JPH09200621A - Solid-state image pickup device - Google Patents
Solid-state image pickup deviceInfo
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Landscapes
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像装置に係わ
り、時に電子シャッターを利用してダイナミックレンジ
を改善した固体撮像装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image pickup device, and more particularly to a solid-state image pickup device having an improved dynamic range by utilizing an electronic shutter.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体技術の進歩により、固体撮像素子
は微細化および高感度化が進んでいるが、それに伴なっ
て感度および黒レベルから高輝度レベルまでを飽和する
ことなく増幅するためのダイナミックレンジが低下する
ので、その改善が開発の重要なポイントになってきた。2. Description of the Related Art Due to advances in semiconductor technology, solid-state image pickup devices are becoming finer and higher in sensitivity. Along with this, dynamics for amplifying sensitivity and black level to high brightness level without saturating. The improvement has become an important point of development as the range decreases.
【0003】このダイナミックレンジを改善する手法の
一つとして、固体撮像素子自体またはこの素子を用いた
撮像装置にKNEE特性をもたせて、疑似的に拡大させ
る手法がある。その一つの例が特開昭4−196776
号公報に記載されている。As one of the techniques for improving the dynamic range, there is a technique for giving a KNEE characteristic to the solid-state image pickup device itself or an image pickup apparatus using this device to artificially expand it. One example is JP-A-4-196776.
No., published in Japanese Unexamined Patent Publication No.
【0004】同公報記載の撮像装置のブロック図を示し
た図6を参照すると、この撮像装置は、撮影レンズ3
1、入射する光の方向に対して同一直線上に傾斜して配
置されたハーフミラー32、このハーフミラー32で反
射、透過させた光をそれぞれ受光して電気信号に変換す
る任意のシャッタースピードを有する電子シャッタ付電
荷結合素子(CCD)33aおよび73b、これらのC
CD33aおよび33bの出力を加算する加算器34
と、ダイナミックレンジ制御部35を備え、撮影レンズ
31を通過した入射光はハーフミラー32によって透過
光と反射光の2系統に分岐し、反射光はCCD33a
に、透過光はCCD33bにそれぞれ入力される。Referring to FIG. 6 which is a block diagram of the image pickup apparatus described in the above publication, this image pickup apparatus has a photographing lens 3
1. A half mirror 32 arranged on the same straight line with respect to the direction of the incident light, and an arbitrary shutter speed for receiving the light reflected and transmitted by the half mirror 32 and converting it into an electric signal. Charge-coupled devices (CCD) 33a and 73b with electronic shutters, C of these
Adder 34 for adding the outputs of the CDs 33a and 33b
The dynamic range control unit 35 is provided, and the incident light that has passed through the taking lens 31 is branched by the half mirror 32 into two systems, that is, the transmitted light and the reflected light, and the reflected light is the CCD 33a.
Then, the transmitted light is input to the CCD 33b.
【0005】これらのCCD33aおよび33bの出力
は加算器34で加算され、その加算された出力がダイナ
ミックレンジ制御部35を介してビデオ信号として出力
されるので、S/N比が従来より少なくしてダイナミッ
クレンジを広げている。The outputs of the CCDs 33a and 33b are added by the adder 34, and the added output is output as a video signal via the dynamic range control unit 35, so that the S / N ratio can be made smaller than before. Widening the dynamic range.
【0006】一方、他の例が特開平2−87785号公
報に記載されている。同公報記載の撮像装置のうち撮像
素子のブロック図を示した図7(a)を参照すると、こ
の撮像装置は、固体撮像素子71、受光量に応じた電荷
を発生する受光部72、この受光部72で発生した電荷
を垂直方向に転送する垂直転送部73、この垂直転送部
73からの電荷を水平方向に転送する水平転送部74と
を備え、受光部72で発生した電荷を受光部と垂直転送
部の容量に応じて複数回に分けて読み出し、垂直転送部
73上加算して読み出すことにより、高輝度域でも固体
撮像素子71のダイナミックレンジを十分に利用し、か
つ広い輝度範囲の光電変換出力を得ている。On the other hand, another example is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-87785. Referring to FIG. 7A showing a block diagram of an image pickup device in the image pickup device described in the publication, this image pickup device has a solid-state image pickup device 71, a light receiving section 72 for generating electric charges according to the amount of received light, A vertical transfer unit 73 that transfers the charges generated in the unit 72 in the vertical direction and a horizontal transfer unit 74 that transfers the charges from the vertical transfer unit 73 in the horizontal direction are provided, and the charges generated in the light receiving unit 72 are used as a light receiving unit. The dynamic range of the solid-state imaging device 71 is sufficiently utilized even in the high luminance region by reading out the data in a plurality of times according to the capacity of the vertical transfer unit and performing addition on the vertical transfer unit 73, and reading in a wide luminance range. I am getting the converted output.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の撮像装
置においては、例えば図6に示す撮像装置の場合はハー
フミラーを用いる2板式のため、装置として規模が大き
くなり、2つのCCD出力の画像を一致させるためのレ
ジストレーション調整等に要する工数が増えるのでコス
トが高くなる欠点がある。In the conventional image pickup apparatus described above, for example, in the case of the image pickup apparatus shown in FIG. 6, since it is a two-plate type using a half mirror, the scale of the apparatus becomes large, and images of two CCD outputs are obtained. Since the man-hours required for registration adjustment and the like for making the two coincide with each other increase, there is a drawback that the cost becomes high.
【0008】一方、図7(a)に示す撮像装置の場合は
フォトダイオードの出力を加算しているので、フォトダ
イオードと光量の関係を示した図7(b)から分るよう
に、入射光量がb点以上の光量になると、垂直転送部の
レジスタからデータが溢れないようにフォトダイオード
出力がオーバーフロードレインにより飽和するが、その
構造上のバラツキから、ビットごとに飽和出力がばらつ
き飽和ムラとなって画面上に現われる(図7(b)の斜
線部分E)。したがって、b点以上ではS/N比が大き
く劣化してしまうことになり、実用的なダイナミックレ
ンジは従来通りb点で制限されてしまうという欠点があ
った。On the other hand, in the case of the image pickup device shown in FIG. 7A, since the outputs of the photodiodes are added, as shown in FIG. 7B showing the relationship between the photodiode and the light amount, the incident light amount is When the amount of light exceeds point b, the photodiode output is saturated by the overflow drain so that data does not overflow from the register of the vertical transfer unit. However, due to the structural variation, the saturated output varies from bit to bit, resulting in uneven saturation. Appears on the screen (hatched portion E in FIG. 7B). Therefore, the S / N ratio is greatly deteriorated above the point b, and the practical dynamic range is limited at the point b as before.
【0009】本発明の目的は、上述した欠点に鑑みなさ
れたものであり、低コストでS/N比を劣化させずにダ
イナミックレンジを拡大することが出来る固体撮像装置
を提供することにある。An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks, and it is an object of the present invention to provide a solid-state image pickup device which can expand the dynamic range at a low cost without deteriorating the S / N ratio.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置の
特徴は、固体撮像素子から1フィールド期間に少なくと
も2画面の画像信号を出力させ、これら2画面のうちの
前の1画面はそのまま出力し、後の1画面はオーバーフ
ロードレインにより前記固体撮像素子の蓄積電化を引き
抜いた電子シャッタ機能による出力とし、前記1画面の
画像出力はホワイト・クリップして高輝度レベルの飽和
むらを除去するとともに、これらの2画面の画像出力を
それれぞれ異なる記憶手段に保持させ、これら記憶手段
に記憶された前記2画面の画像出力を垂直同期パルスで
同期化して加算することにより前記飽和むらが無く、か
つダイナミックレンジが拡がるようにしたダイナミック
レンジ拡大手段を有することにある。The solid-state image pickup device of the present invention is characterized in that at least two screens of image signals are output from the solid-state image pickup device in one field period, and the previous one of these two screens is output as it is. Then, the subsequent one screen is an output by an electronic shutter function that extracts the accumulated electrification of the solid-state imaging device by an overflow drain, and the image output of the one screen is white clipped to remove saturation unevenness at a high brightness level, and The image outputs of these two screens are held in different storage means respectively, and the image outputs of the two screens stored in these storage means are synchronized with a vertical synchronization pulse and added to eliminate the saturation unevenness. Moreover, it is to have a dynamic range expanding means for expanding the dynamic range.
【0011】また、前記ダイナミックレンジ拡大手段
は、n(nは自然数)画面の画像信号を出力する前記固
体撮像素子と、n画面の前記画像信号の高輝度レベルを
所定の飽和レベルにそれぞれクリップするホワイト・ク
リップ回路と、前記デジタル画像信号を前記n画面ごと
に1フイールド期間記憶するn個のフイールドメモリ
と、前記固体撮像素子の駆動および前記フイールドメモ
リの制御を行なう駆動パルス発生回路と、前記フイール
ドメモリのデジタル画像信号を加算する加算器とを有
し、前記駆動パルス発生回路が前記固体撮像素子をn倍
の速度で駆動させることによって、前記固体撮像素子は
1フイールド内のn画面の読み出し画像のうち最初の1
画面はそのまま前記通常出力として出力し残りのn−1
画面を外部から供給されるn−1個のシャッタ用高電圧
パルスにそれぞれ応答して前記所定の飽和レベルを越え
ないように蓄積電荷を引き抜いてシャッタ出力として出
力し、これらn画面の画像出力を前記ホワイト・クリッ
プ回路を通すことによって前記所定の飽和レベルを超過
した前記通常出力の1画面の高輝度レベルのみをクリッ
プするとともに、n個の前記フィールドメモリのうち対
応するメモリにそれぞれ1画面ごとに記憶させ、前記駆
動パルス発生回路から供給される前記垂直同期パルスで
同期化して前記加算器で加算することによって前記n画
面の画像出力を1フィールドの出力画像として合成出力
するように構成される。The dynamic range expanding means clips the high-luminance level of the image signal of the n-screen and the solid-state image sensor for outputting the image signal of the n-screen (n is a natural number) to a predetermined saturation level. A white clip circuit, n field memories for storing the digital image signal for one field period for each of the n screens, a drive pulse generation circuit for driving the solid-state imaging device and controlling the field memory, and the field. An adder for adding digital image signals of a memory, and the drive pulse generation circuit drives the solid-state image pickup device at a speed of n times, so that the solid-state image pickup device reads out an image of n screens within one field. The first one of
The screen is directly output as the normal output and the remaining n-1
Responding to n-1 high voltage pulses for shutters supplied from the outside of the screen, the accumulated charges are extracted so as not to exceed the predetermined saturation level and output as shutter outputs. By passing through the white clipping circuit, only the high-intensity level of one screen of the normal output that exceeds the predetermined saturation level is clipped, and each of the n field memories corresponds to the corresponding screen for each screen. The image output of the n screens is stored in the memory, synchronized with the vertical synchronizing pulse supplied from the drive pulse generating circuit, and added by the adder to synthesize and output the image output of one field as an output image of one field.
【0012】さらに、前記シャッタ用高電圧パルスをn
−1個供給することによって前記合成出力のうち前記所
定の飽和レベル以上の出力画像レベルを段階的に減少さ
せ、連続した階調の画像出力を得るようにした。Furthermore, the high voltage pulse for the shutter is set to n.
-1 is supplied to gradually reduce the output image level above the predetermined saturation level in the combined output, and obtain an image output with continuous gradation.
【0013】さらにまた、前記加算器が、垂直同期パル
スで同期化された前記フィールドメモリ出力のみを加算
するようにした。Furthermore, the adder is configured to add only the field memory outputs synchronized with the vertical synchronizing pulse.
【0014】また、前記駆動パルス発生回路が、垂直転
送パルスと水平転送パルスと読み出しゲートパルスとを
発生して前記固体撮像素子のn倍速読み出し動作を制御
し、前記垂直同期信号を発生して前記通常出力の画面と
前記シャッタ出力の画面との時間ずれを前記フィールド
メモリの読み出し時に一致させる同期化動作とを制御す
るようにした。Further, the drive pulse generation circuit generates a vertical transfer pulse, a horizontal transfer pulse, and a read gate pulse to control the n-fold speed read operation of the solid-state image pickup device, and generates the vertical synchronization signal to generate the vertical sync signal. The synchronization operation for matching the time lag between the screen for normal output and the screen for shutter output at the time of reading the field memory is controlled.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】まず、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。図1は本発明の固体撮
像装置100の一実施の形態を示すブロック図であり、
図2は固体撮像素子1の内部構成の模式図である。図1
を参照すると、この固体撮像装置100は、シャッタ機
能を有する固体撮像素子1と、この固体撮像素子1から
出力される信号21を次段に送出するバッファ回路2
と、このバッファ回路2の出力22の信号レベルをクリ
ップするホワイト・クリップ回路3と、クリップされた
出力信号23をデジタル信号に変換するアナログデジタ
ル変換器(以下、A/Dコンバータと称す)4と、変換
されたデジタル信号24を時分割で記憶し保持するフィ
ールドメモリ5および6と、これらのフィールドメモリ
5および6から読み出された信号26および28を加算
し出力信号27として出力する加算器8と、これらのフ
ィールドメモリ5および6に垂直同期パルスVDを、固
体撮像素子1に水平転送パルスHSと垂直転送パルスV
Sと読出しゲートパルスVGとをそれぞれ供給する駆動
パルス発生回路7とを備えてなる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a solid-state imaging device 100 of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of the internal configuration of the solid-state imaging device 1. FIG.
Referring to, the solid-state imaging device 100 includes a solid-state imaging device 1 having a shutter function, and a buffer circuit 2 for sending a signal 21 output from the solid-state imaging device 1 to the next stage.
A white clipping circuit 3 for clipping the signal level of the output 22 of the buffer circuit 2, and an analog-digital converter (hereinafter referred to as an A / D converter) 4 for converting the clipped output signal 23 into a digital signal. , Field memories 5 and 6 for storing and holding the converted digital signal 24 in a time division manner, and an adder 8 for adding signals 26 and 28 read from these field memories 5 and 6 and outputting as an output signal 27. And a vertical synchronizing pulse VD to the field memories 5 and 6 and a horizontal transfer pulse HS and a vertical transfer pulse V to the solid-state image sensor 1.
It is provided with a drive pulse generation circuit 7 for supplying S and the read gate pulse VG, respectively.
【0016】固体撮像素子1は入射光量に比例した電荷
を蓄積するフォトダイオード15と、フォトダイオード
15の電荷を垂直転送パルスVSに応答して画像信号と
して一時的に保持する垂直転送レジスタ10と、垂直転
送レジスタ10から転送された画像信号を水平転送パル
スHSに応答して出力部15へさらに転送する水平転送
レジスタ11と、水平転送レジスタ11から転送された
画像信号をバッファ回路2へ出力する出力部14とから
なる。The solid-state image pickup device 1 includes a photodiode 15 for accumulating charges proportional to the amount of incident light, and a vertical transfer register 10 for temporarily holding the charges of the photodiode 15 as an image signal in response to a vertical transfer pulse VS. A horizontal transfer register 11 that further transfers the image signal transferred from the vertical transfer register 10 to the output unit 15 in response to the horizontal transfer pulse HS, and an output that outputs the image signal transferred from the horizontal transfer register 11 to the buffer circuit 2. And part 14.
【0017】固体撮像素子1の半導体基板には、外部か
らシャッタ用高電圧パルス(以下、シャッタパルスと称
す)VPが端子17を介して供給されており、この撮像
素子のフォトダイオードには入射された光の強度に比例
した電荷が蓄積されているが、例えば縦型オーバーフロ
ードレインを使ったシャッタではこの蓄積された電荷を
高電圧パルスVPによって引き抜きシャッタ時間を制御
するのが一般的である。A high voltage pulse for shutter (hereinafter referred to as a shutter pulse) VP is externally supplied to the semiconductor substrate of the solid-state image pickup device 1 through a terminal 17, and is incident on a photodiode of this image pickup device. Electric charges are accumulated in proportion to the intensity of the light. For example, in a shutter using a vertical overflow drain, it is general to extract the accumulated electric charges by a high voltage pulse VP and control the shutter time.
【0018】すなわち、シャッタパルスの供給間隔を短
かくすればフォトダイオードの電荷が空になる状態も頻
繁になるので、フォトダイオードがオーバーフローする
ことも少くすることができ、したがってシャッタ出力が
飽和するまでの光量が十分にとれてダイナミックレンジ
も広くなる。That is, if the supply interval of the shutter pulse is shortened, the electric charge of the photodiode is emptied frequently, and therefore the overflow of the photodiode can be reduced, and therefore, the shutter output is saturated. The amount of light can be taken sufficiently to widen the dynamic range.
【0019】この固体撮像装置100の動作を図1、図
2および動作説明用タイミングチャートを示した図3を
用いて説明する。フイールドメモリの個数をnとする
と、ここでは一例としてn=2個の場合の例を示してあ
り、それ以上であっても同様に動作する。The operation of the solid-state image pickup device 100 will be described with reference to FIGS. 1 and 2 and FIG. 3 showing a timing chart for explaining the operation. If the number of field memories is n, an example of n = 2 is shown here as an example, and the same operation is performed even if the number is more than n.
【0020】フイールドメモリの個数が2個であるか
ら、1垂直走査期間(以下、1フィールドと称す)を2
分割し、それぞれの分割された期間を対応するフイール
ドメモリが走査する。この2分割走査に対応するため
に、固体撮像素子1の読み出しゲート電極9には読み出
しゲートパルスVGが1フィールドに2回、すなわち1
/2フィールドごとに供給される。Since there are two field memories, one vertical scanning period (hereinafter referred to as one field) is two.
The divided fields are scanned by the corresponding field memories. In order to correspond to the two-division scanning, the read gate pulse VG is applied to the read gate electrode 9 of the solid-state imaging device 1 twice in one field, that is, 1
/ 2 fields are supplied.
【0021】入射光量に応じてフォトダイオード15に
蓄積された電荷は、読み出しゲート電極9に供給される
読み出しゲートパルスVPによって活性化され直ちに画
像信号として垂直転送レジスタ10に転送される。The charges accumulated in the photodiode 15 according to the amount of incident light are activated by the read gate pulse VP supplied to the read gate electrode 9 and immediately transferred to the vertical transfer register 10 as an image signal.
【0022】垂直転送レジスタ10には連続パルスから
なる垂直転送パルスVSが駆動パルス発生回路7から垂
直転送パルスVSの入力端子12を介して供給されてい
るが、このパルスには読み出しゲートパルスVGが正極
性で重畳されている。この重畳された読み出しゲートパ
ルスVGの後縁から1/2フィールド期間離れた次のゲ
ートパルスの前縁までの期間がフォトダイオード15に
入射光量に応じた電荷が蓄積される通常蓄積期間とな
り、この期間内は連続パルスからなる垂直転送パルスV
Sが供給されるので、このパルスに応答してフォトレジ
スタ15から読み出された信号を水平転送レジスタ11
に転送する。A vertical transfer pulse VS consisting of continuous pulses is supplied to the vertical transfer register 10 from the drive pulse generation circuit 7 through an input terminal 12 of the vertical transfer pulse VS, and a read gate pulse VG is supplied to this pulse. Superposed with positive polarity. The period from the trailing edge of the superimposed read gate pulse VG to the leading edge of the next gate pulse, which is ½ field period apart, is a normal accumulation period in which charges corresponding to the amount of incident light are accumulated in the photodiode 15. Vertical transfer pulse V consisting of continuous pulses during the period
Since S is supplied, the signal read from the photo register 15 in response to this pulse is transferred to the horizontal transfer register 11
Transfer to
【0023】水平転送レジスタ11には正極性の水平転
送パルスVHが駆動パルス発生回路7から水平転送パル
スHSの入力端子13を介して供給されているが、この
パルスには垂直転送パルスVSを挟んで所定幅の期間ロ
ウレベルになる休止期間がが存在し、この休止期間と次
の休止期間との間、すなわち垂直転送パルスVSがハイ
レベルの期間に垂直転送パルスVHよりも周波数が高い
データレートの連続パルスからなる水平転送パルスVH
が発生するように設定されている。このパルスに応答し
て垂直転送レジスタ10から転送された信号を高速に出
力部14に転送する。The horizontal transfer pulse VH of positive polarity is supplied to the horizontal transfer register 11 from the drive pulse generation circuit 7 through the input terminal 13 of the horizontal transfer pulse HS, and the vertical transfer pulse VS is sandwiched in this pulse. There is a rest period that becomes low level for a predetermined width during the rest period, and between this rest period and the next rest period, that is, during a period when the vertical transfer pulse VS is at the high level, a data rate having a higher frequency than the vertical transfer pulse VH is set. Horizontal transfer pulse VH consisting of continuous pulses
Is set to occur. The signal transferred from the vertical transfer register 10 in response to this pulse is transferred to the output unit 14 at high speed.
【0024】したがってこの動作から分るように、垂直
転送レジスタ10、水平転送レジスタ11および出力部
14は2倍速にて動作するべく駆動パルス発生回路7が
制御している。Therefore, as can be seen from this operation, the drive pulse generating circuit 7 controls the vertical transfer register 10, the horizontal transfer register 11 and the output section 14 so as to operate at double speed.
【0025】電子シャッタを制御するシャッタパルス
は、1フィールド内の後の1/2フィールド内のいずれ
かのタイミングに印加され、シャッタによる蓄積時間は
1/2フィールドから0まで可変することが出来る。The shutter pulse for controlling the electronic shutter is applied at any timing within the 1/2 field after the 1 field, and the accumulation time by the shutter can be varied from the 1/2 field to 0.
【0026】ここで入射光量に対する固体撮像素子1の
出力レベルとの関係を、図7(b)を再び用いて説明す
ると、この図はX軸に入射光量を、Y軸に出力電圧をと
り、a点を標準光量およびb点を飽和点の入射光量と
し、対応するそれぞれの出力を標準出力おび飽和出力と
して示してある。飽和標準の入射光量aのときは固体撮
像素子の1の電荷は入射光量が低いときは線形に増加す
るがb点において、過大入射光量により発生した各フォ
トダイオード15の電荷は通常はオーバーフロードレイ
ン(図示せず)によりそれぞれ低き抜かれるので飽和特
性を示す。しかし、オーバーフロードレインの各フォト
ダイオード15のばらつきにより、飽和むらが発生す
る。Here, the relationship between the amount of incident light and the output level of the solid-state image pickup device 1 will be described with reference to FIG. 7B again. In this figure, the amount of incident light is plotted on the X axis and the output voltage is plotted on the Y axis. The point a is the standard light quantity and the point b is the incident light quantity at the saturation point, and the corresponding outputs are shown as the standard output and the saturated output. The charge of 1 of the solid-state image pickup device linearly increases when the incident light amount a is a saturated standard, but linearly increases when the incident light amount is low. Since each of them is punched out by a low pressure (not shown), a saturation characteristic is exhibited. However, due to variations in the photodiodes 15 in the overflow drain, saturation unevenness occurs.
【0027】この場合のダイナミックレンジDLは、 ダイナミックレンジDL=(飽和点の入射光量b)/
(標準光量a) で表わせる。The dynamic range DL in this case is: dynamic range DL = (incident light quantity b at the saturation point) /
It can be expressed by (standard light amount a).
【0028】一方、ホワイト・クリップをかける前の画
像出力と飽和出力との関係を示した図4、およびフィー
ルドメモリの画像出力を加算した後のシャッタ出力と飽
和出力との関係を示した図5を参照すると、図1に示し
た本実施の形態のブロック構成によるダイナミックレン
ジの特性は、ホワイト・クリップ回路3によってホワイ
ト・クリップをかける前の特性を示すホワイト・クリッ
プ前出力Cに示すように、飽和むらはあるもののホワイ
ト・クリップ後の通常期間に相当する通常出力Aおよび
シャッタ期間に相当するシャッタ出力Bは、ともに飽和
むらが無く、これら2つの期間を同時化して加算すれ
ば、図5に示すようにb点において通常出力Aが飽和し
ても、飽和むらの発生が無く、シャッタ出力Bによりc
点まで相似的に拡大した加算出力Dを得ることが出来る
ことを示している。On the other hand, FIG. 4 showing the relationship between the image output before applying the white clip and the saturation output, and FIG. 5 showing the relationship between the shutter output and the saturation output after adding the image outputs of the field memory. Referring to FIG. 1, the dynamic range characteristic according to the block configuration of this embodiment shown in FIG. Although there is saturation unevenness, both the normal output A corresponding to the normal period after white clipping and the shutter output B corresponding to the shutter period have no saturation unevenness. As shown in the figure, even if the normal output A saturates at point b, there is no saturation unevenness, and the shutter output B causes c
It is shown that it is possible to obtain the addition output D which is expanded up to the point in a similar manner.
【0029】ここでいう同時化とは、通常出力Aとシャ
ッタ出力Bとは図3に示したタイミングチャートからも
分るようにタイミングが最大で1/2フィールドずれて
いるため、これら2つの画像信号を加算するためには、
通常出力Aを最大1/2フィールドの時間を遅延させて
同じ画素の出力信号同志が同時に出力するように整合さ
せることを意味する。The term "simultaneous" as used herein means that the normal output A and the shutter output B are shifted from each other by a maximum of 1/2 field, as can be seen from the timing chart shown in FIG. To add the signals,
This means that the normal output A is delayed for a maximum of 1/2 field so that the output signals of the same pixel are simultaneously output.
【0030】これら2つの画像信号の加算は、2つのフ
ィールドメモリ5および6を駆動パルス発生回路7から
供給される2つの画像信号のタイミングを合せるための
垂直同期パルスVDを用いて制御し同期化した後に、加
算器8で加算すればよい。The addition of these two image signals is controlled by synchronizing the two field memories 5 and 6 with a vertical synchronizing pulse VD for timing the two image signals supplied from the drive pulse generating circuit 7. After that, the adder 8 may add.
【0031】ダイナミックレンジの拡大の割合は、通常
蓄積期間とシャッタ蓄積時間の割合で決るため、より広
いダイナミックレンジを必要とする場合にはシャッタ蓄
積期間を短くすればシャッタ出力が飽和するまでの光量
が十分とれるので、ダイナミックレンジも広くとれるよ
うになる。Since the ratio of the expansion of the dynamic range is determined by the ratio of the normal accumulation period and the shutter accumulation time, when a wider dynamic range is required, the light amount until the shutter output is saturated can be shortened by shortening the shutter accumulation period. Since it is sufficient, the dynamic range can be widened.
【0032】また、KNEE特性をもたせることにより
疑似的にダイナミックレンジを広くすることは従来から
行なわれているが、2つのシャッタ速度、すなわち通常
状態とシャッタ出力状態とでは折れ曲り点(KNEEポ
イント)はb点とc点の2点しかなく、視覚的にはハイ
ライトで急激に画面のコントラストが低下するしたよう
な印象を与える。これを防ぐには、シャッタを2種類以
上設定し、きめ細かく制御することによってなだらかに
連続した諧調の画像が得られ、より自然な印象の画像を
が得られることになる。Although it has been conventionally performed to artificially widen the dynamic range by providing the KNEE characteristic, a bending point (KNEE point) between two shutter speeds, that is, a normal state and a shutter output state. There are only two points, point b and point c, and it is visually highlighted to give the impression that the contrast of the screen is sharply reduced. To prevent this, two or more types of shutters are set and finely controlled to obtain a smoothly continuous gradation image, and a more natural-looking image can be obtained.
【0033】このKNEEポイントの制御を細かくする
ためには、フィールドメモリ5および6の数を3個以上
にし、それぞれのタイミングの整合をとる垂直同期パル
スVDをそれぞれ供給することにより容易に実現出来
る。In order to finely control the KNEE point, the number of field memories 5 and 6 may be set to three or more, and the vertical synchronizing pulse VD for matching the respective timings may be easily supplied.
【0034】すなわち、固体撮像素子は1フーィールド
でn画面の画像信号を出力するものとし、A/Dコンバ
ータ4の出力するデジタル画像信号をn画面ごとに1フ
イールド期間記憶するn個のフイールドメモリを設け
る。That is, the solid-state image pickup device outputs an image signal for n screens in one field, and n field memories for storing the digital image signals output from the A / D converter 4 for one field period for every n screens. Set up.
【0035】駆動パルス発生回路7が固体撮像素子1を
n倍の速度で駆動させることによって、固体撮像素子1
は1フイールド内のn画面の読み出し画像のうち最初の
1画面はそのまま通常出力Aとして出力する。The drive pulse generation circuit 7 drives the solid-state image pickup device 1 at a speed n times higher than that of the solid-state image pickup device 1.
Outputs the first one screen out of the read images of n screens within one field as it is as the normal output A.
【0036】一方、異なるタイミングで外部から供給さ
れるn−1個のシャッタ用高電圧パルスVPにそれぞれ
応答して残りのn−1画面を前述した飽和レベルを越え
ないように蓄積電荷を引き抜いてシャッタ出力Bとして
出力する。On the other hand, in response to the n-1 shutter high-voltage pulses VP supplied from the outside at different timings, the remaining n-1 screens are withdrawn from the accumulated charges so as not to exceed the above-mentioned saturation level. Output as shutter output B.
【0037】これらn画面の出力画像をホワイト・クリ
ップ回路3を通すことによって飽和レベルを超過した通
常出力Aの1画面の高輝度レベルのみをクリップしてホ
ワイト・クリップ前出力Cするとともに、A/Dコンバ
ータ4を介してn個のフィールドメモリのうち対応する
メモリにそれぞれ1画面ごとに記憶させる。By passing the output image of these n screens through the white clipping circuit 3, only the high brightness level of one screen of the normal output A which exceeds the saturation level is clipped to output C before white clipping, and A / Through the D converter 4, each screen is stored in the corresponding memory among the n field memories.
【0038】これらのフィールドメモリの出力を駆動パ
ルス発生回路7から供給される垂直同期パルスVDで同
期化して加算器8で加算することによってn画面の画像
出力を1フィールドの出力画像として合成出力するよう
に構成すればよい。The outputs of these field memories are synchronized with the vertical synchronizing pulse VD supplied from the drive pulse generating circuit 7 and added by the adder 8 to synthesize and output the image output of n screens as an output image of one field. It may be configured as follows.
【0039】[0039]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の固体撮像
装置は、固体撮像素子を通常のn倍速で駆動させるとと
もに、1フィールド内にn個のシャッタパルスを供給し
てシャッタ蓄積期間をきめ細かく制御することによって
連続した諧調の画像出力が得られ、これらの画像出力を
n個のフィールドメモリへホワイト・クリップをかけた
後記憶させ、垂直同期パルスVDに同期して出力させた
後に加算器により加算し合成出力するので、1つの固体
撮像素子を用いて安価に、飽和むらのないダイナミック
レンジの広い固体撮像装置を提供することが出来る。As described above, according to the solid-state image pickup device of the present invention, the solid-state image pickup device is driven at a normal n-times speed, and n shutter pulses are supplied within one field to finely adjust the shutter accumulation period. Continuous grayscale image output can be obtained by controlling, and these image outputs are stored in the n field memories after white clipping is applied, and are stored in synchronization with the vertical synchronizing pulse VD, and then output by the adder. Since the addition is performed and the combined output is performed, it is possible to provide a solid-state imaging device having a wide dynamic range without saturation unevenness at low cost by using one solid-state imaging device.
【図1】本発明の一実施の形態を示すブロック図であ
る。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施の形態に適用する固体撮像素子の
模式的構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a solid-state image pickup device applied to an embodiment of the present invention.
【図3】図1のブロック図の動作説明用タイミングチャ
ートである。FIG. 3 is a timing chart for explaining the operation of the block diagram of FIG.
【図4】ホワイト・クリップをかける前のシャッタ出力
と飽和出力との関係を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a shutter output and a saturation output before applying a white clip.
【図5】フィールドメモリの画像出力を加算した後のシ
ャッタ出力と飽和出力との関係を示した図である。FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a shutter output and a saturation output after adding the image outputs of the field memory.
【図6】従来例の撮像装置の一例のブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of an example of a conventional image pickup apparatus.
【図7】(a)他の従来例の撮像装置の一例のブロック
図である。 (b)フォトダイオードと光量の関係を示した図であ
る。FIG. 7A is a block diagram of an example of another conventional imaging device. (B) It is the figure which showed the relationship between a photodiode and the amount of light.
1 固体撮像素子 2 バッファ回路 3 ホワイト・クリップ回路 4 A/Dコンバータ 5,6 フィールドメモリ 7 駆動パルス発生回路 8 加算器 9 読み出しゲート電極 10 垂直転送レジスタ 11 水平転送レジスタ 12 垂直転送パルスVSの入力端子 13 水平転送パルスHSの入力端子 14 出力部 15 フォトダイオード 16 出力端子 17 シャッタ用高電圧パルスVP 21 固体撮像素子出力 22 バッファ回路出力 23 ホワイト・クリップ回路出力 24 A/Dコンバータ出力 25 垂直同期パルスVD 26,28 フィールドメモリ出力 27 加算器出力 31 撮像レンズ 32 ハーフミラー 33a,33b CCD 34 加算器 35 ダイナミックレンジ制御部 1 solid-state image sensor 2 buffer circuit 3 white clip circuit 4 A / D converter 5, 6 field memory 7 drive pulse generation circuit 8 adder 9 readout gate electrode 10 vertical transfer register 11 horizontal transfer register 12 input terminal for vertical transfer pulse VS 13 Horizontal transfer pulse HS input terminal 14 Output section 15 Photodiode 16 Output terminal 17 Shutter high voltage pulse VP 21 Solid-state image sensor output 22 Buffer circuit output 23 White clip circuit output 24 A / D converter output 25 Vertical sync pulse VD 26, 28 Field memory output 27 Adder output 31 Imaging lens 32 Half mirror 33a, 33b CCD 34 Adder 35 Dynamic range control unit
Claims (5)
なくとも2画面の画像信号を出力させ、これら2画面の
うちの前の1画面はそのまま出力し、後の1画面はオー
バーフロードレインにより前記固体撮像素子の蓄積電荷
を引き抜いた電子シャッタ機能による出力とし、前記1
画面の画像出力はホワイト・クリップして高輝度レベル
の飽和むらを除去するとともに、これらの2画面の画像
出力をそれれぞれ異なる記憶手段に保持させ、これら記
憶手段に記憶された前記2画面の画像出力を垂直同期パ
ルスで同期化して加算することにより前記飽和むらが無
く、かつダイナミックレンジが拡がるようにしたダイナ
ミックレンジ拡大手段を有することを特徴とする固体撮
像装置。1. A solid-state image sensor outputs at least two screens of image signals in one field period, the first one of these two screens is output as it is, and the second one of the screens is output by an overflow drain. The output from the electronic shutter function is the same as the above 1
The image output of the screen is white clipped to remove the saturation unevenness of the high brightness level, and the image outputs of these two screens are held in different storage means respectively, and the two screens stored in these storage means are stored. A solid-state image pickup device having a dynamic range expansion means for expanding the dynamic range without causing the saturation unevenness by synchronizing and adding the image outputs of (1) with a vertical synchronization pulse.
(nは自然数)画面の画像信号を出力する前記固体撮像
素子と、n画面の前記画像信号の高輝度レベルを所定の
飽和レベルにそれぞれクリップするホワイト・クリップ
回路と、前記デジタル画像信号を前記n画面ごとに1フ
イールド期間記憶するn個のフイールドメモリと、前記
固体撮像素子の駆動および前記フイールドメモリの制御
を行なう駆動パルス発生回路と、前記フイールドメモリ
のデジタル画像信号を加算する加算器とを有し、前記駆
動パルス発生回路が前記固体撮像素子をn倍の速度で駆
動させることによって、前記固体撮像素子は1フイール
ド内のn画面の読み出し画像のうち最初の1画面はその
まま前記通常出力として出力し残りのn−1画面を外部
から供給されるn−1個のシャッタ用高電圧パルスにそ
れぞれ応答して前記所定の飽和レベルを越えないように
蓄積電荷を引き抜いてシャッタ出力として出力し、これ
らn画面の画像出力を前記ホワイト・クリップ回路を通
すことによって前記所定の飽和レベルを超過した前記通
常出力の1画面の高輝度レベルのみをクリップするとと
もに、n個の前記フィールドメモリのうち対応するメモ
リにそれぞれ1画面ごとに記憶させ、前記駆動パルス発
生回路から供給される前記垂直同期パルスで同期化して
前記加算器で加算することによって前記n画面の画像出
力を1フィールドの出力画像として合成出力するように
構成される請求項1記載の固体撮像装置。2. The dynamic range expansion means is n
(N is a natural number) The solid-state imaging device that outputs an image signal of a screen, a white clip circuit that clips a high brightness level of the image signal of an n screen to a predetermined saturation level, and the digital image signal It has n field memories for storing one field period for each screen, a drive pulse generating circuit for driving the solid-state image pickup device and controlling the field memory, and an adder for adding digital image signals of the field memory. Then, the drive pulse generation circuit drives the solid-state image sensor at a speed n times higher, so that the solid-state image sensor outputs the first one screen of the n-screen read-out image within one field as the normal output. The remaining n-1 screens are responded to the n-1 shutter high voltage pulses supplied from the outside, respectively. The accumulated charge is extracted so as not to exceed a predetermined saturation level and output as a shutter output, and the image output of these n screens is passed through the white clip circuit to obtain one screen of the normal output that exceeds the predetermined saturation level. Of the n field memories, each of which is stored in a corresponding memory among the n field memories for each screen, and is synchronized with the vertical synchronizing pulse supplied from the drive pulse generating circuit to add the adder. 2. The solid-state image pickup device according to claim 1, wherein the image output of the n screen is combined and output as an output image of one field by adding.
供給することによって前記合成出力のうち前記所定の飽
和レベル以上の画像出力レベルを段階的に減少させ、連
続した階調の画像出力を得るようにした請求項2記載の
固体撮像装置。3. An n-1 number of high voltage pulses for the shutters are supplied to gradually reduce an image output level above the predetermined saturation level of the combined output, thereby producing an image output of continuous gradation. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the solid-state imaging device is obtained.
された前記フィールドメモリ出力のみを加算する請求項
1記載の固体撮像装置。4. The solid-state image pickup device according to claim 1, wherein the adder adds only the field memory outputs synchronized with the vertical synchronizing pulse.
ルスと水平転送パルスと読み出しゲートパルスとを発生
して前記固体撮像素子のn倍速読み出し動作を制御し、
前記垂直同期信号を発生して前記通常出力の画面と前記
シャッタ出力の画面との時間ずれを前記フィールドメモ
リの読み出し時に一致させる同期化動作とを制御する請
求項1記載の固体撮像装置。5. The drive pulse generation circuit generates a vertical transfer pulse, a horizontal transfer pulse, and a read gate pulse to control an n-fold speed read operation of the solid-state imaging device,
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the vertical synchronizing signal is generated to control a synchronizing operation for matching a time lag between the screen of the normal output and the screen of the shutter output when the field memory is read.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8005889A JPH09200621A (en) | 1996-01-17 | 1996-01-17 | Solid-state image pickup device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8005889A JPH09200621A (en) | 1996-01-17 | 1996-01-17 | Solid-state image pickup device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09200621A true JPH09200621A (en) | 1997-07-31 |
Family
ID=11623467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8005889A Pending JPH09200621A (en) | 1996-01-17 | 1996-01-17 | Solid-state image pickup device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09200621A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004502386A (en) * | 2000-06-29 | 2004-01-22 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Color image pickup device |
| US8154619B2 (en) | 2007-12-18 | 2012-04-10 | Sony Corporation | Imaging apparatus, imaging processing method, and imaging control program |
-
1996
- 1996-01-17 JP JP8005889A patent/JPH09200621A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004502386A (en) * | 2000-06-29 | 2004-01-22 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Color image pickup device |
| US8154619B2 (en) | 2007-12-18 | 2012-04-10 | Sony Corporation | Imaging apparatus, imaging processing method, and imaging control program |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19990622 |