JP2000270273A

JP2000270273A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP2000270273A
Application number: JP11073930A
Authority: JP
Inventors: Toru Watanabe; 透渡辺
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1999-03-18
Filing date: 1999-03-18
Publication date: 2000-09-29
Anticipated expiration: 2019-03-18
Also published as: TW465233B; KR100381487B1; US7154552B1; JP3819631B2; KR20000062929A

Abstract

(57)【要約】【課題】フレーム転送方式の固体撮像素子から２種類
の画像信号を取り出し、信号処理によってダイナミック
レンジを拡大する。【解決手段】固体撮像素子１１から、平均レベルが互
いに異なる２種類の画像信号を取り出す。時分割で取り
出される２種類の画像信号をラインメモリ１６により互
いのタイミングを一致させる。演算回路２０は、画像デ
ータＤ1に蓄積時間の比Ｒを乗算し、乗算結果Ｒ・Ｄ1か
ら画像データＤ2を減算してスミアデータＳ0を生成す
る。このスミアデータＳ0に１／（Ｒ−１）を除算し、
本来のスミア成分を示すスミアデータＳを生成する。ス
ミアデータＳを画像データＤ1、Ｄ2から減算し、それら
の減算結果を加算して画像データＤ3を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フレーム転送方式
の固体撮像素子を用いて構成した固体撮像装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図９は、フレーム転送方式のＣＣＤ固体
撮像素子の概略を示す平面図であり、図１０は、その固
体撮像素子の動作を説明するタイミング図である。

【０００３】フレーム転送方式の固体撮像素子は、受光
部１、蓄積部２、水平転送部３及び出力部４より構成さ
れる。受光部１は、互いに平行に配列される垂直方向に
連続する複数のシフトレジスタからなり、これらのシフ
トレジスタの各ビットが複数の受光ビットを形成し、各
受光ビットに被写体映像に対応して発生する情報電荷を
蓄積する。蓄積部２は、受光部１の各シフトレジスタに
連続する複数のシフトレジスタからなり、シフトレジス
タの各ビットが蓄積ビットを形成し、各蓄積ビットに受
光部１から転送される情報電荷を一時的に蓄積する。水
平転送部３は、蓄積部２の複数のシフトレジスタの各出
力がそれぞれ各ビットに接続される単一のシフトレジス
タからなり、蓄積部２に蓄積される１画面分の情報電荷
を１行単位で受け取り、順次水平方向に転送して出力す
る。そして、出力部４は、電気的に独立した容量及びそ
の容量の電位変化を取り出すアンプからなり、水平転送
部３から出力される情報電荷を１ビット単位で容量に受
けて電圧値に変換し、画像信号Ｙ0として出力する。

【０００４】受光部１には、垂直同期信号ＶＤに同期
し、垂直走査のブランキング期間内に受光部１の情報電
荷を蓄積部２へ高速転送するフレーム転送クロックφF
が印加される。蓄積部２には、フレーム転送クロックφ
Fによって受光部１から転送出力される情報電荷を蓄積
部２に取り込むと共に、取り込んだ１画面分の情報電荷
を水平同期信号ＨＤに同期し、水平走査のブランキング
期間内に１行ずつ水平転送部３へ転送する垂直転送クロ
ックφVが印加される。そして、水平転送部３には、水
平同期信号ＨＤに同期し、垂直転送クロックφVに応答
して１行毎に水平転送部３に取り込まれる情報電荷を順
次出力部４側へ転送する水平転送クロックφHが印加さ
れる。これにより、受光部１で発生する情報電荷が、１
画面単位で蓄積部２へ転送された後、１行単位で水平転
送部３を介して出力部４へ転送出力され、１行単位で連
続する画像信号Ｙ0が出力される。

【０００５】さらに、固体撮像素子が形成される半導体
基板に対しては、垂直走査期間の途中で所定の期間立ち
上げられる基板クロックφBが印加される。この基板ク
ロックφBの立ち上がりに応答して、フレーム転送クロ
ックφFがフレーム転送時と同等の周期でクロッキング
され、受光部１の情報電荷が全て基板側へ排出される。
従って、基板クロックφBによる情報電荷の排出動作が
完了してからフレーム転送クロックφfによる情報電荷
の転送動作が開始されるまでの期間Ｌが情報電荷の蓄積
期間となる。画像信号Ｙ0は、この蓄積期間Ｌに受光部
１の各受光画素に蓄積された情報電荷の量に比例したレ
ベルを示す。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】フレーム転送方式の固
体撮像素子の場合、各受光画素の情報電荷の蓄積能力
は、受光部１に配置される転送電極の作用によって基板
内に形成されるポテンシャル井戸の容量に起因する。こ
のポテンシャル井戸は、転送電極の幅や転送チャネルの
幅、さらには、転送電極を駆動するパルスの電圧等によ
って容量が決定される。

【０００７】固体撮像素子の高解像度化に伴って転送電
極の幅や転送チャネルの幅が狭くなると、形成されるポ
テンシャル井戸の容量は小さくなり、各受光画素の情報
電荷の蓄積能力も低くなる。さらには、素子の消費電力
低減のため、駆動パルスが低電圧化されると、形成され
るポテンシャル井戸の容量は、さらに小さくなる。従っ
て、固体撮像素子のダイナミックレンジが狭くなり、撮
像条件が制限されるようになる。

【０００８】そこで本発明は、固体撮像素子のダイナミ
ックレンジを拡大し、広い範囲で撮像動作を行えるよう
にすることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するために成されたもので、その特徴とするところ
は、第１の受光画素が１行単位で複数行配置され、この
複数行の第１の受光画素の間に上記第１の受光画素から
独立して駆動可能な第２の画素が１行単位で配置された
固体撮像素子と、上記固体撮像素子の第１及び第２の受
光画素を駆動して第１の受光画素と第２の受光画素とで
互い異なる時間情報電荷の蓄積を行うと共に、上記第１
及び第２の受光画素に蓄積された情報電荷をそれぞれ独
立して転送出力する駆動回路と、上記固体撮像素子の第
１の受光画素での情報電荷の蓄積時間と第２の受光画素
での情報電荷の蓄積時間とをそれぞれ設定するタイミン
グ設定回路と、上記固体撮像素子の第１の受光画素に対
応する第１の出力と第２の受光画素に対応する第２の出
力とを加算して画像信号を生成する信号処理回路と、を
備えたことにある。

【００１０】本発明によれば、情報電荷の蓄積時間を独
立に設定可能な２種類の受光画素に対応して得られる出
力を互いに加算して画像信号が生成される。従って、低
輝度の被写体に対しては、情報電荷の蓄積時間を長く設
定した受光画素によって十分な出力を得ることができ、
高輝度の被写体に対しては、情報電荷の蓄積時間を短く
設定した受光画素によって広範囲の撮像が可能になる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の固体撮像装置の
構成を示すブロック図であり、図２は、その動作を説明
するタイミング図である。

【００１２】固体撮像素子１１は、図１０に示すフレー
ム転送方式の固体撮像素子と同一のものであり、受光部
１、蓄積部２、水平転送部３及び出力部４より構成され
る。駆動回路１２は、各種のタイミング信号に応答して
フレーム転送クロックφF、垂直転送クロックφV、水平
転送クロックφH及び基板クロックφBを発生し、固体撮
像素子１１の各部に供給する。フレーム転送クロックφ
Fは、受光部１に印加され、基板クロックφBの立ち上が
りに従うタイミングで転送電極をクロッキングすると共
に、垂直同期信号ＶＤに同期して垂直走査のブランキン
グ期間内に受光部１の情報電荷を蓄積部２へ高速転送す
る。基板クロックφBは、固体撮像素子が形成される半
導体基板に印加され、シャッタタイミング信号ＳＴに従
うタイミングで所定の期間立ち上げられて、フレーム転
送クロックφFとの作用により、受光部１の情報電荷を
基板側へ排出させる。従って、受光部１の各受光画素に
は、基板クロックφBによる排出動作が完了してからフ
レーム転送クロックφFによる転送動作が開始されるま
での期間Ｌに情報電荷が蓄積されることになる。

【００１３】ここで、固体撮像素子１１は、必要な走査
線数に対して垂直方向に少なくとも２倍の数の画素が配
置されており、１本の走査線に対応付けられる複数の受
光画素で情報電荷の蓄積時間を少なくとも２段階に設定
している。これに合わせて、シャッタタイミング信号Ｓ
Ｔは、シャッタ動作のタイミングを多段階で設定する。
例えば、再生画面を表示する走査線数に対して垂直方向
に２倍の数の画素を配置し、奇数行と偶数行とで情報電
荷の蓄積時間を独立に設定できるように構成している。
以下の動作は、水平走査線数に対して２倍の数の受光画
素を垂直方向に配置し、奇数行の受光画素と偶数行の受
光画素とで情報電荷の蓄積時間をずらして設定した場合
を示す。

【００１４】垂直転送クロックφVは、蓄積部２に印加
され、フレーム転送クロックφFによって受光部１から
転送出力される情報電荷を蓄積部２へ取り込むと共に、
取り込んだ１画面分の情報電荷を水平同期信号ＨＤの１
／２の周期で１行ずつ水平転送部３へ転送する。そし
て、水平転送クロックφHは、水平転送部３に印加さ
れ、垂直転送クロックφVに応答して１行毎に水平転送
部３へ取り込まれる情報電荷を順次出力部４側へ転送す
る。これにより、期間Ｌの間に受光部１の各受光画素に
蓄積された情報電荷が、１画面単位で蓄積部２へ転送さ
れた後、１行単位で水平転送部３を介して出力部４へ転
送出力され、１行単位で連続する画像信号Ｙ0が出力さ
れる。

【００１５】タイミング制御回路１３は、一定周期の基
準クロックに基づいて水平同期信号ＨＤ及び垂直同期信
号ＶＤを生成し、駆動回路１２に供給する。さらに、垂
直走査の途中で立ち上げられるシャッタタイミング信号
ＳＴを生成し、駆動回路１２に供給する。このシャッタ
タイミング信号ＳＴは、例えば２ビットの信号であり、
シャッタ動作のタイミングを２段階で設定する。そし
て、そのシャッタ動作のずれによって生じる情報電荷の
実質的な蓄積時間の比Ｒを後述する演算回路２０に供給
する。このとき、蓄積時間の比Ｒに対応して、１／（Ｒ
−１）なる値が生成され、同時に演算回路２０に供給さ
れる。

【００１６】アナログ処理回路１４は、固体撮像素子１
１から入力される画像信号Ｙ0に対してサンプルホール
ドや各種の補正処理を施し、所定のフォーマットに従う
画像信号Ｙ1を生成する。例えば、固体撮像素子１１の
出力動作に同期してリセットレベルと信号レベルとが繰
り返される画像信号Ｙ1に対して、信号レベルのみを取
り出すタイミングでサンプルホールド動作が行われる。
Ａ／Ｄ変換回路１５は、アナログ処理回路１４のサンプ
ルホールド動作に同期し、固体撮像素子１１の各受光画
素の情報を表す画像データＤ1を生成する。固体撮像素
子１１において、奇数行の受光画素と偶数行の受光画素
とで情報電荷の蓄積時間が異なる場合、画像データＤ1
は、図３に示すように、水平走査期間の間に２行分得ら
れることになる。このとき、同一水平走査期間内に得ら
れる２行分の画像データＤ1のレベルは、固体撮像素子
１１の各受光画素における情報電荷の蓄積時間の比に応
じた差を有する。この画像データＤ1は、画像信号Ｙ0に
対応するものである。

【００１７】ラインメモリ１６は、画像データＤ1を各
水平走査期間の前半で１行分記憶し、１／２水平走査期
間遅れたタイミングで読み出すことにより、画像データ
Ｄ1に対して１／２水平走査期間遅れた画像データＤ2を
出力する。このラインメモリ１６は、例えば、１行分の
画像データＤ1を記憶可能な容量を有するメモリ回路を
２組並列に配置して形成され、画像データＤ1の書き込
みと読み出しとを交互に行うように構成される。

【００１８】演算回路２０は、第１、第２の乗算器２
１、２２、第１〜第３の減算器２３〜２５及び加算器２
６より構成され、ゲートパルスＧＰの立ち上がりの期間
に動作して、スミアデータＳ及び第３の画像データＤ3
を生成する。第１の乗算器２１は、第１の画像データＤ
1にタイミング制御回路１３から入力される比Ｒを乗算
し、第１の減算器２３は、第１の乗算器２１の乗算結果
Ｒ・Ｄ1から第２の画像データＤ2を減算する。第２の乗
算器２２は、第１の減算器２３の減算結果Ｓ0に、タイ
ミング制御回路１３から入力される１／（Ｒ−１）を乗
算する。この第２の乗算器２２の乗算結果がスミアデー
タとして出力される。第２の減算器２４は、第２のデー
タＤ2からスミアデータＳを減算し、第３の減算器２５
は、第１のデータＤ1からスミアデータＳを減算する。
そして、加算器２６は、第２の減算器２４の減算結果
Ｄ'2と第３の減算器２５の減算結果Ｄ'1とを加算し、そ
の加算結果を第３の画像データＤ3として出力する。

【００１９】図４は、本発明の固体撮像装置において、
固体撮像素子を駆動する方法の一例を示すポテンシャル
図であり、図５は、その動作を実現する転送クロックの
タイミング図である。この図においては、固体撮像素子
１１の受光部１に、走査線数の２倍の数の受光画素を垂
直方向に配置し、奇数行の受光画素と偶数行の受光画素
とで情報電荷の蓄積時間をずらす場合を示す。

【００２０】固体撮像素子１１の受光部１には、６相の
転送クロックφ1〜φ6に対応した複数の転送電極が配置
され、６相分の転送電極に対して、実質的に２つの画素
Ｐ１、Ｐ２が定義される。

【００２１】第１の撮像動作を開始するとき、第２の転
送クロックφ2と第５の転送クロックφ5とが立ち上げら
れ、それぞれの転送クロックφ2、φ5が印加される転送
電極の下のポテンシャルが深く形成される。このとき、
その他の転送クロックφ1、φ3、φ4、φ6は、立ち下げ
られたままであり、転送クロックφ1、φ3、φ4、φ6が
印加される転送電極の下のポテンシャルは浅いまま維持
される。これにより、第１の電荷蓄積期間中のタイミン
グｔ0では、転送クロックφ2、φ5が印加された転送電
極の下にポテンシャル井戸が形成され、このポテンシャ
ル井戸に、光電変換によって発生した情報電荷が蓄積さ
れる。

【００２２】情報電荷の蓄積開始から所定の期間Ｌ１を
経過した時点で、第３の転送クロックφ3が立ち上げら
れ、続いて、第２の転送クロックφ2が立ち下げられ
る。第２の転送クロックφ2が立ち下げられた後のタイ
ミングｔ1では、情報電荷を蓄積するポテンシャル井戸
が、期間Ｌ１に蓄積された情報電荷と共に、転送クロッ
クφ2が印加される転送電極の下から第３の転送クロッ
クφ3が印加される転送電極の下へ移動している。さら
に、第４の転送クロックφ4が立ち上げられた後、第３
の転送クロックφ3が立ち下げられると、ポテンシャル
井戸は、情報電荷と共に、第３の転送クロックφ3が印
加される転送電極の下から第４の転送クロックφ4が印
加される転送電極の下へ移動する。このとき、期間Ｌ１
で第２の転送クロックφ2が印加される転送電極の下に
蓄積された情報電荷が、同じ期間Ｌ１で第５の転送クロ
ックφ5が印加される転送電極の下に蓄積された情報電
荷に混合される。

【００２３】そして、第２の転送クロックφ2を立ち上
げた後、第４の転送クロックφ4を立ち下げて第２の撮
像動作を開始する。これにより、電荷蓄積期間中のタイ
ミングｔ2では、タイミングｔ0と同様に、転送クロック
φ2、φ5が印加された転送電極の下にポテンシャル井戸
が形成され、これらのポテンシャル井戸に、光電変換に
よって発生する情報電荷が再度蓄積される。この第２の
撮像動作は、期間Ｌ２の間継続される。

【００２４】第２の転送クロックφ2が印加される転送
電極の下のポテンシャル井戸には、第２の撮像動作の開
始時点では情報電荷がほとんど蓄積されていない。この
結果、第２の転送クロックφ2が印加される転送電極の
下のポテンシャル井戸、即ち、第１の受光画素Ｐ１に
は、第２の蓄積動作が行われる期間Ｌ２の間に発生した
情報電荷のみが蓄積される。一方、第５の転送クロック
φ5が印加される転送電極の下のポテンシャル井戸に
は、第２の撮像動作の開始時点でも、第１の撮像動作が
行われた期間Ｌ１に２つのポテンシャル井戸に蓄積され
た情報電荷が蓄積されている。この結果、第５の転送ク
ロックφ5が印加される転送電極の下のポテンシャル井
戸、即ち、第２の受光画素Ｐ２には、第１の撮像動作か
ら第２の撮像動作まで継続する期間Ｌ３の間に発生した
情報電荷が蓄積され、さらに、第１の撮像動作が行われ
る期間Ｌ１の間に第１の受光画素Ｐ１に発生する情報電
荷が加算される。

【００２５】以上の第１及び第２の撮像動作が完了した
後には、第１〜第６の転送クロックφ1〜φ6を互いに２
π／３の位相差でクロッキングし、各受光画素Ｐ１、Ｐ
２の情報電荷をそれぞれ独立した状態で転送出力する。
これにより、第１の受光画素Ｐ１に対応する出力及び第
２の受光画素Ｐ２に対応する出力、即ち、演算回路２０
において扱われる画像データＤ1、Ｄ2のレベルは、ゲー
トパルスの立ち上がりの期間において、Ｄ1：Ｄ2＝Ｌ２：（Ｌ１＋Ｌ３）なる関係を示す。ここで、各受光画素Ｐ１、Ｐ２は、通
常は情報電荷の蓄積容量が等しいため、第２の受光画素
Ｐ２の方が少量の入射光量で飽和状態となる。例えば、
図６に示すように、第１の受光画素Ｐ１の出力電圧が、
受光光量ｍ１で飽和レベルＶsとなるとき、第２の受光
画素Ｐ２の出力電圧は、受光光量ｍ１よりも小さい受光
光量ｍ２で飽和レベルＶsに達する。

【００２６】上述の演算回路２０においては、２種類の
画像データＤ1、Ｄ2に対して以下の処理が施される。こ
こでは、第１の撮像動作を行う期間Ｌ１と第２の撮像動
作を行う期間Ｌ２とが等しく、第１の受光画素Ｐ１から
第２の受光画素Ｐ２に情報電荷を転送するために要する
期間が期間Ｌ１、Ｌ２に比べて十分に小さく、無視でき
るものとする。このとき、タイミング制御回路１３から
入力される比Ｒは、「３」となり、１／（Ｒ−１）は
「１／２」となる。

【００２７】まず、第１の乗算器２１で画像データＤ1
が３倍され、図７に示すように、画像データＤ2とレベ
ルが一致する３倍の画像データ３Ｄ1が生成される。通
常、各画像データＤ1、Ｄ2には、本来の信号成分と、情
報電荷の垂直転送によって混入するスミア成分とが含ま
れているため、画像データＤ1を３倍すると、信号成分
の他にスミア成分も３倍される。そこで、第１の減算器
２３で、３倍した画像データ３Ｄ1から画像データＤ2が
減算されると、信号成分が相殺されてスミア成分が残
り、スミアデータＳ0が生成される。このスミアデータ
Ｓ0は、３倍されたスミア成分から１倍のスミア成分を
差し引いたものであり、実際の２倍の値を表す。続い
て、第２の乗算器２２においてスミアデータＳ0が１／
２倍されると、実際のスミア成分を表すスミアデータＳ
が生成される。

【００２８】第２及び第３の減算器２４、２５において
は、画像データＤ1、Ｄ2からスミアデータＳがそれぞれ
減算され、信号成分のみとなった画像データＤ'1、Ｄ'2
が生成される。この画像データＤ'1、Ｄ'2は、加算器２
６で互いに加算され、第３の画像データＤ3として出力
される。

【００２９】以上のような第３の画像データＤ3は、受
光感度の異なる２種類の画像データＤ1、Ｄ2を合成して
得られるもであり、固体撮像素子のダイナミックレンジ
を実質的に拡大している。例えば、図６に示すように、
受光光量がｍ２に達すまで出力電圧を受光光量に応じて
変化させることが可能になる。ここで、ダイナミックレ
ンジのみをみれば、第１の画像データＤ1が同じ範囲で
変化することになるが、第１の画像データＤ1は、低輝
度での受光感度が低くなるため、受光光量が少ないとき
に十分な出力を得られなくなる。第３の画像データＤ3
の場合、低輝度のときでも十分なレベルの出力を得なが
らも、ダイナミックレンジを広くすることができるよう
になる。

【００３０】また、第３の画像データＤ3は、受光光量
が０〜ｍ２の間とｍ２〜ｍ１の間とで、受光光量に対す
る出力電圧レベル、即ち、見かけ上の受光感度が異なる
ことになる。しかしながら、受光光量が小さいときに高
感度で大きいときに低感度となることから、各撮像動作
を行う期間Ｌ１、Ｌ２の比を最適化して受光光量に対す
る出力電圧の変化特性をガンマ補正の曲線に近付けれ
ば、再生画面の視覚的な不具合をなくすことができる。

【００３１】さらに、スミアデータＳによって表される
スミア成分は、１行単位で算出されるため、転送距離の
差による各行毎の差を正確に表している。さらに、この
スミア成分を得るタイミングと、実際の画像信号Ｙ1、
Ｙ2にスミア成分が混入するタイミングとがほぼ一致し
ているため、被写体の経時変化の影響を受けにくい。

【００３２】図８は、本発明の固体撮像装置において、
固体撮像素子を駆動する方法の他の例を示すポテンシャ
ル図であり、図９は、その動作を実現する転送クロック
のタイミング図である。この図においては、図４及び図
５と同様に、固体撮像素子１１の受光部１に、走査線数
の２倍の数の受光画素を垂直方向に配置し、奇数行の受
光画素と偶数行の受光画素とで情報電荷の蓄積時間をず
らす場合を示す。

【００３３】第１の撮像動作を開始するとき、第５の転
送クロックφ5が立ち上げられ、第５の転送クロックφ5
が印加される転送電極の下のポテンシャルが深く形成さ
れる。このとき、その他の転送クロックφ1〜φ4、φ6
は、立ち下げられたままであり、転送クロックφ1〜φ
4、φ6が印加される転送電極の下のポテンシャルは浅い
まま維持される。これにより、第１の電荷蓄積期間中の
タイミングｔ0では、第５の転送クロックφ5が印加され
た転送電極の下にポテンシャル井戸が形成され、このポ
テンシャル井戸に、光電変換によって発生した情報電荷
が蓄積される。

【００３４】情報電荷の蓄積開始から期間Ｌ１を経過し
た時点で第１の撮像動作を終了し、第２の転送クロック
φ2を立ち上げて第２の撮像動作を開始する。第２の撮
像動作の開始では、第２の転送クロックφ2のみが立ち
上げられ、その他の転送クロックφ1、φ3〜φ6は、第
１の撮像動作のまま維持される。第２の撮像動作が開始
された後のタイミングｔ1では、情報電荷を蓄積するポ
テンシャル井戸が、第２の転送クロックφ2が印加され
る転送電極の下にも形成される。これにより、電荷蓄積
期間中のタイミングｔ2では、転送クロックφ2、φ5が
印加される転送電極の下にそれぞれポテンシャル井戸が
形成され、これらのポテンシャル井戸に、光電変換によ
って発生する情報電荷が再度蓄積される。この第２の撮
像動作は、期間Ｌ２の間継続される。

【００３５】第２の転送クロックφ2が印加される転送
電極の下のポテンシャル井戸、即ち、第１の受光画素Ｐ
１には、第２の蓄積動作が行われる期間Ｌ２の間に発生
した情報電荷のみが蓄積される。一方、第５の転送クロ
ックφ5が印加される転送電極の下のポテンシャル井
戸、即ち、第２の受光画素Ｐ２には、第１の撮像動作が
行われる期間Ｌ１と第２の撮像動作が行われる期間Ｌ２
とを通して発生した情報電荷が蓄積される。

【００３６】以上の第１及び第２の撮像動作が完了した
後には、第１の実施形態と同様に、第１〜第６の転送ク
ロックφ1〜φ6を互いに２π／３の位相差でクロッキン
グすることで、各受光画素Ｐ１、Ｐ２の情報電荷をそれ
ぞれ独立した状態で転送出力する。これにより、第１の
受光画素Ｐ１に対応する出力及び第２の受光画素Ｐ２に
対応する出力は、Ｐ１：Ｐ２＝Ｌ２：（Ｌ１＋Ｌ２）なる関係を示す。以上のようにして得られる画像信号に
ついては、第１の受光画素Ｐ１に対応する画像信号レベ
ルと第２の受光画素Ｐ２に対応する画像信号レベルとの
比が異なる点を除いて、第１の実施形態と同様に取り扱
うことができる。従って、固体撮像素子のダイナミック
レンジの拡大や、スミア成分の検出が可能になる。

【００３７】なお、受光部に配列される受光画素の全て
の行を第１及び受光画素Ｐ１、Ｐ２に割り当てる場合を
例示したが、３行以上連続して配置される受光画素の
内、隣接する２行を第１及び第２の受光画素Ｐ１、Ｐ２
に割り当てるようにしてもよい。例えば、４行分の受光
画素で、１行目に第１の受光画素Ｐ１を割り当て、第２
行目に第２の受光画素Ｐ２を割り当てるようにして、３
行目及び４行目は、他画素からの情報電荷の合成等を行
うことなく、単独で情報電荷の蓄積を行うようにする。

【００３８】また、ラインメモリ１６及び演算回路２０
については、適数行の画像データＤ1を記憶可能なメモ
リ回路と、そのメモリ回路に対してデータの読み出し及
び書き込みを演算処理と共に繰り返すデジタル信号処理
回路によって構成することも可能である。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、１つの固体撮像素子か
ら２種類の画像信号を取り出すことができ、それらの画
像信号に対して演算処理を施すことで、ダイナミックレ
ンジの拡大や、スミア成分の算出が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体撮像装置の構成を示すブロック図
である。

【図２】本発明の固体撮像装置の動作を説明するタイミ
ング図である。

【図３】画像データをアナログ的に表した波形図であ
る。

【図４】本発明の固体撮像装置の動作の一例を示すポテ
ンシャル図である。

【図５】図４の動作を実現する転送クロックの波形図で
ある。

【図６】受光光量と出力電圧との関係を示す図である。

【図７】信号成分とスミア成分との関係を示す図であ
る。

【図８】本発明の固体撮像装置の動作の他の例を示すポ
テンシャル図である。

【図９】図８の動作を実現する転送クロックの波形図で
ある。

【図１０】フレーム転送方式の固体撮像素子の模式的平
面図である。

【図１１】フレーム転送方式の固体撮像素子の動作を説
明するタイミング図である。

【符号の説明】

１受光部２蓄積部３水平転送部４出力部１１固体撮像素子１２駆動回路１３タイミング制御回路１４アナログ処理回路１５Ａ／Ｄ変換回路１６ラインメモリ２０演算回路２１、２２乗算器２３〜２５減算器２６加算器 φF フレーム転送クロック φV 垂直転送クロック φH 水平転送クロック φB 基板クロック

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の受光画素が１行単位で複数行配置
され、この複数行の第１の受光画素の間に上記第１の受
光画素から独立して駆動可能な第２の画素が１行単位で
配置された固体撮像素子と、上記固体撮像素子の第１及
び第２の受光画素を駆動して第１の受光画素と第２の受
光画素とで互い異なる時間情報電荷の蓄積を行うと共
に、上記第１及び第２の受光画素に蓄積された情報電荷
をそれぞれ独立して転送出力する駆動回路と、上記固体
撮像素子の第１の受光画素での情報電荷の蓄積時間と第
２の受光画素での情報電荷の蓄積時間とをそれぞれ設定
するタイミング設定回路と、上記固体撮像素子の第１の
受光画素に対応する第１の出力と第２の受光画素に対応
する第２の出力とを加算して画像信号を生成する信号処
理回路と、を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】上記信号処理回路は、上記固体撮像素子
の第１及び第２の受光画素での情報電荷の各蓄積時間の
比と、上記固体撮像素子の第１及び第２の受光画素に対
応する第１及び第２の出力の差と、に応じて垂直転送ス
ミアを算出することを特徴とする請求項１に記載の固体
撮像装置。
【請求項３】上記信号処理回路は、上記固体撮像素子
の第１及び第２の受光画素での情報電荷の各蓄積時間の
比と、上記固体撮像素子の第１及び第２の受光画素に対
応する第１及び第２の出力の差と、に応じて算出した垂
直転送スミアを上記画像信号から差し引くことを特徴と
する請求項２に記載の固体撮像装置。