮像できるようになっている。
置は、近年、撮像環境によらず常に高品質の画像を提供
することが望まれているため、被写体の高輝度レベルに
よってはニー処理による固体撮像素子のダイナミックレ
ンジの拡張だけでは不十分な事態も生じてしまった。
レーム及び露光期間の異なる画像信号を合成してダイナ
ミックレンジの拡大を図る固体撮像装置も考えられてい
る。しかし、このような固体撮像装置は、フィールドの
異なる画像信号を合成するため、高速で動く被写体を撮
像するのには不向きであった。
たものであり、固体撮像素子のダイナミックレンジを拡
大し、かつ、高速移動する物体の撮像にも適した固体撮
像装置を提供することを目的とする。
めに、本発明に係る固体撮像装置は、有効電荷の蓄積を
同時に行い、有効電荷の読み出すタイミングが異なる2
つのフィールド信号を、それぞれ2つの水平転送レジス
タを介して、2ラインに全画素出力する固体撮像素子
と、上記固体撮像素子に蓄積された上記有効電荷の読み
出すタイミングを制御する第1の制御手段と、少なくと
も1ラインのフィールド信号を記憶する記憶手段と、上
記2ラインから供給されたフィールド信号をフレーム信
号に合成する信号合成手段と、上記2ラインのフィール
ド信号が同じタイミングで上記信号合成手段に供給され
るように、上記記憶手段に記憶されているフィールド信
号の読出を制御をする第2の制御手段とを備える。
電荷の蓄積を同時に行い、有効電荷の読み出すタイミン
グが異なる2つのフィールド信号を、それぞれ2つの水
平転送レジスタを介して、2ライン同時に全画素出力す
る固体撮像素子と、上記固体撮像素子に蓄積された上記
有効電荷の読み出すタイミングを制御する制御手段と、
上記2ラインに出力されたフィールド信号をフレーム信
号に合成する信号合成手段とを備える。
レームにおける露光時間の異なる2つのフィールド信号
をそれぞれ一のフレーム信号に合成することにより、露
光間の長いフレーム信号がダイナミックレンジを超えて
も、露光期間の短いフレーム信号により高輝度の信号レ
ベルを補うことができ、固体撮像素子のダイナミックレ
ンジを拡大することができる。
の形態について、図面を参照しながら説明する。本発明
は例えばカメラ装置に適用して好適な固体撮像装置であ
り、以下、カメラ装置を例にして詳細に説明する。
例えば図1に示すように、有効電荷の蓄積を同時に行
い、有効電荷の読み出すタイミングが異なる2つのフィ
ールド信号を全画素出力するCCDイメージセンサ10
と、CCDイメージセンサ10から2ラインに出力され
たフィールド信号をそれぞれ記憶する記憶部30と、記
憶部30から2ライン同時に出力されたフィールド信号
を一のフレーム信号に合成する信号合成回路50と、C
CDイメージセンサ10に蓄積された上記有効電荷の読
み出すタイミングを制御し、また、記憶部30に記憶さ
れた2つのフィールド信号を、フレーム毎に同時に読み
出す制御をする制御部70とを備える。
は、例えば図2に示すように、マトリックス状に配列さ
れ、入射光に応じた光電変換による電荷を蓄積するフォ
トダイオード11と、蓄積電荷を垂直方向に転送する垂
直転送レジスタ12と、垂直転送レジスタ12からの電
荷を画像信号として出力する水平転送レジスタ13とを
備える。
された奇数フォトダイオード11aと偶数行に配列され
た偶数フォトダイオード11bがあり、これらに蓄積さ
れた電荷は、全画素同時に垂直転送レジスタ12に読み
出される。
に、転送電極部V1,V2,V3からなる垂直転送部1
2aと、転送電極部V3,V4,V5からなる垂直転送
部12bとが交互にあり、垂直転送部12aで奇数フォ
トダイオード11aの有効電荷が読み出され、垂直転送
部12bで偶数フォトダイオード11bの有効電荷が読
み出される。垂直転送レジスタ12内の電荷は、通常、
1H周期(1水平走査周期)毎に、垂直転送部12a,
12bを2つ移動するようになっている。
に示すように、同一フレームにおける有効電荷蓄積期間
(露光期間)がT1,T2と異なる、偶数・奇数フィー
ルド信号を出力することができる。
不要電荷を一度全部廃棄し、フォトダイオード11に所
定期間有効電荷が蓄積されると、制御部70からの読出
パルスに基づいて、例えば奇数フォトダイオード11a
の蓄積電荷(以下、電荷 odd1という)を垂直転送レジ
スタ12に読み出す。電荷 odd1は、例えば図4に示す
ように、既に垂直転送レジスタ12によって転送されて
いる電荷even1とともに、H周期毎に垂直転送部を2つ
ずつ移動する。
部水平転送レジスタ13に転送されると、図5に示すよ
うに、電荷 odd1を垂直転送部12bに1つ転送した
後、図6に示すように、垂直転送部12aで電荷 odd2
読み出す。そして、垂直転送レジスタ12は、図7に示
すように、電荷 odd1及び電荷 odd2を1つだけ転送し
た後、図8に示すように、それぞれ2つずつ転送する。
そして、垂直転送レジスタ12は、電荷even2の読出も
同様に行うことができる。
フォトダイオード11a又は偶数フォトダイオード11
bの有効電荷を読み出す際には、その内部に残っている
電荷を1つだけ転送してから上記電荷を読み出し、再び
全電荷を1つ転送した後、全電荷を2つずつ転送する。
これにより、CCDイメージセンサ10は、各フォトダ
イオード11の有効電荷を混合しないでそれぞれ独立に
読み出し、同一フレームにおける有効電荷蓄積期間がT
1,T2と異なる、偶数・奇数フィールド信号を出力す
ことが可能となる。
平転送レジスタ13を介して、2ラインに出力されたフ
ィールド信号は、それぞれ相関二重サンプリング(以
下、CDSという)回路21,24に供給される。CD
S回路21,24は、ランダム雑音を低減して、フィー
ルド信号をそれぞれ自動利得変換(以下、AGCとい
う)回路22,25に供給する。AGC回路22,25
は、供給されたフィールド信号の歪をなくし、一定の信
号レベルとなったフィールド信号をアナログ/ディジタ
ル変換器(以下、A/D変換器という)23,26に供
給する。A/D変換器23,26は、フィールド信号を
ディジタルに変換し、フィールドデータとして記憶部3
0に供給する。
モリ31,32で構成され、A/D変換器23からのフ
ィールドデータはフィールドメモリ31に記憶され、A
/D変換器26からのフィールドデータはフィールドメ
モリ32に記憶される。記憶部30に記憶されたそれぞ
れのフィールドデータは、メモリコントローラ74の読
出制御に基づき、同時に読み出されるようになってい
る。
ータは、それぞれD/A変換器41,42によりアナロ
グのフィールド信号に変換され、信号合成回路50に供
給される。信号合成回路50は、供給されたフィールド
信号を合成してフレーム信号を生成し、このフレーム信
号をプロセス回路61に供給する。プロセス回路61
は、供給されたフレーム信号に、ブランキング挿入,ガ
ンマ補正,ブラッククリップ等のいわゆるプロセス処理
を施した後、出力ドライバ62を介して、端子63から
画像信号を出力する。
び水平同期信号HDを発生するシグナルジェネレータ7
1と、上記同期信号の基づいて読出パルスを発生するタ
イミングジェネレータ72と、CCDイメージセンサ1
0に蓄積された電荷の読み出等し等を行うCCD駆動回
路73と、記憶部30に記憶されているフィールド信号
の読出を制御するメモリコントローラ74とを備える。
クロックに基づいて、垂直同期信号VD及び水平同期信
号HDを発生し、これら同期信号をタイミングジェネレ
ータ72及びメモリコントローラ74に供給する。
直同期信号VDが供給されると、水平同期信号HDを所
定数カウントした後、読出パルスをCCD駆動回路73
を介して、CCDイメージセンサ10に供給する。
シグナルジェネレータ71からの垂直同期信号VDが供
給されると、水平同期信号HDを所定数カウントし、記
憶部30に信号読出パルスを供給し、フィールドメモリ
31,32内のフィールドデータを同時に読み出してい
る。
は、例えば高輝度の被写体を撮像すると、CCDイメー
ジセンサ10からダイナミックレンジを超えたフレーム
信号と高輝度部分を大きく圧縮したフレーム信号とが出
力され、これらのフレーム信号を合成することにより、
例えば高速で移動する高輝度の物体を撮像する。
上記シグナルジェネレータ71により発生する垂直同期
信号VD及び水平同期信号HDに同期して上記タイミン
グジェネレータ72で生成する読み出しパルスに応じて
駆動するCCD駆動回路73により駆動され、上述の図
2に示すように同時に露光が開始されたフレームにおい
て、例えば偶数フィールドは露光期間T1で、奇数フィ
ールドは露光期間T2(>T1)で蓄積電荷が読み出さ
れ、奇数・偶数フィールド信号を出力する。
奇数・偶数フィールド信号は、CDS回路21,22等
を介して記憶部30に記憶され、上記メモリコントロー
ラ74の読出制御に基づいて、同時に読み出される。そ
して、同時に読み出された奇数・偶数フィールド信号
は、信号合成回路50で互いに合成され、フレーム信号
として出力される。
示すように、タイミングジェネレータ72による読出パ
ルスの調整が1H(約64μs)毎に可能であるとする
と、例えばΔT=10Hとおくと、Ta=11〜250
H、Tb=1〜240Hとなり、露光期間の比はTa/
Tb=1.04〜11となる。つまり、上記カメラ装置
1は、奇数フォトダイオード11aの露光期間と偶数フ
ォトダイオード11bの露光期間との差を10Hに設定
すると、ダイナミックレンジを最大で10倍まで拡大す
ることができる。
転送レジスタ13bから出力されるフレーム信号の露光
期間Tbを1H〜250Hまで調整可能であるため、例
えば図10に示すように、高輝度の圧縮をほぼ連続的に
1〜数千分の1倍、すなわちダイナミックレンジを数千
倍にまで拡大することができる。
が異なるフィールド信号を合成してフレーム信号を出力
するのではなく、上述の図2に示すように、露光開始の
時間が同一であって1フィールド期間で1フレーム信号
を出力しているため、比較的高速で移動する物体を撮像
してもで画質の良好な画像信号を提供することができ
る。
の実施の形態について、図11を参照しながら詳細に説
明する。なお、第1の実施の形態に係る回路等と同一の
ものには同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
上記カメラ装置1では記憶部30から読み出されたフィ
ールドデータをアナログに変換して信号合成回路50で
フレーム信号に合成していたが、例えば図11に示すよ
うに、記憶部30から読み出されたフレームデータをそ
のままディジタル信号処理回路(以下、DSP回路とい
う)51において合成するようになっている。
装置2は、有効電荷の蓄積を同時に行い、有効電荷の読
み出すタイミングが異なる2つのフィールド信号を、2
ラインに全画素出力するCCDイメージセンサ10と、
CCDイメージセンサ10からの2つのフィールド信号
を記憶する記憶部30と、記憶部30から読み出された
2つのフィールドデータを一のフレームデータに合成等
するディジタル信号処理回路51と、CCDイメージセ
ンサ10に蓄積された上記有効電荷の読み出すタイミン
グを制御し、また、記憶部30に記憶された2つのフィ
ールド信号を、フレーム毎に同時に読み出す制御をする
制御部70とを備える。
CCDイメージセンサ10から出力された奇数・偶数フ
ィールド信号は、CDS回路21,24等を介して記憶
部30に供給される。記憶部30に記憶された上記フィ
ールドデータは、メモリコントローラ74の読出制御に
より、それぞれ同時に読み出される。記憶部30から読
み出されたフィールドデータは、DSP回路51に供給
され、例えばそれぞれ供給されたフィールドデータをフ
レームデータに合成する一方、ガンマ補正,輪郭補正,
レンズムラや暗部信号レベルムラを補正するシェーディ
ング補正,エンコーダ,オートアイリス等のレベル検出
等のディジタル処理が施される。そして、記憶部30か
ら読み出されたフレームデータは、D/A変換器52で
アナログに変換され、出力ドライバ62,端子63を介
して外部に出力される。
1により、ダイナミックレンジの拡大が可能となるだけ
ではなく、記憶部30から出力されるフィールドデータ
をそのままディジタル処理することができるため、プロ
セス処理では厳格に行うことができなない例えばガンマ
補正等の安定度・均一性を格段に向上することができ
る。
の実施の形態について、詳細に説明する。なお、第1,
第2の実施の形態に係る回路等と同一のものには同一の
符号を付し、詳細な説明は省略する。
上記カメラ装置1,2では上記記憶部30が2つのフィ
ールドメモリを用いることにより時間差が生じて供給さ
れた奇数・偶数フィールド信号を同時に読み出していた
が、例えばフィールドメモリ31を取り除いて構成され
いる。
ルドメモリ31を除いたカメラ装置3は、有効電荷の蓄
積を同時に行い、有効電荷の読み出すタイミングが異な
る2つのフィールド信号を、2ラインに全画素出力する
CCDイメージセンサ10と、CCDイメージセンサ1
0からの1つのフィールド信号を記憶する記憶部30
と、記憶部30からの2つのフィールド信号を1フレー
ム信号に合成する信号合成回路50と、CCDイメージ
センサ10に蓄積された上記有効電荷の読み出すタイミ
ングを制御し、また、記憶部30に記憶された一のフィ
ールド信号を、CCDイメージセンサ10から出力され
た他のフィールド信号と同期して読み出す制御をする制
御部70とを備える。
CCDイメージセンサ10から出力されたフィールド信
号は、CDS回路21,24等を介して記憶部30に供
給される。ここで、例えば水平転送レジスタ13bから
出力されるフィールド信号は、図12に示すように、水
平転送レジスタ13aから出力されるフィールド信号に
比べてΔTだけ早く読み出され、フィールドメモリ32
に記憶される。フィールドメモリ32は、メモリコント
ローラ74の読出制御に基づいて、水平転送レジスタ1
3aから出力されるフィールド信号に同期して、記憶さ
れているフィールド信号を読み出す。そして、信号合成
回路50には、奇数・偶数フィールド信号が同時に供給
され、フレーム信号の合成処理が施される。
ックレンジの拡大を可能とするだけではなく、記憶部3
0におけるフィールドメモリが1つで済むため、コスト
の削減及び軽量化を図ることが可能となる。
の実施の形態について、図12を参照しながら詳細に説
明する。なお、第1の実施の形態に係る回路等と同一の
ものには同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
上記カメラ装置1等のようにフィールドメモリを設けて
ないが、各フィールド信号が同時に信号合成回路50に
供給されるようになっている。
効電荷の蓄積を同時に行い、有効電荷の読み出すタイミ
ングが異なる2つのフィールド信号を、それぞれ2つの
水平転送レジスタを介して、2ライン同時に全画素出力
するCCDイメージセンサ10aと、CCDイメージセ
ンサ10aに蓄積された上記有効電荷の読み出すタイミ
ングを制御する制御部80と、上記2ラインに出力され
たフィールド信号をフレーム信号に合成する信号合成回
路50とを備える。
CDイメージセンサ10の水平転送レジスタ13aと水
平転送レジスタ13bの間に露光期間の短い有効電荷を
一時保管するための蓄積用CCD14を設け、水平転送
レジスタ13a及び水平転送レジスタ13bからフィー
ルド信号が同時に出力されるようになっている。
CCDイメージセンサ10aから2ラインに出力された
フィールド信号は、CDS回路21,24等を介して、
信号合成回路50に供給される。信号合成回路50は、
奇数・偶数フィールド信号が同時に供給され、フレーム
信号の合成処理がなされる。そして、フレーム信号は、
プロセス回路61,出力ドライバ62を介して、端子6
3から出力される。
レンジの拡大を可能とすることだけではなく、フィール
ド信号を一度記憶しておくフィールドメモリを全く必要
としないので、本体の軽量化を図ることができ、コスト
の削減にも寄与する。
技術的思想は、同一フレームにおける露光期間の異なる
2つのフィールド信号を合成することにより、固体撮像
素子のダイナミックレンジを拡大することにある。従っ
て、当該技術的思想を逸脱しない範囲であれば、上述の
実施の形態にとらわれず回路構成の変更等が可能である
のは勿論である。
る固体撮像装置によると、同一フレームにおける露光時
間の異なる2つのフィールド信号をそれぞれ一のフレー
ム信号に合成することにより、露光間の長いフレーム信
号がダイナミックレンジを超えても、露光期間の短いフ
レーム信号により高輝度の信号レベルを補うことがで
き、固体撮像素子のダイナミックレンジを拡大すること
ができる。
期間で一のフレーム信号を得ることができるため、比較
的高速で動く被写体を撮像しても画質の良い画像信号を
出力することができる。
置の具体的な構成を示すブロック図である。
ンサの構成を説明するための図である。
信号を説明するためのタイミングチャートである。
の状態を説明するための図である。
の状態を説明するための図である。
の状態を説明するための図である。
の状態を説明するための図である。
の状態を説明するための図である。
ックレンジとの関係を説明するための図である。
ミックレンジとの関係を説明するための図である。
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
クレンジを拡大したときの状態を説明するための図であ
る。
Claims (3)
- 【請求項1】 有効電荷の蓄積を同時に行い、有効電荷
の読み出すタイミングが異なる2つのフィールド信号
を、それぞれ2つの水平転送レジスタを介して、全画素
出力する固体撮像素子と、 上記固体撮像素子から出力された2つのフィールド信号
が同じタイミングで読み出されるように、少なくとも1
つのフィールド信号の遅延を施す遅延手段と、 上記固体撮像素子に蓄積された上記有効電荷の読み出す
タイミングを制御し、また、上記遅延手段によって上記
少なくとも1つのフィールド信号の遅延するタイミング
を制御する制御手段と、 上記2つのフィールド信号をフレーム信号に合成する信
号合成手段とを備えることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項2】 上記遅延手段は、上記固体撮像素子に内
蔵され、 上記制御手段は、上記固体撮像素子から上記2つのフィ
ールド信号が同時に出力するように、上記固体撮像素子
の出力のタイミングを制御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】 上記遅延手段は、上記固体撮像素子の外
部に設けられた、少なくとも1つのフィールド信号を記
憶するフィールドメモリであり、 制御手段は、上記フィールドメモリからフィールド信号
を読み出すタイミングを制御することを特徴とする請求
項1記載の固体撮像装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33730595A JP3755175B2 (ja) | 1995-12-25 | 1995-12-25 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33730595A JP3755175B2 (ja) | 1995-12-25 | 1995-12-25 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09181979A true JPH09181979A (ja) | 1997-07-11 |
JP3755175B2 JP3755175B2 (ja) | 2006-03-15 |
Family
ID=18307383
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33730595A Expired - Fee Related JP3755175B2 (ja) | 1995-12-25 | 1995-12-25 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3755175B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001292375A (ja) * | 2000-04-07 | 2001-10-19 | Sony Corp | 信号処理装置および撮像装置 |
US7030923B2 (en) | 2000-03-27 | 2006-04-18 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Digital camera having overlapped exposure |
JP2016096558A (ja) * | 2010-09-01 | 2016-05-26 | クゥアルコム・インコーポレイテッドQualcomm Incorporated | 高ダイナミックレンジ画像センサ |
-
1995
- 1995-12-25 JP JP33730595A patent/JP3755175B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7030923B2 (en) | 2000-03-27 | 2006-04-18 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Digital camera having overlapped exposure |
JP2001292375A (ja) * | 2000-04-07 | 2001-10-19 | Sony Corp | 信号処理装置および撮像装置 |
JP2016096558A (ja) * | 2010-09-01 | 2016-05-26 | クゥアルコム・インコーポレイテッドQualcomm Incorporated | 高ダイナミックレンジ画像センサ |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JP3755175B2 (ja) | 2006-03-15 |
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