JPH0446503B2 - - Google Patents

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JPH0446503B2
JPH0446503B2 JP60095262A JP9526285A JPH0446503B2 JP H0446503 B2 JPH0446503 B2 JP H0446503B2 JP 60095262 A JP60095262 A JP 60095262A JP 9526285 A JP9526285 A JP 9526285A JP H0446503 B2 JPH0446503 B2 JP H0446503B2
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JP
Japan
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memory
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offset
sensitivity
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JP60095262A
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JPS61253978A (ja
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Isao Tofuku
Yoshinori Tsujino
Hiroyuki Ishizaki
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 複数の画素と、それらに発生する電荷の転送手
段を有する固体撮像素子を用いた撮像装置であつ
て、補正データを収納するメモリを蓄積時間に対
応した個数分用意しておき、補正データ入力時に
蓄積時間をフレーム毎に切替えて各蓄積時間に対
応する補正データを入力してメモリに格納し、蓄
積時間を切替えた時に補正用のデータも切替えて
処理し、画質劣化なく撮像できるようにする。
〔産業上の利用分野〕
本発明は2次元固体撮像素子を用いた撮像装置
に係り、特に、入射光が微弱なものから大きなも
のに変化する場合、自動的に感度を調整し、入射
光が小さい場合には高感度になり、入射光が大き
い場合には感度を小さくして、オーバ・フローを
抑えることができる撮像装置に関する。
〔従来の技術〕
第3図に、一般的な電荷転送型固体撮像素子の
入力部の断面概略を示している。図において、3
1はフオト・ダイオード、30は半導体基板、3
2は入力部S、33は入力ゲートIG、34はトラ
ンスフア・ゲートTG、34はCCDの転送電極で
ある。
入射光によるフオト・ダイオード31(受光セ
ンサ)からのキヤリアは、入力ゲートIG33、ト
ランスフア・ゲートTG34の下を通り、CCD部
35へと転送される。
第3図に示す素子のダイナミツク・レンジは得
られる電荷量とCCDの電位の井戸の大きさ、す
なわち、光学系の明るさ、透過率、電位の井戸の
大きさ等により決まる。
ところが、入射光が微弱なものから、大きなも
のに変化する場合、電荷転送装置(CCD)の電
荷蓄積容量の大きさに制限されて、十分な感度と
ダイナミツク・レンジが得られなくなる。例えば
低照度でも大きな信号値が得られるように光学系
を明るいものにすると、入射光が少し大きくなつ
た場合でも電荷が井戸から溢れ、ブルーミングを
起こすようになる。一方、強い光でも飽和しない
ように光学系を暗いものにすると、システムの検
出感度が低下するという欠点が生ずる。
このような欠点を克服するために、本発明者に
より、先に蓄積時間をフレーム毎に変化する方法
特願昭59−111214号、及び特願昭59−279912号が
発明された。それは例えば第4図に示すごとく、
電荷蓄積時間Tsを動作フレームTF毎に少なくと
も2種類Ts1,Ts2,Ts1<Ts2に切換え、交互に
異なる蓄積時間にして撮像し、長い蓄積時間Ts2
のフレームにおける出力信号の内、強い入射光に
対してオーバ・フローを生じている信号を除去し
た後、短い蓄積時間Ts1のフレームにおける信号
を加算し、出力するようにする。それにより長い
蓄積時間のフレームで得られる画像信号のうち、
オーバ・フローしている信号が除去され、次の短
い蓄積時間のフレームで得られた画像信号のみ加
算され出力するから、強い入射光点を欠落するこ
となく、かつダイナミツク・レンジの改善が実現
できる。
ところが、上記のフレーム毎に蓄積時間を変え
る方法は飽和信号と感度を任意に設定できダイナ
ミツク・レンジが広くできるという利点を有する
が、実際にこれを撮像装置に適応する場合に一つ
の困難に直面する。それは、実際上、固体撮像素
子の各画素の出力にオフセツトと感度のバラツキ
が存在する場合に蓄積時間を変化した際、このオ
フセツト値が変化し、画像が劣化することが考え
られるからである。
これについて、さらに詳しく第5図及び第6図
を用いて説明すると、第5図は、先の第3図の素
子の平面構成を表わす図であり、各部の記号は統
一している。前記と同様に、画素毎の入力部Sに
フレーム毎に異なる蓄積時間Ts1,Ts2(Ts1
Ts2)蓄えられた電荷は、破線のごとくIG(入力ゲ
ート),TG(トランスフア・ゲート)を介して、
CCD転送部に送られる。CCDの転送電極φoにパ
ルス電圧を加えると、シリコン基板の表面に空乏
層を生じ、ポテンシヤル井戸が形成される。光の
照射による信号電荷が導入されると、信号電荷は
このポテンシヤル井戸に蓄えられる。隣の転送電
極φo+1にパルス電圧を加え、ポテンシヤル井戸を
形成すると同時に初めの転送電極φoの電圧を取
去ると、初めの転送電極φo下の信号電荷は隣の
ポテンシヤル井戸へ転送される。
光の照射により生成される信号電荷は、入射光
量、光学系の明るさ(Fナンバー)、透過率、シ
リコン基板中での量子効率、蓄積時間により決ま
る。
一方、電荷転送装置(CCD)の電荷蓄積容量
の大きさは、SiO2の膜厚、電極面積、基板のキ
ヤリア濃度により決まり、上限がある。したがつ
て、強い光が照射されると、ポテンシヤル井戸の
容量をオーバして溢れる。その結果、第6図に表
わすように、転送方向に対して白い線になつて表
われる、所謂ブルーミング現象が起こる。
このオーバ・フローを防止し、良好な絵を得る
ために、前述のように蓄積時間をフレーム毎に変
えるようにすると前述のようにオフセツト値が変
化し、画像が劣化する。
第7図Aに、1フレームの走査時間と通常の入
射光量(蓄積時間Ts2)の場合のCCDの出力の信
号レベルを表わしており、図Bに入射光量大でオ
ーバ・フローが生じる際に蓄積時間を切換える場
合のCCDの出力信号レベルの関係を表わしてい
る。1フレームの走査時間内(この場合2次元の
固体撮像素子の各画素)において、斜線で示すオ
フセツトと白棒で示す感度のバラツキがある。こ
れに対して、第7図Bにおいて、オーバ・フロー
の防止のために蓄積時間を短かくした場合には、
図のように信号レベルが下がる一方、オフセツト
も変わり、各画素毎のオフセツトのバラツキも変
化することになる。
真正な信号レベルを検出するために、オフセツ
トを減算し、感度(ゲイン)で割つた補正値を求
めるが、第7図A,Bのように蓄積時間によりオ
フセツトが変化すると、適正な補正処理が困難に
なり、画像が劣化する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、蓄積時間を入射光量に応じてフレー
ム毎に変化する機能を有し、オーバ・フローによ
るブルーミング等の画像劣化を防止する撮像装置
において、蓄積時間を変化させることによるオフ
セツトの変動の適正な補正を可能にするものであ
る。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、第1図にその概念を表わしているよ
うに、複数の画素と、該各画素に発生する電荷の
転送手段を有する固体撮像素子1が用いられ、撮
像時の入射光量の変化に従つて蓄積時間をフレー
ム毎に切替える手段21を備える撮像装置におい
て、次の(a)〜(d)を含む。
(a) 蓄積時間の個数分(n個)用意され、該固体
撮像素子1の画素毎の出力のオフセツトと感度
の補正データを収納するためのメモリ・25。
(b) 補正データの入力時に、蓄積時間を順次切替
えることにより、各蓄積時間に対する補正デー
タを前記メモリ25に収納する手段22。
(c) 撮像時において、前記蓄積時間をフレーム毎
に切替える手段21の切替えに応じて前記メモ
リ25に収納された補正データを読出す手段2
4。
(d) 該読出された補正用のデータを用いて撮像デ
ータを補正する手段23。
〔作 用〕
上記により、各メモリには相異なる蓄積時間
Ts1〜Tsoのそれぞれに対応した補正データが格
納されるから、入射光量が変化した場合に、入射
光量に従つて蓄積時間と同時に補正のために用い
るデータも切替えるようにすれば、適正な補正処
理を補正手段23で行なうことができ、画質が劣
化することなく撮像することが可能になる。
〔実施例〕
第2図に本発明の実施例の回路図を表わしてあ
り、図において1は先に第3図及び第5図に表わ
してあるような二次元固体撮像素子であり、その
出力はアンプ2を通りA/D変換器3に入力され
デジタル・データとなる。このデジタル・データ
中には二次元固体撮像素子の各画素のオフセツト
と感度(ゲイン)のバラツキが含まれている。
そこで、減算器4によりオフセツトを除き、除
算器5により感度のバラツキを補正し、均一化す
る。
この場合のオフセツト補正データは、オフセツ
ト・メモリ6及びオフセツト・メモリ7に記
憶されており、一方感度補正データはゲイン・メ
モリ8及びゲイン・メモリ9に記憶されてお
り、それぞれ撮像時の蓄積時間に従つてマルチ・
プレクサ(MPX)10、または、11により選
択されて読出される。
オフセツトと感度が補正されたデータはフレー
ム・メモリ12、フレーム・メモリ13に交
互に入力され、TV表示タイミングに従つて交互
にD/A変換器14に読出され、CRT15に表
示される。
図中、コンパレータ17とカウンタ18に二次
元固体撮像素子1の出力の飽和を検知するために
存在し、例えばA/D変換器3の値がある一定の
値を越えた時にコンパレータ17は1パルスを出
し、カウンタ18はこのパルスを計数することに
より、ある一定の値を越えた画素がいくつあるか
をカウントする。該カウント値が一定以上になつ
たらマイクロプロセツサ16はオーバ・フローが
生じたと判断し、切換信号をMPX10,11に
送出し、またタイミング発生器19に信号を送
り、二次元固体撮像素子1の駆動パルスを発生せ
しめ、蓄積時間を以前より短かいTs1(Ts1<Ts2
に切替える。
なお、マイクロプロセツサ16は、その他全体
の制御を行なつている。
次に、本発明の中心になる補正データの取込み
と蓄積時間の切替の動作を示す。
〔補正データの入力〕
補正データの入力時には、マイクロプロセツサ
16は先ず所定の蓄積時間Ts1を設定し、二次元
固体撮像素子1は蓄積時間Ts1で動作する。
次に、低輝度と高輝度の基準光源(図示せず)
により、二基準のデータがフレーム・メモリ、
にそれぞれ入力され、そのデータをマイクロプ
ロセツサ16が読取り、オフセツト補正データと
感度補正データを計算し、その結果をオフセツ
ト・メモリとゲイン・メモリに入力する。
このようにして蓄積時間Ts1の補正データが得
られた後は、蓄積時間をTs2(Ts2>Ts1)にして
同じことを繰返し、得られた補正データをオフセ
ツト・メモリ7とゲイン・メモリ9に入力す
る。
〔撮像時の蓄積時間の切替〕
低照度での動作は蓄積時間Ts2(>Ts1)で動作
を行なつている。この場合、オフセツト・メモリ
7とゲイン・メモリ9を使用している。
A/D変換器3によりA/D変換されたデータ
はコンパレータ17に入力され、出力が一定値以
上かどうかを判定し、一定値以上の時にコンパレ
ータ17はカウンタ18に出力する。カウンタ1
8からの出力は二次元固体撮像素子の出力が一定
値以上の画素数を示しており、この出力が一定値
以上であれば二次元固体撮像素子の出力が飽和し
たものと判定することができる。
今、入射光が急増してカウンタ出力が一定値に
達した場合、マイクロプロセツサ16は蓄積時間
を切替えてTs1にし、同時にマルチプレクサ1
0,11に切替信号を送つてオフセツト・メモリ
7及びゲイン・メモリ9を選択する。それに
より、過大な入力に対しても出力が飽和すること
なく、しかも画質が劣化することのない撮像動作
が得られる。
以上に示したことから明らかなように、本実施
例によれば、固体撮像素子の出力に画素毎のオフ
セツトと感度のバラツキがある場合においても、
大きく変化する入射光に対して常に得られる信号
値が一定範囲になるように感度を調整できるた
め、撮像装置の高性能が可能になる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、固体撮像素子の出力が画素毎
にオフセツトと感度のバラツキがある場合でも、
画質を劣化することなしに、入射光量の変化に従
つて受光感度を切替えることができ、高感度で高
ダイナミツクレンジの撮像動作が得られ、撮像装
置の高性能化に著効がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の概念図、第2図は本発明の実
施例の回路図、第3図は固体撮像素子の入力部を
示す断面図、第4図は従来例の波形図、第5図は
固体撮像素子の入力部の平面図、第6図はブルー
ミング現象の説明図、第7図A,Bはオフセツト
のバラツキの影響を説明する図。 主なる符号、1…二次元固体撮像素子、4…減
算器、5…除算器、6…オフセツト・メモリ、
7…オフセツト・メモリ、8…ゲイン・メモリ
、9…ゲイン・メモリ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 複数の画素と、該各画素に発生する電荷の転
    送手段を有する固体撮像素子1が用いられ、撮像
    時の入射光量の変化に従つて蓄積時間をフレーム
    毎に切替える手段21を備える撮像装置におい
    て、 (a) 蓄積時間の個数分用意され、前記固体撮像素
    子1の画素毎の出力のオフセツトと感度の補正
    データを収納するためのメモリ25と、 (b) 補正データの入力時に、蓄積時間を順次切替
    えることにより、各蓄積時間に対する補正デー
    タを前記メモリ25に収納する手段22と、 (c) 撮像時において、前記蓄積時間をフレーム毎
    に切替える手段21の切替えに応じて前記メモ
    リ25に収納された補正データを読出す手段2
    4と、 (d) 該読出された補正データを用いて撮像データ
    を補正する手段23、 の(a)〜(d)を含むことを特徴とする撮像装置。
JP60095262A 1985-05-02 1985-05-02 撮像装置 Granted JPS61253978A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20050212936A1 (en) * 2004-03-25 2005-09-29 Eastman Kodak Company Extended dynamic range image sensor with fixed pattern noise reduction
JP6253272B2 (ja) * 2013-06-18 2017-12-27 キヤノン株式会社 撮像装置、撮像システム、信号処理方法、プログラム、および、記憶媒体

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