JPS6022879A - 固体撮像装置感度制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光電変換装置の感度制御方式、特に、画面全体
にわたって一様な感度制御のみならず部分的な感度制御
をも可能とした固体撮像装置感度制御方式に関するもの
である。

従来、感度制御は機械的絞りにより、その入射光量を制
御して行っていた。はじめに、この機械的絞りの概要と
問題点について述べる。

第１図は、絞り機構により入射光量を変えて感度制御を
行う撮像装置の光量制御系を示す。入射光は、レンズ系
１によって光電変換素子２の受光面上に結像され、光電
変換された電気信号は増幅器３によって所定の振幅に増
幅され、出力端子４から出力される。そして、例えば増
幅器３のダイナミックレンジ内における適度な光電変換
出力信号を得て感度制御を行うために、光電変換素子２
に入用する光量を調節する絞り機構が必須であった。す
なわち、第１図示の構成では増幅器３の出力信号の振幅
に応じて、絞り制御回路５および絞り駆動系６によって
その透過光、φが制御される絞り７か設けられている。

この絞り７は、絞り制御回路５などを用いて自動的に作
動させるか、若しくは撮像装置の操作者白身により手動
操作できるようになっている。しかし、従来の撮像装置
では、感度制御のための人則光ｊ、着団御を行うこの絞
り系の内部に機械系を含んでいることに起因して（すな
わち、慣性が存在するので）、迅速な動きには追従でき
ないという欠点があった。

また、レンズからの入射光Ｍ：を変化させているので、
画面全体に渡って一様にしか調節できず１、ｌ、、８分
的に光量を変化させることは不可能であった。よって、
たとえば一部に空が入っている画面とか、室内と室外を
同時に撮影した画面など部分的に入射光量が大幅に異な
る画面の場合には、−力にレベルを合わせると他方に「
白っぷれ」あるいは「黒つぶれ」が生じてしまうという
問題もあった。

ざらに、従来用いられていた撮像管や体１体撮像土子で
は、２次元面に複数配列された各画素ごとに、信号読み
出しおよびリセット動作か同時に完了するようになって
いる。よって、信−号を読み出した画素については次の
読み出しＩＩ！＋’　（すなわち１フレ一ム時間後）ま
でが電荷蓄積時間となるが、この間順次他の画素につい
て読み出し、リセット動作が連続して行われており、さ
らに各画素ごとの出力信号は各画素に共通した単一の出
力端を介して出力される構成となっているので、（ｉｉ
号読み出しと無関係なタイミングでリセット動作を行わ
せることは不可能であった。したがって、かかる撮像管
や固体撮像素子を用いた撮像装置では機械的絞りによら
なければその感度制御が行えなかった。

そこで、本発明は、撮像素子における各画素ごとのリセ
ット動作をその画素の読み出しタイミングとは無関係独
立に行うことにより、各画素の電荷蓄積時間を任意所望
となし、もって各画素ごとにその感度制御を行いうる点
に着目してなされたもので、その目的とするところは、
従来用いられていた機械的絞りにより全画面にわたり一
様にのゐ感度制御するのでなく、全画面一様な感度制御
のみならず部分的な感度制御をも可能ならしめた固体撮
像装置感度制御方式を提供することにある。

かかる［］的を達成するために、本発明では、画、を、
に対応する固体の単位光電変換素子を複数配列１２、所
定周期で走査して撮像出力信号を得る固体撮像装置にお
いて、撮像出力信号を蓄積し、該蓄ＪＪｌｉされた信号
量に応じて上記固体のＣｌｊ位光電変換素子における入
射光に対する電荷蓄積時間を制御し得るようにする。

以下、図面を参照して、本発明の構成および動作を１、
Ｔ細に説明する。

はじめに、本発明固体撮像装置感度制御方式に用いるの
に好適な固体撮像素子の一例について述べる。

Ｑ’ｒ　２図は、非破壊読出しの固体撮像板を構成する
中位素子およびその関連の構成要素を示す回路である。

本図中、コンデンサＣおよび抵抗Ｒの並列接続は、例え
ば光導電膜で形成した光電変換部ｊ旋に応じた出力信号
か送出され、増幅器である゛ｃＬ界効果トランジスタ（
以下、ＦＥＴという）　ＴＡのゲートに入力される。

なお、光電変換部はＰＮ接合からなるフォトタイオード
等でも形成し得る。

ＦＥＴ　ＴＡにより増幅された信号は、走査用トランジ
スタスイッチＴｙおよびＴｘを介して、次段の負荷Ｒし
に供給されると共に出力信号として取りだされる。ここ
で、上述した入射光量に応じてＦＥＴ　ＴＡのゲートに
蓄積された電荷は、出力信号取り出し後も消滅すること
なく非破壊読み出しが実現される。

通常の撮像装置では、引続く次のフレームの読み出し時
刻までの間、入射光によって生じる電荷を蓄積して次の
フレームの画像信号として出力するために、上述した出
力信号取り出し直後にリセット用トランジスタ　ＴＲに
よりＦＥＴ　ＴＡのゲートに蓄積された電荷をリセッＩ
・している。したかって、リセット直後から次の読み出
し時までか、引続く次のフレームの画像に対する電４ｉ
ｆ蓄積時間となる。かかる素子の感度制御は、入射光量
を例えは、絞りにより制御して行う。

なお、第２１Ｊ中、記号Ｙｇｖ、ＸｓｗおよびＲｓｗは
、それぞれＹ列選択パルス入力端子、Ｘ行選択パル７入
力端子およびリセットパルス入力端子であり、記号Ｅｓ
は読み出し用電源である。また、第２図中１点線で囲ん
だ部分は１画素範囲を示している。

１５３図は、破壊読出しの固体撮像板を構成する中位素
子およびその関連の構成要素を示す回路図である。本図
中、ダイオードＤは例えばフォトダイオードなどからな
る光電変換部の等価回路を示し１、＝こに入用した光り
の入射光量に応じたｉｉ、荷がクイオードの接合容Ｙな
どに蓄積される。この゛電荷は、第２図示の単位素子と
同様、走査用トランジスタスイッチＴｙおよびＴｘが導
通すると、次段の負荷Ｒしに供給されると共に出力信号
として取りだされる。ここでは、」二連した人力光量に
応してダイオードの接合容ｌ−１などに蓄積された電荷
が直接読み出されるので破壊読み出しとなり、この単位
素子のリセット動作が行われたこととなる。かかる素子
の場合には、素子自体には感度調整機能を有してないの
で、例えば機械的な絞りによって入射光量を制御するこ
とにより、感度制御を行っている。

なお、第３図において第２図示の構成部と同様の作用を
なす部分は同じ記号を付し、詳細な説明は省略する。ま
た、第３図において点線で囲んだ部分は１画素範囲を示
している。

次に、第２図または第３図示の固体撮像素子をもちいた
撮像装置に、未発明固体撮像装置感度制御方式を適用し
た一実施例について詳細に説明する。

第４図は、本発明固体撮像装置感度制御方式の原理的構
成を示すブロック線図である。本図中、記号８は上述し
た第２図または第３図示の単位素子を複数個２次元配列
した固体撮像板である。そして、通常の撮像装置と同様
、Ｙ走査回路９およびＸ走査回路ＩＯによりＹスイッチ
（固体撮像板８内の各中位素子に含まれる）およびＸヌ
イ・ンチ１１をそれぞれ＋＋１ｌＩｔ次切換え、もって
増幅器１２を介して市偵方向および水平方向に配列され
た単位素子から出カイｒ−１号を逐次読み出す。

本発明内体撮像装置感度制御方式では、」二連しｆ：　
、１ｌｊｉ　’＋情の構成の他に、出力信号レベルを検
出することにより入用光量を検知し、この入射光量の多
少に応じて既述の如く各中位素子のリセ・ント時刻をそ
の１′１１位素子の信号読み出しとは独立に制御するた
めに、リセット信号制御部１３ならひにＹリセット回路
１４およびＸリセット回路１５を設けである。続いて、
これらの動作について説明する。

’（′Ｓ　５　Ａ図に示す特性図では、本発明の制御を
行う前の出力信号を横軸にとり、その出カイ１１号によ
って制御されるべき入用光に生じる電荷の蓄積時間を縦
軸に示している。すなわち、入射光１ｄ、に対して制御
１１１の出力信号のあるレベルを基準にして、その２，
３，４．・・・、３２倍の出力（横軸）が得られたとす
ると、それに対応した入射光量があったことになるので
、゛１１！、荷蓄積時間を１フィールド時間の１／２．
・・弓／３２にそれぞれ制御することにより、第５Ｂ】 図に示す入射光敬対制御後の出力信号の関係か得られる
。すなわち、第５Ｂ図象翳は横軸が入射光量、縦軸がｉ
ｙＩ御後の出力信号であり、これはある標準の入用光量
までは出力が直線的に変化するものの、それ以上の入射
光量に対しては圧縮された形で出力が得られるような感
度制御を行っていることを示している。

このようにすることによって、非常に強い光に対しても
完全に白つぶれの状態になることはなく、圧縮された情
報をイ！することができる。どの程度圧縮するかはリセ
ット信号制御部１３において、入射光量と電荷蓄積時間
の関係、すなわち第５Ａ図および第５Ｂ図示の′ｌ″を
いかなる入射光量：の値と対応させ、その傾きをいかに
選択するかによって任意所望の形態にすることが可能で
ある。

本発明による固体撮像装置感度制御方式には３つの場合
がある。その第１の場合は、全ての単位素子に対して同
一の電荷蓄積時間となるように各単位素子のリセット時
刻を定めることであるにれは、従来の機械的絞りに対応
するもので、画面全体にわたり一様な感度制御となる。

第２の場合は、各走査線に対応して１次元配列された各
単位）、了に対して、同一の′１を荷蓄積時間となるよ
うに各中イ）シ素子のりセット時刻を定めることである
。

第３の場合は、各単位素子ごとにそれぞれ別個の゛電荷
蓄積時間となるように各単位素子のりセット１１ｒ刻を
定めることである。

以下、各場合の実施例について述へる。

；（’ｔ　１の場合は、フィールドまたはフレーム周期
となる各単位素子に対する画像の読み出し周期に、＆、
ｊ　して、単一の電荷蓄積時間を決定すればよい。

この場合、各水平走査線を構成する各中位素子を回１１
ｊにリセット時刻ても、その水］・走査線の最初の中（
：（素子と最後の単位素子との電荷蓄積時間差に’、＝
Ｉ　Ｉｉ−：　してその感度差は１１５２５となり無視
することかできるので、Ｘリセ、ト回路を省略すること
ができる。また、Ｙリセット回路もメモリなどを用いて
構成する心霊はなく、水平走査周期のクロックにて駆動
されるシフトレジスタを用いることができる。

第６図は上述した第１の場合の実施例を示すブロック線
図であり、各部の波形を第７図に示す。第６図示の実施
例では、固体撮像板８は第２図示の非破壊読み出しの単
位素子にて構成しである。リセット信号制御部１３′　
の具体的構成例は第６図中点線で囲んで示しである。映
像信号の出力レベルに応じてリセットパルスのタイミン
グを制御するにあたり、抵抗Ｒ，およびＲ２ならびにコ
ンデンサｃｏで構成した積分回路にビデオ信号を入力す
る。これにより共通接続点ｖ１には抵抗Ｒ，およびＲ２
ならびにコンデンサＣＯで決定される積分回路時定数に
したがって、映像信号電圧の平均値が第７図示の波形文
として生じる。これを比較器ＶＣの一方の入力端子に供
給し、他方の入力端子には比較基準信号となる読み出し
パルスに同期した鋸歯状波波形ｍを人力する。

この結果、比較器ＶＣの出力は、波形ｎに示す如く、　
ｖｌの電圧の違いが読み出しパルスからの時間遅れに変
換され、　Ｌｌ、ｔ２．ｔ３のように現われる。この波
形ｎを用いてリセットパルスを発生さ仕る。したがって
、フィールドまたはフレーム周期の読み出しパルスに対
して、リセットパルスは７ｔ′５７図示のようになる。

また、　Ｔｌ　＋Ｔ２　、Ｔ３はそれぞれ電荷蓄積時間
を示す。この場合、波形】１をそのまま用いて、読み出
し直後から上述した所定の期間だけ連続してリセットす
ることにより、強い光に夕４するブルーミングやスメア
を減少させ、若しくは取り除くことができる。

次に、第１の場合における他の実施例についてｉδＮべ
る。第８Ａ図はその全体構成を示すブロック線図、第８
Ｂ図および第８Ｃ図はそれぞれフィールドごとに゛電荷
蓄積時間を決定する場合およびフレームことにｉし荷蓄
精時間を決定する場合のリセット信号制御部１３″を示
す構成例、第８Ｄ図はリセット信ｔツ制御部１３′　を
構成するりセット信号発生器１６のＪｊ一体的構成例を
それぞれ示すものである。

また、これらの場合、各部の動作信号波形につきフィー
ルドごとに電荷蓄積時間を決定する場合を第９図に、フ
レームごとに電荷蓄積時間を決定する場合を第１Ｏ図に
それぞれ示す。この場合、あるフィールドまたはフレー
ムでゼ）られた出力信号を１フィールド期間または１フ
レ一ム期間だけ積分し、その値がある設定レベル以下で
ある場合には、読み出し直後にリセットを行うようなリ
セットパルスを発生させる。また、１フィールド期間ま
たはｌフレーム期間の積分イ１６が１没定レヘル以−］
−になった場合には、その設定レベルを越えた都に応じ
てリセットパルスの発生時間を変化させ、もって入射光
による電荷の蓄積時間を短くする。

すなわち、第９圓および第１０図において、フィールド
周波数またはフレーム周波数の垂直読み出しパルスに対
し、それぞれ読み出し直後にリセットする場合のりセッ
トパルスのタイミングは波形１、蓄積時間を短くした場
合のリセットパルスのタイミングは波形２、蓄積時間を
ｘｓｉ　＜　して連続したリセットをかける場合のリセ
ットパルス波形は３にそれぞれ示すようになる。

また、フィールドごとにリセットタイミングを決ノＪ！
する場合は、４フイールドで読み出しおよびリセットが
完結するので、リセット信号制御部１３″は第８Ｂ図示
のようにリセット信４発生器１６を４つ並列接続し、Ａ
、Ｂ、Ｃ端子にはそれぞれ１フィールド蒔間差を有する
波形ａ、ｂ、ｃの同一波形１、；号を印加し、これらリ
セット信号発生器１６を順次隨・り返して用いることと
する。さらに、フレームごとにリセットタイミングを決
定する場合は、２フレームで読み出しおよびリセットが
完結するので、リセット信号制御部１３″は第８０図示
のようにリセット発生器１６を２つ並列接続し、Ａ、Ｂ
、Ｃ：端ｒ・にはそれぞれｌフレーム時間差を有する波
形ａ、ｂ、ｃの同一波形信号を印加し、これらリセット
信号発生器１６を交互に使うこととする。

この場合のリセット信号発生器１６の動作について１ホ
ベる。

第８Ｄ図において、先ず第９図または第１０図の波形ａ
に示すビデオクリアパルスを端子Ａに印加し、トランジ
スタ　Ｑｌを導通して垂直読み出しパルスと同時にコン
デンサ６、を放電状態とする。

次に、第９図または第１０１図の波形すに示すパルスを
端子Ｂに印加し、スイッチンクトランシスタＱ３を導通
し、■フィールドまたは１フレ一ム間の映像信号を抵抗
Ｒ１を介し、てコンデンサｃ１に蓄積し、これを電圧比
較器ＶＣの一方の入力端イーに供給する。Ｅ点における
′ＩＥ圧変化は波形ｅに示すようになる。

次に、第９図または第１０図に示す波形Ｃのパルスを端
子Ｃに印加してトランジスタ　０２をいったん導通し、
コンデンサＣ２を放電させ、しがるのち抵抗Ｒ２を介し
て端子りに接続された直流゛電圧から電荷をコンデンサ
Ｃ２に蓄積し、これを比＋２基準信号として電圧比較器
ＶＣの他方の入力端子に供給する。Ｆ点における電圧変
化は波形ｆに示すようになる。このようにして、コンデ
ンサＣ１およびＣ２の両端の電圧を比較し、コンデンサ
ｆシ２の端子電圧ｖＣ２がコンデンサＣＩの端子゛電圧
Ｖｃｌより大きくなったとき、たとえは波形２のリセッ
トパルスを発生するか、あるいは波形３またはｇに示す
ようにリセットパルスをオフにする。

これにより−１映像信号出力が大きいときはコンデンサ
Ｃ１の端子電圧Ｖｃ１　も大きい値となるのでリセット
時刻も遅くなり、従って電荷蓄積時間が１υくなる。逆
に、映像信号出力が小さいときは、コンデンサ０皿の端
子’！［！：　ｆＥ　Ｖｃ　、も小さな値となって映像
読み出し後すぐにリセットするようになる。かくして、
゛電荷蓄積時間を長くすることができる。

次に、上述した第２の場合、すなわち、各走査線ごとに
電荷蓄積時間を決定する場合について述へる。イシ１１
図はこの場合の全体構成例を、第１２図は各ｊ■の動作
波形を示す。すなわち、各走査線ごとに゛電荷蓄積時間
を決定するために、リセット信じ制御部１３　には各走
査線ことにリセット信号発生器１６を複数個設ける。こ
の場合も、各走査線を４、リー成する各中位ふ子を同時
にリセットするためにＸリセンＩ・回路は不要となる。

Ｙリセット回路としては、各走査線ごとにスイッチを設
ければよい。

固体撮像板８として第２図示の栄位素子をもって構成し
た例につき、以下説明する。この場合、ｌ水平走査期間
における映像信号の平均値に基づき、その走査線を構成
する各単位素子のリセ・ントタイミングを決定するもの
である。リセ・ント信号発生器１８の具体的構成例は第
８Ｄ図と同様にすればよい。その動作は既述の第８八図
ないし第８０図示の場合とほぼ同様となるが、読み出し
周期が水平走査周期となる点のみ異っている。また、各
リセ・ント信号発生器１６の各端子Ａ、Ｂ、Ｃにはそれ
ぞれ１水平走査期間づつずれたタイミングで同様の波形
を印加するものとする。

第８Ｄ図に具体的構成を示すリセット信号発生器１６に
おいて、先ず第１２図の波形ａに示すビデオクリアパル
スを端子Ａに印加し、トランジスタ　Ｑ＋を導通にして
読み出しパルス（すなわち、ち該水平走査線の水平同期
パルスに同期したＸ線読み出しパルス）の発生直前にコ
ンデンサＣ１を放電状態とする。次に第１２図の波形す
に示すパルスを端子Ｂに印加してスイッチングトランジ
スタＱ３を導通にし、１走査期間の映像信号を抵抗Ｒ１
を介１、てコンデンサＣ１に蓄積し、これを電圧比較器
ＶＣの一力の入力端子に供給する。Ｅ点における電圧変
化は波形ｅに示すようになる。

次に、第１２図の波形Ｃのパルスを端子Ｃに印加してト
ランジスタＱ２をいったん導通し、コンデンサＣ２を放
電させ、しかるのち抵抗Ｒ２を介して端子りに接続され
た直流電源から電荷をコイデンサＣ２に蓄積し、これを
比較基準信号として電圧比較器ＶＣの他方の入力端子に
供給する。Ｆ点における電圧変化は波形ｆに示すように
なる。

これにより、コンデンサＣＩおよびＣ２の両端の゛電圧
を比較し、コンデンサＣ２の端子電圧Ｖｃ２がコンデン
サＣ１の端子電圧Ｖｃｌ　より大きくなったとき、波形
ｇに示すタイミングでリセットパルスを発生させればよ
い。なお、波形ｇは読み出し直後から連続してリセット
をかける場合に好適な波形を乃＼しており、波形りは第
１１図示のＹリセット回路１４’　におけるＪ端子に適
切な１１圧を印加しておいた場合にＹリセット回路１４
’　の出力側から１１１・られる波形を示している。

次に、上述した第３の場合（すなわち、各栄位素子ごと
にそれぞれ別個に電荷蓄積時間を決定する場合）につい
て述べる。

第１３図は、この場合の全体構成例を示す。固体撮像板
８は第２図示の栄位素子をもって構成し、第１３図にお
いては垂直方向に番目、水平方向文番目の単位素子１８
−ｋｌのみを示しである。

また、この場合における単位素子の具体的構成例の詳細
を第１４図に示す。ここでは第２図に示した単位素子の
構成要素の他に、単位素子ごとにリセットするために、
行方向および列方向それぞれにリセット用トランジスタ
　Ｔ、およびＴへを有する。

この場合、すなわち、各単位素子ごとに電荷蓄積時間を
決定するリセット信号制御部１３”’の具体的構成例を
第１５図に示す。第１５図示のリセット信号制御部１３
”″は固体撮像板８を構成する各単位素子に対応して第
８Ｄ図に具体構成例を示すｍφｎ個のリセット信号発生
器１６−１１．１８−１２．−＝　、１６−ｎｍをもっ
て構成し、さらにこれらリセット信号発生器を走査する
ためのリセット信号制御部用Ｘ走査回路１９およびリセ
ット信号制御部用Ｙ走査回路２０をイＪする。リセット
信号制御部用Ｘ走査回路１８およυリセット信号制御部
用Ｙ走査回路２０は、それぞれ各単位）。子の数に対応
した段数のシフトレジスタおよび各単位素子の数に２を
加えた段数のシフトレジスタで構成する。この場合にお
ける各部の動作波形を＋５１６図に示す。続いて、この
場合の動作についてのべる。

以下の説明では、固体撮像板８の受光面に２次元に配列
された単位素子のうち、垂直方向に番１４、水平方向交
番目の単位素子１８−に文の読み出し時刻をＴ（ｋ　、
文）と表記する。ただし、父＝０の場合すなわちＴ（ｋ
、Ｏ）は、第に行における第１番目の中位ふ子の読み出
し以前で少なくとも１画素読み出し期間以上前の水平ブ
ランキング内の時刻を示す。

いま、垂直方向に番目、水平方向文番目の単位、＋ヒＩ
’　＋８−に文に着目する。この単位素子に対応するり
セント信号発生器を１６−に文とする。上述した表記法
によれば、時刻Ｔ（ｋ、０）で第に行目の水平走査線に
対応する各単位素子が選択され、時刻Ｔ（ｋ、ｌ）で第
に行目の水平走査線に対応する各単位素子のうちの第１
番目の単位素子が読み出され、以下同様にして、時刻Ｔ
（ｋ、文）で第に行目の水平走査線に対応する各単位素
子のうちの第立番目の単位素子が読み出される。

これに先立つ時刻Ｔ（ｋ−１，０）において第に行］」
の各リセット信号発生器１Ｂ−ｋｌ、１８−に２．・−
・、＋６−ｋｍに含まれる各Ａ端子Ａｋ＋　＋　Ａｋ２
　、−、　Ａｋｍに第１６図示波形ａの電圧を印加し、
第に行目の各リセット信号発生器１Ｂ−ｋｌ、１ｔ３−
に２．・・・、１Ｂ−ｋｍの各コンデンサＣ０を一斉に
リセットする。リセット信号制御部１３’″′のリセッ
ト信号制御部用Ｘ走査回路１９は、信号読み出し用のＸ
走査回路１０と全く同期して動作しているので、次の水
平走査期間に読み出された信号は、第１６図示の電圧波
形Ｖを第１５図示のリセット信号制御部用Ｙ走査回路２
０の出力端子ＹＲｋを介してトランジスタＴＶ、のゲー
トに印加し、ＴｖＫを導通して、時刻Ｔ（ｋ、１）、Ｔ
（ｋ、２）　、・、Ｔ（ｋ。

文）、・・・、Ｔ（ｋ、ｍ）において各々対応するリセ
ット信号発生器１Ｂ−ｋｌ、＝・、　１６−１１．−、
ＩＬｋｍ（７）各コンデンサＣ１を充電する。そして、
コンデンサＣＩは次のリセット信号が入来するまでその
端子電圧Ｖｃｌ　を保持し続ける。

次に、時刻Ｔ（ｋ＋１．０）では第に行目の各リセット
（＋ｊ号全発生器１Ｂ−ｋｌ、−、１８−ｋｉ　、　−
，１１３−ｋｍの各Ｃ端、Ｉ’ｌ；に＋　、　・”　、
　（ｋｌ　、　”・、　Ｃｋｍ　ニ第１８図示ｃ７）　
Ｔｔ　圧波形Ｃを印加し、各コンデンサｃ２を一斉にリ
セットする。したがって、これと同時に、コンデンサ１
〕１の端子電圧Ｖｃｌ　と、コンデンサｃ２の端子電圧
Ｖｃ７　との比較出力である各リセット信号発生器１６
−ｋｌ、−、１６−ｋｕ　、　−、＋１３−ｋｍの各出
力は第１８図示の波形ｇに／１りすようにオンとなる。

次に、波形Ｃに示すように、Ｊ二連したリセット動作か
終γすると共に各コンデンサｃ２は端子りからの所定の
直流′電圧によって、例えば第１６図示の波形Ｖｃ２に
ン１＼すように一斉に充電される。ここで、波形Ｖｃ７
は比較基準信号である。したがってに述したと同様、比
較出力は波形ｇに示す用にＶｃｌ＞　Ｖｃ２の間オン状
態を維持する。この時、リセット信号制御部用Ｘ走査回
路の各出力端子に接続された各リセット用Ｘ線ＸＲ，、
・・・、　ＸＲ文、・・・。

ＸＲｍには、それぞれのタイミングで読み出しパルスと
同期したパルスが入来しているので、第１５図示の各ト
ランジスタ　Ｔｃがオン状態の期間だけリセット用Ｙ線
Ｙｌ、・・・、Ｙｋ、・・・、Ｙｎに、たとえば第１８
図示波形ｒに示すパルスが伝達される。

一方、リセット用Ｘ線ＸＲ１，−、ＸＲｕ　、　−、Ｘ
Ｒｍにはそれぞれの時刻において周期的に読み出しパル
スと同期したパルス波形Ｘが印加されているので、リセ
ット用Ｘ線およびリセット用Ｙ線の両方のパルスが一致
した単位素子のリセット用トランジスタＴＲｙ　、　Ｔ
Ｒｘが同時にオンとなり、この単位素子がリセットされ
る。

もし、各単位素子と各リセット信号発生器とを直接に結
合しうる場合は、第１５図示のリセット信号制御部の各
リセット信号制御部用Ｘ走査回路１９およびリセット信
号制御部用Ｙ走査回路２ｏを廃し、さらに、各単位素子
内のリセット用トランジスタＴＲＹ　およびＴＲｘを廃
して第１５図示のトランノスタ　Ｔｃのみをもって置換
可能となり、構成をｉ＋’：ｉ易化することができる。

以）−各々の場合について、固体撮像板８を第２図示の
中位素子を用いて構成した例につき説明したが、これら
いずれの場合も固体撮像板８を第３図＞１−＜のＱｉ位
素子を用いて構成することもできる。たたし、この場合
、各単位素子をリセ・ン卜することはそのｒ社位素子を
読み出すことと等価になるので、リセントはブランキン
グ期間内で行う必要がある。

）二連した第２の場合において、リセット信号のタイミ
ングにつき、その動作波形を示す第１２図を、＄　１１
１ｊ、　シて説明する。この場合、第１１図示のＹリセ
ット回路のＪ端子にｆ３１２図示の波形ｊ′、すなわち
水平ブランキング期間内の水平同期信号よりＷい幅で、
水平走査周期の繰返しパルスを印加する。このパルスを
第１２図示の波ｇによって抜き出し、波形ｈ′　のよう
な水平ブランキング期間内のりセント信号を得る。

本発明固体撮像装置感度制御方式によれは以下の通り種
々の効果利点か得られる。

１　本発明によれば、感度を１〜３．ＨＸ　１０５倍（
実用上〜１０３）と大幅に変えることかできる。よって
機械絞りはほとんど不要となり、また機械絞りを設ける
としても非常に簡単なもの、すなわち、手動の絞りを補
助手段として、設ければよい。従って従来のものより重
♀が軽くてき、構成も簡単となる。

２　全電子式系なので応答がきわめて速い。

３　従来必須の構成条件であった機械系がないので機械
系の故障がなくなる。

４　画面の一部分についての感度を変えることができる
ので、輝点なとも適度な映像レベルにすることができ、
きわめて広いグイナミンクレンジ（〜１０３倍）を得る
ことができる。

５　本発明固体撮像装置感度制御方式により電荷蓄積時
間を短くすることができるので、動きのあるものに対す
る解像度すなわち動解像度を改善することができる。

また、逆にリセット周期を通常動作時よりも長くするこ
とにより、極めて暗い被写体もＳ／Ｎよく撮像すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の撮像装置の光量制御系のブロック線図、
第２図および第３図は本発明固体撮像装置感度制御力式
に用いるのに好適な固体撮像素子の−・例を示す回路図
、第４図は本発明固体撮像装Ｈ，ｒ“ノ感度制御方式の
原理的構成を示すブロック線図、第５Ａ図および第５Ｂ
図はそれぞれ感度制御の態様を説明するための線図、第
６図は本発明固体撮像装置感度制御方式の実施例を示す
ブロック線図、；（’ｉ７図は第６図示の構成における
各部の動作波形図、第８八図ないし第８Ｄ図はそれぞれ
本発明９，１体撮像装置１ｑ感度制ｆｉｌｌ方式の他の
実施例を説明する図、第９図はリセット信号制御ｊｌ１
部を第８Ｂ図とした場合の各部の動作波形図、第１０図
はりセット信号制ｉＪ１部をω８６図とした場合の各部
の動作波形図、第＋ＩＮは本発明固体撮像装；〆Ｉ感度
制御方式のさらに他の実施例を示すブロック線図、第１
２図は第１１閃の構成における各部の動作波形図、第１
３図は本発明固体撮像装置感度制御方式のさらに他の実
施例を示すプロ・ンク線図、第１４図は第１３図の構成
における固体撮像板を構成する単位素子の例を示す回路
図、第１５図は第１３図の構成におけるリセット信号制
御部の具体的構成例を示すブロック線図、第１６図は第
１３図の構成における各部の動作波形図である。 ■・・・レンズ系、 ２・・・光電変換素子、 ３・・・増幅器、 ４・・・出力端子、 ５・・・絞り制御回路、 ６・・・絞り駆動系、 ７・・・絞り、 ８・・・固体撮像板、 ９・・・Ｙ走査回路、 １０・・・Ｘ走査回路、 １１・・・Ｘスイッチ、 ＋２・・・増幅器、 １３．１３′　、１３″　。 １３′″、　＋３””・・・リセッＩ・信号制御部、１
４・・・Ｙリセット回路、 １５・・・Ｘリセット回路、 １１３ｊ８−１］、−−−，１Ｂ−ｎｍ−−−リセット
信号発生器、 １８−に文・・・巾位桑子、 １９・・・リセット信号制御部用Ｘ走査回路、２０・・
・リセット信号制御部用Ｙ走査回路。 ＋４、．１出願人　日本放送協会 七二〉 （ へ　Ｏ） 派　派 　４４７− 派　昧 −４４８−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）画素に対応する固体の単位光電変換素子を枚数配り
   １ｊし、所定周期で走査して撮像出力値シ１を得る固体
   撮像装置において、１１（ｊ記撮像出カイ、４号を蓄積
   し、該蓄積された信号量に応じて前記固体の単位光電変
   換素子における入射光に対する電荷蓄積時間を制御し得
   るようにしたことを特徴とする固体撮像装置感度制御力
   式。 ２、特許請求の範囲第１項記載の感度制御方式において
   、前記電荷蓄積時間を前記撮像出力信号の各画面ごとに
   一定のイ＋〆１となるようにしたことを＃ｈ徴とする固
   体撮像装置感度制御方式。 ３）特許請求の範囲第２項記載の感度制御方式において
   、１１ｊ記撮像出力信号を所定の時定数を有する積分回
   路に供給して検出した＋ｉｉｆ記撮像出力信号の平均振
   幅と前記単位光′「Ｌ変換素子の読み出し周期でかつ該
   読み出しタイミングと位相同期した基準信号の振幅とを
   比較して得た比較結果に基づいて前記電荷蓄積１１４ｊ
   ｌｔｌｌを定めたことを特徴とする固体撮像装Ｎ感度制
   御方式。 ４）特許請求の範囲第２項記載の感度制御方式において
   、前記撮像出力信号を、その垂直走査期間蓄積した出力
   振幅と前記単位光電変換集子の読み出し周期でかつ該読
   み出しタイミングと位相同期した基準信号の振幅とを比
   較して得た比較結果に基づいて前記電荷蓄積時間を定め
   たことを特徴とする固体撮像装置〆１感度制御方式。 ５）特許請求の範囲第１項記載の感度制御力式において
   、前記電荷蓄積時間を前記撮像出力信号の水平走査ごと
   に一定の値となるようにしたことを＃徴とする固体撮像
   装置感度制御方式。 ６）特許請求の範囲第５項記載の感度制御方式において
   、前記撮像出力信号をその水平走査期間蓄積した出力振
   幅と前記単位光電変換素子の読み出し周期でかつ該読み
   出しタイミングとイ、７相同期した基準信号の振幅とを
   比較して得た比較結果に基ついて前記電荷蓄積時間を定
   めたことを特徴とする固体撮像装置感度制御方式。 ７）特許請求の範囲第１項記載の感度制御方式において
   、前記電荷蓄積時間を前記単位光電変換素子ごと別個に
   定め得るようにしたことを特徴とする固体撮像装置感度
   制御方式。 ８）特許請求の範囲第７項記載の感度制御方式において
   、前記撮像出力信号を前記単位光電変Ｊｆｆ！　Ｊ−ｆ
   ごとに蓄積した出力振幅と前記単位光′屯変換素子の読
   み出し周期飄でかつ該読み蓄積時間を定めたことを特徴
   とする固体撮像装置感度制御方式。