JPH0834570B2

JPH0834570B2 - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH0834570B2
Application number: JP62174799A
Authority: JP
Inventors: 巖鮎沢; 義弘戸高
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-07-15
Filing date: 1987-07-15
Publication date: 1996-03-29
Anticipated expiration: 2011-03-29
Also published as: JPS6419880A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、固体撮像素子を用いた撮像装置の露光量制
御装置に係り、特に高コントラストの被写体を撮像する
場合における露光量制御特性を改善した固体撮像装置に
関する。

〔従来の技術〕

従来のこの種の露光量制御装置としては、例えば特開
昭57−4666号公報に記載のものがある。（以下、これを
第１の公知列と呼ぶ）。

上記装置では、撮像素子からの撮像出力信号を信号レ
ベル検出回路により検出し、該レベル検出回路の出力で
絞り機構を制御する構成において、上記レベル検出回路
の特性を適宜選択して高コントラストの被写体の撮像に
対処せんとするものである。

また、他の従来技術として、テレビジョン学会1982年
全国大会予稿集31頁〜32頁に記載のものがある（以下、
これを第２の公知例と呼ぶ）。

これにおいては、固体撮像素子の光電変換ホトダイオ
ード部での信号電荷蓄積時間を制御して、高コントラス
ト被写体撮像時にコントラストの圧縮が可能であること
が示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記第１の公知例の装置では、撮像画像中で高輝度部
分の面積比率が大きい時には、ビデオ信号のピーク値レ
ベルが一定となるように絞り値が制御され（ピーク検波
方式と呼ぶ）、高輝度部分の面積比率が小さい時には、
ビデオ信号の平均値レベルが一定となるように絞り値が
制御される（平均値検波方式と呼ぶ）。

以上の特性のため、上記従来装置では、大面積を占め
る明るい背景中の主被写体（たとえば海、空を背景にし
た人物）を撮影する場合、背景は適切に露光量設定され
るが、主被写体が暗く沈んでしまうという欠点がある。
また、画の一部に明るい部分が入ると、他の部分は適切
に露光量設定されるが、明るい部分は、ビデオカメラ等
の信号回路のクリツプ特性により、光量（明るさ）に比
例した信号レベルを保持できなくなり、いわゆる白つぶ
れ現象を生じて画像情報が失なわれてしまう。さらに、
この場合の重大な問題点として、明るい部分の入射光量
が過大なため、撮像素子の結像部（受光面）に光電変換
により生成される電荷が過剰になり、高光量画像の決像
部からその周辺の領域にあふれ出るいわゆるブルーミン
グ現像の発生がある。ブルーミングが起こると、再生画
像上で、高輝度画像部の周辺の本来低輝度で再生される
べき画像部まで高輝度で再生されてしまうことになり、
画質劣化が著しい。この現像が重大な問題点である理由
は、撮像素子の信号出力部で既に本来あるべき画像情報
が失なわれてしまうため、これ以降の信号処理回路等に
よつての回復が原理的に不可能となることにある。

従来例として、画像中の明るい部分と暗い部分との面
積比率に対応し、ピーク検波方式と平均値検波方式とを
切り替えて自動的に絞り値を制御する例を説明したが、
自動絞り制御（オートアイリス）方式としても上記例の
他に、明るい部分の面積比率が大の時に主被写体が暗く
沈むことをきらつて、この時いも平均値検波方式を採る
ようにしたものもある。また、オートアイリス方式での
上記した問題を軽減するため、露光補正と称する主動に
ての絞り値の可変が可能であるようにしたものも多い。

しかしながら、上記従来例の方式では、いずれも絞り
値のみの可変で露光量をコントロールするものであるた
め、高コントラストで明るい部分、暗い部分の面積比率
が多様である様々の被写体に対し、常に適正な露光量を
得ることは困難である。すなわち、明るい部分を重視し
て白つぶれ、ブルーミング等が発生しないように設定す
れば、明るい部分が暗く沈みすぎること（黒つぶれ）は
避け難く、逆に暗い部分を重視して黒つぶれのない適正
な露光を得ようとすれば、明るい部分で白つぶれ、ブル
ーミング等が発生することが避けられない。

また、前記、第２の公知例の技術を用いた場合には、
高コントラストの入射光時に、固体撮像素子の電荷蓄積
時間を短かくしてコントラスイトを圧縮するので、白つ
ぶれ、ブルーミング、黒沈み等は防止できる。ただし該
公知例記載の方法では、画面全領域でコントラストが低
下するので、たとえば主被写体が暗く、背景が高輝度で
ある場合、主被写体のデイテイルの情報が失われてしま
う。

このため、従来、例えば、逆光撮影時にはスポツトラ
イトや光反射板などを用いて暗い部分を補助的に証明す
ることにより、被写体のコントラストを低下させる等、
煩雑かつ専門家的な知識を要する撮影方法が必要であつ
た。

本発明の装置は、その出力に、被写体自体のコントラ
ストに依存しない自由なコントラストの映像信号を簡単
な操作で得ることを可能としたものであり、被写体の明
るい部分にも暗い部分にも適切な露光量を与えることの
できる装置を提供することを目的とする。また、さらに
は、被写体自体のコントラストによらない自由なコント
ラストの再生画像を得ることのできる装置を提供するこ
とを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、固体撮像素子の映像結像受光面（光電変
換素子アレー配置面）に配置されているホトダイオード
等からなる光電変換素子（以下絵素と呼ぶ）における光
電変換電荷の蓄積時間を、受光面の各部分領域毎に独立
に設定可能とすることにより、達成させる。

〔作用〕

絵素における光電変換電荷の蓄積開始時刻t_W、および
該絵素に蓄わえられた電荷を絵素外部に読み出す電荷読
み出し時刻t_Rを、制御信号によりコントロールする。こ
のコントロールを各絵素単位あるいは各絵素領域単位で
独立して行なう。以上により、光蓄積時間（露光時間）
Ｔを設定する。

撮像素子における露光量（光電変換電荷蓄積量）Ｑ
は、次式で表わされる。

ここでＬは撮影レンズからの入射光量、Ａは絞り値
（いわゆるＦナンバー）である。

高コントラストの被写体を撮像する時には、受光面の
各部分に結像すべく入射される光量が、上記各部分毎に
大きく異なることになる。従来装置では、上記Ａあるい
はＴを適宜に設定して露光量を調整するが、受光量の各
部分に対応して異なるＡあるいはＴ値を設定することは
不可能であり、前記した不都合が生ずる。

本発明によれば、上記したコントロールにより受光面
各部における露光時間Ｔを自由に設定できるようになる
ので、受光面各部の露光量を自在に調整することができ
る。したがつて、撮像素子の出力信号のデベルを、各部
毎に自由に制御可能となり、前記従来例の不都合も解消
できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の一実施例の構成図であり、１は固体
撮像素子、２は固体撮像素子を動作させるためのパルス
を発生する駆動パルス発生回路、４は固体撮像素子出力
の映像信号の増幅及びテレビジヨン信号への変換等の処
理を行ない、テレビジヨン信号等の形の出力信号３を生
成する信号処理回路４である。

先ず、固体撮像素子１の構成を説明する。絵素セルPC
はホトダイオード５、MOSトランジスタで形成された垂
直スイツチ６と水平スイツチ７、とからなり、これを水
平方向（同図の左右方向）と垂直方向（同図上下方向）
に配列して受光面を形成する。水平方向に整列した絵素
セル行を順次選択するための垂直走査海路A8と、垂直方
向に整列した絵素セル列を順次選択するための水平走査
回路９と、これら垂直、水平走査回路の出力パルスを垂
直スイツチ６、水平スイツチ７のゲート端子に導く各々
垂直ゲート線10、水平ゲート線11とにより、各絵素セル
PCを順次走査してホト、イオード５の接合容量に蓄積さ
れた光量変換電荷を水平信号線12に順次導出する。この
電荷は、垂直走査回路A8により、絵素セル行の選択と対
応して同時に選択、導通制御される信号読出しスイツチ
であるMOSトランジスタ13を介して出力端子14に導びか
れる。

上記した固体撮像素子１の出力端子14には、ビデオバ
イアス電圧と呼ばれる基準電圧を有する電源15と負荷抵
抗16が接続され、導出された電荷量に比例した電圧とし
て固体撮像素子出力信号を得て、信号処理回路４に入力
する。

駆動パルス発生回路２では、絵素セルの読出しタイミ
ングを制御するパルスを読出しタイミング制御用パルス
発生器17にて生成し、垂直走査回路A8、水平走査回路９
をこのパルスにより駆動する。

以上までの構成は、テレビジヨン学会誌、第40巻、第
11号（1986年11月）（以後文献１と呼ぶ）の1069頁図７
に記載された固体撮像素子およびこれを用いた撮像装置
と同一である。

本発明の特徴は、上記構成して追加して、垂直走査回
路B18、電荷排出スイツチMOSトランジスタ19、および垂
直走査回路B18を駆動し、ホトダイオードでの信号電荷
蓄積開始タイミングを制御するパルス発生回路20、を設
けたことにある。

次に、第２図、第３図を用いて第１図の撮像装置の動
作を詳細に説明する。

第２図と第３図は第１図の各部の動作波形図である。
垂直走査回路A8、同B18、水平走査回路９は、前記文献
１の1068頁図３に記載された構成と動作を有するものな
ので詳細な説明は省略する。

第２図のΦ_1NA，Φ_IA，Φ_2Aは垂直走査回路A8の駆動
パルスであり、Φ_1NAは同期パルス、Φ_1A，Φ_2Aは走査
回路を構成するシフトレジスタの駆動パルス（クロツク
パルス）である。また、N_1A，N_2A，N_3Aは第１図の絵素
セル行（第１行はPC（1,1），（1,2），……，（1,
m）、第２行はPC（2,1），（2,2）……（2,m）、以下第
ｌ行はPC（l,2）……（l,2）……（1,mである）に対応
した垂直走査回路A8の出力であり、Φ_1A，Φ_2A，Φ_3Aが
それぞれ第１行、第２行、第３行に対応する。第２図で
はN_3A以降は省略したがN_1AからN_3Aまでと同様な位相関
係でN_lAまで発生するものである。

ここで垂直走査の一順するくり返し周期をT_Vとする
（一般のテレビカメラではT_Vがテレビジヨン信号のフイ
ールド周期である）。よつて、Ｎの出力周期T₁はT_Vと一
致する。

第３図は水平走査回路９の動作タイミングを示すもの
であり、水平走査回路９は垂直走査回路の出力Ｎがいず
れかの出力端に発生する毎に同一動作をくり返す。水平
走査回路９も上記垂直走査回路と同一構成であり、Φ
_1NHは同期パルス、Φ_1H，Φ_2Hはシフトレジスタクロツ
クパルスである。また、Φ_1NHはＮと同期して発生し、
水平走査回路出力N_1H，N_2H，……N_mHは絵素セル列は
（第１列はPC（1,1）,PC（2,1）,PC（3,1），……PC
（l,1）、第２列はPC（1,2）,PC（2,2）,PC（3,2）……
PC（l,2）、第ｍ列はPC（l,m）,PC（2,m）,PC（3,m），
……PC（1,m）である）に対応した水平ゲート線11に出
力さでるパルスであり、N_1H，N_2H，……N_mHがそれぞれ
第１、第２、……第ｍ列に対応する。第３図ではN_3H以
降を省略したが、N_1H，N_2Hと同様な位相関係で順次出力
されるものである。

ここで、今Ｎが第２図N_3AであるとすればPC（3,1）の
ホトダイオードの蓄積電荷は第３図N_1Hの発生タイミン
グで、PC（3,2）のそれぞれはN_2Hの発生タイミングで信
号出力として固体撮像素子１から読出される。第２
図、第３図からわかる様に、以上の結果第３行目に配列
されたホトダイオードは第２図T₁の周期でそこに蓄積さ
れた電荷が瞬時に読出されるので、光電変換電荷の蓄積
期間はある読出しタイミングと次の読出しタイミングの
間の時間となり、ほぼ第２図T₁が蓄積時間となる。

従来のテレビカメラ等では、以上の動作のみで固体撮
像素子からの信号読出しが行なわれるので、受光面中の
全体ホトダイオードにおける電荷蓄積時間が同一になつ
ていた。

本発明でこの蓄積時間を絵素ブロツク毎に異なる値に
設定できることを次に説明する。

前記した垂直走査回路A8と同一構成でなる垂直走査回
路B18に、読出しタイミング制御用パルス発生回路17と
同期して動作するパルス発生懐炉20から駆動パルスを与
える。この駆動パルスを第２図Φ_INB，Φ_1B，Φ_2Bに、
走査回路18の出力パルスをN_1B，N_2B，N_3Bに示す。垂直
走査回路B18の動作は同A8と同一である。

ただし、同期パルスΦ_INBの発生タイミングがΦ_INAに
対し、第２図に示す時間T₂だけオフセツトされているこ
と、およびクロックパルスΦ_1B，Φ_2Bが垂直走査回路出
力のN_1B，N_2Bが出力されるまでの間だけ供給されている
ことが垂直走査回路B18の動作制御の特徴である。

垂直走査回路Ａと同Ｂとの出力パルスは、垂直ゲート
線部に設けた論理和手段（第１図ではダイオード21,22
で構成されるダイオードオア回路）により、論理和をと
つて垂直ゲート線に供給される。

このため、第２図のN_1Bの発生タイミングで第１行の
ホトダイオードに蓄積された電荷が、N_2Bの発生タイミ
ングで第２行のそれが、排出スイツチMOSトランジスタ1
9を介し、ビデオバイアス電源15に向けて導出される。

したがつてこの時点で第１行目、第２行目のオトダイ
オードの蓄積電荷は一旦排出されてしまい、これ以降再
度電荷蓄積を開始することになる。

以上の説明から明らかなように、第２図の駆動パルス
タイミングで動作する第１図の撮像装置においては、第
１行目と第２行目の絵素ブロツクでは信号として読出さ
れる電荷の蓄積時間がT₂となり、その他の絵素行のブロ
ツクではT₁となる。すなわち絵素ブロツク毎に異なる電
荷蓄積時間が設定される。

第４図は第１図の蓄積開始タイミング制御用パルス発
生回路の一具体例を示す構成図、第５図はその各部の動
作波形図である。

同図において、基準周波数クロツク発生回路101とカ
ウンタ等からなる論理回路102とで、前記文献１で示す
固体撮像素子の駆動パルスを生成するパルス発生回路
（第１図の17）が構成される。

パルス発生回路20では、まず単安定マルチバイブレー
ク103でΦ_INAを入力として、第５図T_dで示す時間だけ遅
延した位相をもつパルス104を生成する。パルス104はオ
ア回路105を介してＴフリツプフロツク（TFF）106をリ
セツトするので、パルス104の発生終了後TFF106はパル
スΦ_2Aをクロツクとして動作を開始し、そのＱ出力にパ
ルス107は、出力にこれの極性反転パルス108を出力す
る。

単安定マルチバイブレータ109はパルス108を入力と
し、パルス幅T_Wをもつ出力パルス110を生成する。パル
ス110をデータ入力、Φ_1AをクロツクパルスとするＤフ
リツプフロツプ（DFF）111でパルス112を生成する。パ
ルス112とパルス110とからオア回路113を介しパルス114
を生成し、アンド回路115,116でそれぞれΦ_1A，Φ_2Aと
パルス114との論理積をとればパルス117,118が得られ
る。

上記パルス107,117,118がそれぞれ第２図のΦ_INB，Φ
_IB，Φ_2Bに対応する。TFF119はパルス107が１回発生し
た後パルス120を発生し、パルス104が発生した時点でパ
ルス120の発生を停止させる。パルス120をオア回路105
を介してTFF106のリセツト端子に入力しているので、パ
ルス107はΦ_INAの１くり返し周期毎に１回だけ発生する
ことになる。

ここで単安定マルチバイブレータ103に、一端を動作
電源121に接続した可変抵抗器122を接続し、この抵抗値
を変えれば第５図のTdを可変でき、したがつて第２図の
T₂を変えることができる。また単安定マルチバイブレー
タ109に同様にして第５図のTwが可変でき、パルス117,1
18の発生パルス数を変えることができるので、電荷蓄積
時間T₂を有する絵素ブロツクの面積を変えられる。

以上説明した実施例の効果を、第６図で説明する。

第６図は上記実施例の装置の出力を供給したモニタテ
レビの画面を示す概念図であつて画面上部が蓄積時間T₂
で生成された信号の再生位置、斜線部が蓄積時間T₁で生
成された信号の再生位置である。上記実施例では、T₂＜
T₁であるから、複写体の明るさが全画面で均一であれ
ば、画面上部が下部よりも暗くなつて再生される。

ところで、通常ビデオカメラでの撮影される被写体に
おいては、画面上部に明るい空等が入る場合が多い。こ
のような時に本装置を用いれば高輝度部の蓄積時間を減
じることができ、白つぶれ、ブルーミング等の発生が防
止できる。

第（４）図の駆動パルス発生回路を用いた場合には、
T₁とT₂の２つの蓄積時間設定が可能であるが、２つ以上
の時間設定を可能とする駆動パルス発生回路の実施例を
以下に説明する。

第７図は駆動パルス発生回路の他の具体例を示すブロ
ツク図であつて、基準周波数クロツク発生回路101と、
論理回路102を２系統具え、１系統からは第３図と同じ
くΦ_INA，Φ_1A，Φ_2Aを得る。他の１系統はクロック発
生回路101の発振容量201を変えて、Φ_1A，Φ_2Aとはくり
返し周期の異なるΦ_1A′，Φ_2A′を生成する。Φ_INAと
Φ_1A′，Φ_2A′とから、前記第３図と同一の蓄積開始タ
イミング制御用パルス発生回路20によりΦ_INB，Φ_1B，
Φ_2Bを生成する。

この構成によれば、第２図のN_1B，N_2Bの発生時間差
が、N_1A，N_2Alの時間差T_Hとは異なることにより、した
がつて１行目のホトダイオードと２行目のホトダイオー
ドとで蓄積時間を変えることができる。

この結果、第６図のT₂の部分で、さらに細かく走査線
毎の蓄積時間を変えることができるので、例えば均一の
明るさの被写体を写してもその再生画上のコントラスト
が画面上部から下部に向けて序々に変わるいわゆるグラ
デーション効果を得ることも可能である。

以上第１図の実施例により本発明を説明したが、NTS
C,PAL,SECAM方式等のテレビジヨン方式では、インタレ
ース走査方式が採用されており、これらのテレビジヨン
方式に対応する固体撮像装置においてもインタレース走
査に対応した固体撮像素子が採用されている。前記文献
１の1070頁図８に記載されたものがそれである。

第８図は本発明の他の実施例を示す構成図であつて、
インタレース回路A301は、あるフイールド期間（フイー
ルドａとする）には、パルスF_aAによりMOSトランジスタ
302を導通させることにより、絵素列の２行目と３行
目、４行目と５行目、６行目と７行目、……の２行を垂
直走査回路A8の同一出力パルスで同時に選択可能とす
る。またこれに続くフィールド期間（フィールドｂとす
る）にはパルスF_bAによりMOSトランジスタ303を導通さ
せ、１行目と２行目、３行目と４行目、５行目と６行
目、……の２行を同時に選択可能とするものである。

出力ゲードA304はMOSトランジスタで構成され、垂直
走査回路A8の出力とパルスΦ_3Aとの論理積をとつて垂直
ゲート線10、および信号読出しスイツチ13への制御パル
スを出力する。また垂直ゲード線の垂直走査回路Ａおよ
びＢ出力を論理和をとつて出力するための単方向導通手
段（第１図のダイオード21の役割と同じ）ともなつてい
る。

垂直走査回路B18、インタレース回路B305、出力ゲー
トB306はそれぞれ垂直走査回路A8、インタレース回路A3
01、出力ゲードA304と同一構成である。

絵素セルPCからの信号読出しスイツチ13を経た信号電
荷の読出し動作および電荷排出スイッチ19を介した排出
動作は第１図の固体撮像素子と同様である。

第９図は第８図の実施例の各部動作波形図である。な
お、第９図ではパルスの発生タイミングのみを示し、そ
のパルス幅は現実のものとは異なる。

同図において、インタレース走査方式の時、１フィー
ルド期間T_vは水平走査期間T_Hの（整数＋1/2）倍であ
る。このため、Φ_1Aと同期して発生するΦ_INAのくり返
し周期は、フイールドａとフイールドｂではT_Hだけ変化
する。ここではフイールドａでT_V1、フイールドｂでT_V1
よりT_H短かいT_V2とする。また第９図では出力ゲートA30
4、同B306の印加パルスΦ_3A，Φ_3Bが常時発生している
（ゲートを導通させている）ものとする。

前述したインタレース回路A301の動作により、パルス
F_aAが発生しているフイールドａでは２行目と３行目、
４行目と５行目の垂直ゲード線に同時にパルスN_2Aと
N_3A，N_4AとN_5Aが出力される。またパルスF_bAが発生して
いるフイールドでは、パルスN_1AとN_2A，N_3AとN_4A，N_5A
とN_6Aが同時に出力される。この結果垂直走査回路Ｂを
設けない文献１記載の前記した固体撮像素子では、第９
図パルスN_4A，N_5A，N_6Aの部分に示すように、蓄積時間T
_V1とT_V2とをそれぞれ有する２行の絵素行が同時に読出
されて１本の走査線の映像信号を生成している。ただ
し、T_V1に対してT_Hは十分小さいため（NTSC方式ではT_V1
＝264T_H）実用上何ら問題はない。

ここで本発明では、第８図のパルス発生回路20で第９
図Φ_INB，Φ_1B，Φ_2BおよびF_aB（F_aAパルス部に破線で
発生タイミングを示す）、F_bB（同じくF_bAパルス部に示
す）を生成し、垂直走査回路B18、インタレース回路B30
5、出力ゲートB306を駆動し、垂直ゲート線にパルス
N_1B，N_2B，N_3B，N_4B，N_5B……を印加せしめる。

この結果、フイールドｂに読出される第１〜第４行の
絵素列のホトダイオード電荷は、T₂の蓄積時間で蓄積さ
れたものとなり、第５行目以降のそれはT₁の期間蓄積さ
れたものとなる。

次にフイールドｂでは、Φ_INBのΦ_INAに対する発生タ
イミングをフイールドａの時よりT_H遅らせて発生させる
ことにより、これに続くフイールドａで読出される第１
〜第３行の絵素列のホトダイオード電荷蓄積時間を先の
T₂に一致させる。

第10図は上記動作を実現するパルス発生回路のさらに
他の具体例を示す構成図であつて、第３図のTFF106出力
からTFF119、単安定マルチバイブレータ109の入力まで
の間に、DFF401と、ナンド回路402で構成され、パルスF
_aBとF_bBとで制御されて、TFF106の出力とこれによりΦ
_2Aの１周期分すなわちT_Hだけ時間の遅れたDFF401の出力
パルスとを切り替えて出力するスイツチ回路を挿入すれ
ば、その他は第３図に示したパルス発生回路20と同一構
成で実現可能である。

あるいは、第８図の撮像素子の出力ゲートB306を利用
し、Φ_1BにΦ_1A，Φ_2BにΦ_2Aをそのまま用い、Φ_INBと
第９図図示のタイミングで発生するパルス114を第３図
と第10図とを組合せたパルス発生回路20から供給して、
パルス114をΦ_3Bとして用いれば、第９図と同一のN_1B，
N_2B，N_3B，N_4B出力が得られる。

第11図は第８図の他の動作波形図、第12図はそのモニ
タテレビ画面の概念図であつて、出力ゲートB306を利用
して一動作例を説明するものである。第11図はここで使
用されるパルスの発生タイミングチヤートであつて、垂
直走査回路B18に、Φ_INB，Φ_1Aと同一のΦ_1B，Φ_2Aと同
一のΦ_2Bを印加し、出力ゲートB306に第11図に示すΦ_3B
を印加する。

前記した如く、出力ゲートB306は出力ゲートA304と同
じく、垂直走査回路出力とΦ_3Bとの論理積の出力パルス
を垂直ゲート線に与えるから、１行目,2k行目周辺、2n
行目周辺の垂直ゲート線にはN_B1〜N_B2nで示すような波
形のパルスが印加される。先述した説明からわかるよう
に、垂直ゲートパルスＮが出力されている部分では、蓄
積時間がΦ_INBのΦ_INAに対する位相関係で定まるT₂にな
り、ゲートパルスＮが出力されていない部分ではホトダ
イオードからの電荷排出が行なわれないので、蓄積時間
がΦ_INAのくり返し周期で定まるT₁になる。

この結果、第11図の如くして固体撮像素子１を駆動す
ると、第12図に示す再生画像上で斜線部がT₁で蓄積した
信号、その他の部分がT₂で蓄積した信号となる。、また
ここでΦ_3Bを第11図の図示とは極性反転すれば、第12図
のT₂とT₁の領域も反転する。

さらにΦ_3Bの波形を様々に変えることにより、画面上
の任意の領域毎にT₂かT₂かのいずれかの蓄積時間をもた
せ得る。

第13図は第11図に示した如きパルスΦ_3Bを生成するパ
ルス発生回路の具体例を示す構成図である。

同図において、単安定マルチバイブレータ401はΦ_INB
を入力として第12図D₁の領域を設定する。DFF402はマル
チバイブレータ401の出力403を、パルスΦ_2Bの位相に同
期させた出力404を生成する。単安定マルチバイブレー
タ405は第12図D₂の領域を設定する。DFF406は出力407を
パルスΦ_2Bに同期させた出力408を生成する。単安定マ
ルチバイブレータ409は第12図D4,410はD5の領域を設定
する。

アンド回路411に出力404と論理レベルの１レベルを有
する電圧源412を接続し、アンド回路413に出力408とマ
ルチバイブレータ410の出力419を接続する。さらにアン
ド回路出力をオア回路414に入力すれば、その出力415に
第11図Φ_3Bの如きパルス出力が得られる。またインバー
タ416により出力415の極性反転パルス417を得、スイツ
チ418で切替えてΦ_3Bを得るようにすれば、第12図のT₁
領域とT₂領域を逆転できる。

さらに、出力404と出力408とから領域D3を示すパルス
が生成でき、これを用いて第12図D3領域を蓄積時間T₂の
領域にすることすなわちD2,D5の論理積領域のみをT₁の
領域にすることも容易である。

また、第３図で示した水平走査回路用クロツクΦ_1Hを
Φ_3Bの生成に用いれば、絵素毎に蓄積時間T₁あるいはT₂
を持たせることも可能となる。

以上、本発明を前記文献１の1067頁〜1072頁に記載さ
れたMOS形撮像素子を用いて構成した実施例を説明した
が、次に、本発明をCCD形撮像素子を用いて実現する実
施例を示す。

第14図（ａ）は本発明をCCD形撮像素子により構成し
た実施例を示す構成図であり、（ｂ）はその駆動パルス
波形図である。

同図において、CCD形撮像素子は特公昭60−46594号公
報第１図記載の公知例と同様な構成、すなわちホトダイ
オード部501、垂直転送CCD502、トランスフアゲート50
3、水平転送CCD504からなるが、トランスフアゲート503
の一部を、他のトランスフアゲートと異なるタイミング
で制御できる様に、複数系統（第14図では２系統）のゲ
ート線505,506を設けたことが特徴である。

上記撮像素子を用い、第14図（ａ）では記載を省略し
たが、上記公知例記載の素子と同様に設けられた垂直転
送CCD502のクロツク入力端子に印加されるクロックパル
スΦV₁，ΦV₂に対し第14図（ｂ）の位相関係でトランス
フアゲートパルスΦTG₁，ΦTG₂を印加すれば、ホトダイ
オードからの信号電荷読出しタイミングを絵素領域毎に
変えることができる。

ここで、先に従来技術の項で説明した第２の公知列の
技術を用い、全ホトダイオードの蓄積開始時刻を同一時
刻にそろえれば、絵素領域毎に信号電荷蓄積時間を変え
ることができる。

また、他の方法として、上記第２の公知例の技術を用
し、ホトダイオード部のウエルにバイアス電圧を与える
ための電圧印加導線を、ホトダイオード領域毎に、複数
本設けて、それぞれに異なるタイミングで上記公知例技
術記載のバイアス電圧制御を施すことにより、蓄積開始
時刻を絵素領域毎に変えて信号電荷蓄積時間をコントロ
ールすることもできる。

第15図は本発明の具体的応用を示す構成図であつて、
固体撮像素子１の信号出力を信号増幅回路601で増幅
し、この出力602を整流回路603、演算増幅器604、絞り
駆動機構605からなる前記第１の公知列と同様なオート
アイリス手段600で処理し、レンズ613部に設置した絞り
板606を制御する。

同時に、出力602をコンパレータ607で基準電圧V₁と比
較し、所定信号レベル以下の領域と以上の領域とを２値
の電圧レベルで示すパルス609を得る。ここで、出力602
を適宜のローパスフイルタを介してコンパレータ607に
入力すれば、比較的大面積の領域毎の分割が可能であ
る。

第16図は第15図の動作波形図であつて、出力602とパ
ルス609の波形例を示す。HSYNCは水平同期信号の発生位
相を示す。

パルス609は第９図のΦ_INAに同期して発生するので、
これを遅延回路610で遅延させてΦ_INBに同期させる。遅
延回路としては、たとえばデジタルメモリ回路を用いれ
ばよい。遅延回路出力を第８図のΦ_3Bとして用いれば、
第11図での説明からわかるように、前記した所定信号レ
ベル以上の領域のみの蓄積時間コントロールが可能とな
る。すなわち上記構成により、自動的に第12図で説明し
た領域設定ができる。なお遅延回路出力部にローパスフ
イルタを入れ、その出力をΦ_3Bとすることで、Φ_3Bのパ
ルスエツジ部のノイズが固体撮像素子出力に重畳するこ
とを防止できる。

ここで駆動パルス発生回路20で、第３図で説明した可
変抵抗器122を手動あるいは自動的に調節すれば、高輝
度部のみ信号レベルを低下できるのでブルーミング等を
発生させずに低輝度部のデイテイルを鮮明にするような
露光補正が可能になる。

なお、第15図の可変抵抗器122を自動調整するために
は、出力602を前記第１の公知例と同様な整流回路611に
入力し、この出力を演算増幅器612で基準電圧V₂と比較
した出力608で抵抗値可変制御を行なえばよい。

ここで、整流回路603を平均値検波特性、整流回路611
をピーク検波特性にすれば、ブルーミング等の発生を自
動的に防止できる。

また、整流回路603に平均値検波、ピーク検波のいず
れの方式を用いても、高コントラストで主被写体が小面
積かつ暗い場合には主被写体が暗く沈んでしまうことが
避け難い。この時、オートアイリス回路を解除し、手動
で絞りを開けた場合、従来装置では高輝度部の白つぶれ
ブルーミングの恐れがあつたが、この時の第15図の自動
蓄積時間制御を動作させておけば、このような恐れがな
い。

第17図は本発明の他の具体的応用例を示す構成図であ
つて、第15図の実施例との相違は、コンペレータ607、
遅延回路610からなるΦ_3B発生回路に変えて、第12図、
第13図で説明した様な画像領域設定用ゲートパルス発生
回路700を用いたことと、このゲードパルス発生回路出
力をΦ_3Bとして用いると同時に映像信号から該画像領域
に対応した部分の信号を画像ぬきとりゲート701でぬき
取るようにしたことである。画像ぬきとりゲート701の
制御用パルス702は、Φ_INAに同期させたパルスとしてΦ
_3Bの生成と同様にして発生させることができる。

第17図に示した具体例の場合には、固体撮像素子に第
14図で説明した様なCCD形素子の採用も可能である。こ
の場合にはゲートパルス702は撮像素子の構造上決まつ
ている画像領域に対応させればよく、またΦ_3Bパルスは
不要である。

上記構成により、画像領域の一方をオートアイリス
で、他方を本発明の蓄積時間制御で自動制御すれば、た
とえば画像中央部に対してオートアイリスで適正露光を
与えた場合に、周辺部での白つぶれ、ブルーミングや黒
つぶれが起こらないように自動補正できる。

以上の実施例では、主としてテレビカメラに用いて好
適な装置を説明したが、固体撮像素子を連続的に走査し
て動画像を生成する装置ではなく、一回の走査で静止画
像を得るいわゆる電子スチルカメラ等においては、以下
にのべる実施例が考えられる。

すなわち、第８図に示す撮像素子のΦ_3Aパルスによ
り、第11図〜第13図で説明したゲート動作を垂直走査回
路A8に対して施せば、画像中のある領域のみはフイール
ド周期よりも長い期間の電荷蓄積は可能となる。所定時
間経過後にΦ_3Aパルスのゲード動作を停止し、同一フイ
ールド内に全領域の絵素電荷を読出して記録すれば絵素
領域毎に異なる時間蓄積された信号電荷から生成された
静止画像が得られる。この場合、垂直走査回路Ｂ等は必
ずしも必要ではなく、文献１記載の従来タイプの固体撮
像素子が利用できる。

以上、本発明をコントラストの圧縮効果を重点に説明
したが、前記第（１）式からも明らかなように、本発明
では通常のフイルムカメラで言うシヤツタ速度を画像領
域毎に変えることができるので、同一画像中にシヤツタ
速度の異なる画像を生成できる。このため、例えば画像
中央部の主被写体を適正露光で、かつ、ずれなく撮影
し、周辺部を白く浮いた画像として撮影し、主被写体を
際立たせるような、特殊効果が実現できる。また、中央
部を適正露光としたまま、周辺部をほぼ無信号レベルに
まで暗くすることもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、固体撮像素子
の絵素領域ごとに、該絵素による信号電荷の蓄積時間を
異なる値に設定できるので、（ａ）高コントラストの被
写体を撮影する場合、白つぶれ、ブルーミングの発生を
防止でき、撮像画像の画質劣化が防止できる、（ｂ）主
被写体の周辺部の明るさによらず主被写体を適正露光量
で撮影でき、かつ周辺部での白つぶれ、ブルーミングの
発生を防止、あるいは黒つずれを低減した撮影が可能で
ある、（ｃ）被写体自体のコントラストに依存しないコ
ントラストの画像を装置出力に生成する特殊効果が実現
できる、等前記従来技術の欠点を除いて、優れた機能の
固体撮像装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図，第３図は
第１図の各部の動作波形図、第４図は蓄積開始タイミン
グ制御用パルス発生回路の一具体例を示す構成図、第５
図は第４図の各部動作波形図、第６図はモニタテレビ画
面の概念図、第７図は駆動パルス発生回路の他の具体例
を示すブロツク図、第８図は本発明の他の実施例を示す
構成図、第９図は第８図の各部の動作波形図、第10図は
パルス発生回路のさらに他の具体例を示す構成図、第11
図は第８図の他の動作波形図、第12はモニタテレビ画面
の概念図、第13図はパルス発生回路のさらにまた他の具
体例を示す構成図、第14図（ａ）は本発明をCCD形撮像
素子により構成した実施例を示す構成図、第14図（ｂ）
はその駆動パルス波形図、第15図は本発明の具体的応用
例を示す構成図、第16図は第15図の動作波形図、第17図
は本発明の他の具体的応用例を示す構成図である。１……固体撮像素子、２……駆動パルス発生回路、17…
…読出しタイミング制御用パルス発生回路、18……絵素
電荷リセツト走査用垂直走査回路、20……蓄積開始タイ
ミング制御用パルス発生回路、600……オートアイリス
回路、607……コンパレータ、610……パルス遅延回路、
700……ゲートパルス発生回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光電変換素子が水平方向に配列されてなる
光電変換素子の水平列が複数垂直方向に配列された複数
の光電変換素子からなる光電変換面と、一定の周期T_Vの
第１の同期パルスと上記周期T_Vよりも短かい周期T_Hの第
１のクロックとからなる読出しタイミング制御用パルス
を発生する読出しタイミング制御用パルス回路と、上記
読出しタイミング制御用パルスが供給され上記第１の同
期パルス毎に上記複数の光電変換素子をその配列に応じ
た所定の順序で順次選択して蓄積電荷を読み出し映像信
号として出力する第１の走査手段とを有する固体撮像装
置において、上記周期T_Vの第２の同期パルスと上記第２の同期パルス
に同期した上記周期T_Hの第２のクロックとからなる蓄積
開始タイミング制御用パルスを発生し、上記第２のクロ
ックが上記第２の同期パルス毎に発生するようにした蓄
積開始タイミング制御用パルス発生回路と、上記第２の同期パルスの上記第１の同期パルスに対する
位相差を可変とする第１手段と、上記周期T_Vでの上記第２のクロックの個数を可変とする
第２の手段と、上記蓄積タイミング開始制御用パルスが供給され、上記
光電変換面での上記第２のクロックの個数とで決まる本
数の上記光電変換素子の水平列からなる選択領域の上記
光電変換素子を上記所定の順序で順次選択して蓄積電荷
を読み出して排出する第２の走査手段とを設け、上記光電変換素子における上記第１の走査手段により映
像信号として読み出すための蓄積電荷の蓄積時間を、上記光電変換面の上記選択領域での上記光電変換素子で
は、上記第２の走査手段による選択タイミングとその直
後の上記第１の走査手段による選択タイミングとの時間
とし、上記光電変換面の上記選択領域以外の領域での上記光電
変換素子では、上記第１の走査手段による選択タイミン
グ間の上記周期T_Vに等しい時間として、上記光電変換面での上記選択領域の大きさを所望に設定
可能とし、かつ、上記選択領域からの映像信号のコント
ラストを任意に可変としたことを特徴とする固体撮像装
置。
【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記光電変換面での前記選択領域をなす前記光電変換素
子の水平列夫々の一部に対して、前記第２の走査手段に
よる蓄積電荷の排出を選択的に禁止する手段を設けたこ
とを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】複数の光電変換素子が水平及び垂直方向に
配列された光電変換面と、上記複数の光電変換素子から
それらに蓄積された光電変換電荷を読み出して映像信号
とする手段とを有する固体撮像装置において、上記複数の光電変換素子での光電変換電荷の蓄積開始時
刻を同一とし、光電変換電荷の読取り時刻を夫々相異な
るｎ個（但し、ｎは２以上の整数）の時刻のうちのいず
れか１つとする手段を設け、上記夫々の光電変換素子の光電変換電荷の蓄積時間を異
ならせることができるように構成したことを特徴とする
固体撮像装置。
【請求項４】複数の光電変換素子が水平及び垂直方向に
配列された光電変換面と、上記複数の光電変換素子から
それらに蓄積された光電変換電荷を読み出して映像信号
とする手段とを有する固体撮像装置において、上記複数の光電変換素子での光電変換電荷の蓄積開始時
刻を夫々相異なるｎ個（但し、ｎは２以上の整数）の時
刻のうちのいずれか１つとし、光電変換電荷の読取り時
刻を同一する手段を設け、上記夫々の光電変換素子の光電変換電荷の蓄積時間を異
ならせることができるように構成したことを特徴とする
固体撮像装置。