JPH0575931A - 撮像装置 - Google Patents
撮像装置Info
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- JPH0575931A JPH0575931A JP3261415A JP26141591A JPH0575931A JP H0575931 A JPH0575931 A JP H0575931A JP 3261415 A JP3261415 A JP 3261415A JP 26141591 A JP26141591 A JP 26141591A JP H0575931 A JPH0575931 A JP H0575931A
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Links
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- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
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- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
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- 210000003127 knee Anatomy 0.000 description 2
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- -1 silver halide Chemical class 0.000 description 1
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Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Processing Of Color Television Signals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 簡単で経済的な処理回路で、ダイナミックレ
ンジを実質的に広くする。また、任意の画素から信号を
読み出す事で多くの画像入力装置に応用可能とする。 【構成】 ランダムアクセス型撮像素子を使用した撮像
装置において、撮像素子２００への照射光量の多い画素
領域では露光時間を短く設定し、得られた画素信号をメ
モリへ転送し、撮像素子２００への照射光量の少ない画
素領域では露光時間を長く設定し、得られた画素信号を
メモリ３５０へ転送する露光制御手段を有し、該メモリ
３５０の画素信号を順次転送する。
ンジを実質的に広くする。また、任意の画素から信号を
読み出す事で多くの画像入力装置に応用可能とする。 【構成】 ランダムアクセス型撮像素子を使用した撮像
装置において、撮像素子２００への照射光量の多い画素
領域では露光時間を短く設定し、得られた画素信号をメ
モリへ転送し、撮像素子２００への照射光量の少ない画
素領域では露光時間を長く設定し、得られた画素信号を
メモリ３５０へ転送する露光制御手段を有し、該メモリ
３５０の画素信号を順次転送する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は撮像装置に係り、特に実
質的にダイナミック・レンジの広い撮像装置に関する。
質的にダイナミック・レンジの広い撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】撮像装置は、カメラ一体形ＶＴＲやスチ
ル・ビデオ・カメラなどのビデオ・カメラ部として広く
使用されている。撮像管や固体撮像素子を用いるビデオ
・カメラは旧来の銀塩写真システムに比べダイナミック
・レンジが狭く、従って、逆光時などには白とびや黒つ
ぶれ（輝度レベルが著しく高い又は低い部分の俗称）な
どが発生する。従来のビデオ・カメラではこのような場
合、手動又は逆光補正ボタンの操作により絞りを２絞り
分程度開放し、光量を調節していた。
ル・ビデオ・カメラなどのビデオ・カメラ部として広く
使用されている。撮像管や固体撮像素子を用いるビデオ
・カメラは旧来の銀塩写真システムに比べダイナミック
・レンジが狭く、従って、逆光時などには白とびや黒つ
ぶれ（輝度レベルが著しく高い又は低い部分の俗称）な
どが発生する。従来のビデオ・カメラではこのような場
合、手動又は逆光補正ボタンの操作により絞りを２絞り
分程度開放し、光量を調節していた。
【０００３】しかし、このような逆光補正を適切に行っ
た場合でも、主たる被写体が適正露光量であっても背景
で白とびが発生してしまい、背景が白いだけの画面にな
ってしまう。つまり、従来装置のように主被写体の露光
量が適正になるように光量調節するだけでは、撮像装置
のダイナミック・レンジの狭さは解決されない。
た場合でも、主たる被写体が適正露光量であっても背景
で白とびが発生してしまい、背景が白いだけの画面にな
ってしまう。つまり、従来装置のように主被写体の露光
量が適正になるように光量調節するだけでは、撮像装置
のダイナミック・レンジの狭さは解決されない。
【０００４】かかる問題を解決するものとして、例えば
２回の露光を行ないダイナミックレンジの拡大を行う方
法がある。この方法は通常の露光時間1/60秒で撮像した
画面の飽和した画素信号を高速シャッタ動作（例えば1/
1000秒）で撮像した画素信号で置換するものである。こ
の方法では露光時間が約１６倍違うので、ダイナミック
レンジも１６倍拡大できる。
２回の露光を行ないダイナミックレンジの拡大を行う方
法がある。この方法は通常の露光時間1/60秒で撮像した
画面の飽和した画素信号を高速シャッタ動作（例えば1/
1000秒）で撮像した画素信号で置換するものである。こ
の方法では露光時間が約１６倍違うので、ダイナミック
レンジも１６倍拡大できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
２回の露光によってダイナミックレンジの拡大を行う方
法は以下のような問題点があった。
２回の露光によってダイナミックレンジの拡大を行う方
法は以下のような問題点があった。
【０００６】例えば、動画を撮影するムービカメラで
は、各フィールド毎に、通常露光信号と高速シャッタ信
号とを読み出すので、２つの画像信号を合成すると、そ
の合成信号は２フィールドで１枚分の画像信号としかな
らない。従って、２フィールド期間は同一の合成信号を
メモリ等より出力する事になり、動解像度が低下してし
まうという問題が生じる。
は、各フィールド毎に、通常露光信号と高速シャッタ信
号とを読み出すので、２つの画像信号を合成すると、そ
の合成信号は２フィールドで１枚分の画像信号としかな
らない。従って、２フィールド期間は同一の合成信号を
メモリ等より出力する事になり、動解像度が低下してし
まうという問題が生じる。
【０００７】また、２回の露光はいずれも、予め定めら
れたシーケンスで、撮像素子を走査させて行われるの
で、全ての信号を出力した後でなければ、次の走査を行
う事が出来ない。多くの場合、撮像素子が飽和する領域
は、撮影画面の極く一部であって、上記２つの撮像信号
よりダイナミックレンジを改善するための信号の置換
は、少しのデータで良い。つまり、画像は多くの不要な
情報から構成されており、従来の様に２つの撮像信号を
全て出力し、画像処理を行う事は不経済である。
れたシーケンスで、撮像素子を走査させて行われるの
で、全ての信号を出力した後でなければ、次の走査を行
う事が出来ない。多くの場合、撮像素子が飽和する領域
は、撮影画面の極く一部であって、上記２つの撮像信号
よりダイナミックレンジを改善するための信号の置換
は、少しのデータで良い。つまり、画像は多くの不要な
情報から構成されており、従来の様に２つの撮像信号を
全て出力し、画像処理を行う事は不経済である。
【０００８】この様な問題点を考慮し、本発明は実質的
に、ダイナミックレンジが広く、且つ画像処理が簡単
で、通常の動画像が得られる撮像装置を提供する事を目
的とする。
に、ダイナミックレンジが広く、且つ画像処理が簡単
で、通常の動画像が得られる撮像装置を提供する事を目
的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の撮像装置は、ラ
ンダムアクセス型撮像素子を使用した撮像装置におい
て、前記撮像素子への照射光量の多い画素領域では露光
時間を短く設定し、得られた画素信号をメモリへ転送
し、前記撮像素子への照射光量の少ない画素領域では露
光時間を長く設定し、得られた画素信号を前記メモリへ
転送する露光制御手段を有し、前記メモリの画素信号を
順次転送することを特徴とする。
ンダムアクセス型撮像素子を使用した撮像装置におい
て、前記撮像素子への照射光量の多い画素領域では露光
時間を短く設定し、得られた画素信号をメモリへ転送
し、前記撮像素子への照射光量の少ない画素領域では露
光時間を長く設定し、得られた画素信号を前記メモリへ
転送する露光制御手段を有し、前記メモリの画素信号を
順次転送することを特徴とする。
【００１０】
【作用】本発明の撮像装置は、撮像素子が飽和する領域
は、撮影画面の極く一部であって、２つの撮像信号より
ダイナミックレンジを改善するための信号の置換は、少
しのデータで良いことに着目し、撮像素子への照射光量
の多い画素領域では露光時間を短くしてメモリへ情報を
転送し、撮像素子への照射光量の少ない画素領域では露
光時間を長くしてメモリへ情報を転送し、メモリの画素
信号を順次転送することで、１つの画面内に露光量の異
なる領域を得、撮像装置が飽和する様な明るい被写体を
撮像しても、撮像装置は飽和しないように制御すること
を可能とするものである。
は、撮影画面の極く一部であって、２つの撮像信号より
ダイナミックレンジを改善するための信号の置換は、少
しのデータで良いことに着目し、撮像素子への照射光量
の多い画素領域では露光時間を短くしてメモリへ情報を
転送し、撮像素子への照射光量の少ない画素領域では露
光時間を長くしてメモリへ情報を転送し、メモリの画素
信号を順次転送することで、１つの画面内に露光量の異
なる領域を得、撮像装置が飽和する様な明るい被写体を
撮像しても、撮像装置は飽和しないように制御すること
を可能とするものである。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
詳細に説明する。
詳細に説明する。
【００１２】まず、本発明に用いる撮像素子の構成につ
いて説明する。図６は、本発明に用いる撮像素子の一例
の単位回路を示す構成図である。図７は、図６の単位回
路の基本駆動タイミング図である。
いて説明する。図６は、本発明に用いる撮像素子の一例
の単位回路を示す構成図である。図７は、図６の単位回
路の基本駆動タイミング図である。
【００１３】図６において、１００は単位回路部を示
し、一つの光電変換素子を構成する。１０は光電変換部
となるフォトダイオード、２０は転送ＭＯＳトランジス
タ、３０はリセットＭＯＳトランジスタである。なお、
フォトダイオード１０のリセットは（図７に図示の
（Ａ））、転送ＭＯＳトランジスタ２０とリセットＭＯ
Ｓトランジスタ３０を駆動パルスφR1，φC で導通制御
することによりなされる。
し、一つの光電変換素子を構成する。１０は光電変換部
となるフォトダイオード、２０は転送ＭＯＳトランジス
タ、３０はリセットＭＯＳトランジスタである。なお、
フォトダイオード１０のリセットは（図７に図示の
（Ａ））、転送ＭＯＳトランジスタ２０とリセットＭＯ
Ｓトランジスタ３０を駆動パルスφR1，φC で導通制御
することによりなされる。
【００１４】また、４０は転送ＭＯＳトランジスタ、５
０は容量、６０は読み出しトランジスタである。駆動パ
ルスφR2により、容量５０を介して読み出しトランジス
タ６０のベース電位が制御可能となっている。
０は容量、６０は読み出しトランジスタである。駆動パ
ルスφR2により、容量５０を介して読み出しトランジス
タ６０のベース電位が制御可能となっている。
【００１５】フォトダイオード１０で光電変換された蓄
積電荷の転送は（図７に図示の（Ｂ））、転送ＭＯＳト
ランジスタ２０と転送ＭＯＳトランジスタ４０とを駆動
パルスφR1，φR2により導通制御することによりなされ
る。転送された電荷は、電荷保持手段となる読み出しト
ランジスタ６０の寄生ベース容量（図示省略）と容量５
０に一時的に蓄積される。この蓄積信号を読み出しトラ
ンジスタ６０から出力信号線６５へ読み出す（図７に図
示の（Ｃ））時は、容量５０に正の駆動パルスφR2を印
加し、読み出しトランジスタ６０を順バイアス状態にす
る。この時、出力信号線６５に接続された転送ＭＯＳト
ランジスタ７０を駆動パルスφT により導通状態にする
と、一時蓄積容量８０に読み出しトランジスタ６０から
エミッタ電流が流れ、ベース電位に対応したエミッタ電
圧が現われる。
積電荷の転送は（図７に図示の（Ｂ））、転送ＭＯＳト
ランジスタ２０と転送ＭＯＳトランジスタ４０とを駆動
パルスφR1，φR2により導通制御することによりなされ
る。転送された電荷は、電荷保持手段となる読み出しト
ランジスタ６０の寄生ベース容量（図示省略）と容量５
０に一時的に蓄積される。この蓄積信号を読み出しトラ
ンジスタ６０から出力信号線６５へ読み出す（図７に図
示の（Ｃ））時は、容量５０に正の駆動パルスφR2を印
加し、読み出しトランジスタ６０を順バイアス状態にす
る。この時、出力信号線６５に接続された転送ＭＯＳト
ランジスタ７０を駆動パルスφT により導通状態にする
と、一時蓄積容量８０に読み出しトランジスタ６０から
エミッタ電流が流れ、ベース電位に対応したエミッタ電
圧が現われる。
【００１６】読み出しトランジスタ６０のベースに残っ
た電荷のクリア（図７に図示の（Ｄ））は、まず最初
に、リセットＭＯＳトランジスタ３０と転送ＭＯＳトラ
ンジスタ４０を駆動パルスφC とφR2により導通状態と
して、リセットする（期間ＴD1）。次に駆動パルスφVC
により出力線リセットＭＯＳトランジスタ９０を導通状
態としてエミッタを定電位にし、容量５０に正の駆動パ
ルスφR2を印加することにより、読み出しトランジスタ
６０を順バイアス状態としてベースに残留した電荷を放
電させて（過渡リフレッシュ動作）、リセット動作が終
了する（期間ＴD2）。
た電荷のクリア（図７に図示の（Ｄ））は、まず最初
に、リセットＭＯＳトランジスタ３０と転送ＭＯＳトラ
ンジスタ４０を駆動パルスφC とφR2により導通状態と
して、リセットする（期間ＴD1）。次に駆動パルスφVC
により出力線リセットＭＯＳトランジスタ９０を導通状
態としてエミッタを定電位にし、容量５０に正の駆動パ
ルスφR2を印加することにより、読み出しトランジスタ
６０を順バイアス状態としてベースに残留した電荷を放
電させて（過渡リフレッシュ動作）、リセット動作が終
了する（期間ＴD2）。
【００１７】以上述べた様に、駆動パルスφR1，φR2，
φC ，φT ，φVCのタイミングを変える事により、撮像
素子の基本動作であるフォトダイオードのリセット動作
から蓄積動作、及び蓄積電荷の転送から読み出し動作迄
を行う事が出来る。
φC ，φT ，φVCのタイミングを変える事により、撮像
素子の基本動作であるフォトダイオードのリセット動作
から蓄積動作、及び蓄積電荷の転送から読み出し動作迄
を行う事が出来る。
【００１８】図８は上記単位回路を配列したＸ−Ｙ型撮
像素子の概略図である。なお、ここでは簡易化のため素
子を２×２の４素子のみ示している。図８に示すよう
に、Ｘ−Ｙ型撮像素子は２つの行デコーダ（Ｌ，Ｒ）１
１０，１２０、２つの列デコーダ（Ｕ，Ｄ）１３０，１
４０及び読み出し回路１５０、出力アンプ１６０、光電
変換素子１００を備えている。各デコーダ１１０，１２
０，１３０，１４０は複数の入力パルス（φLn，φRn,
φCn，φOn）により所望の選択された駆動パルスを出力
する。行デコーダ１１０と列デコーダ１３０の駆動パル
スの組合せにより、任意のフォトダイオード１０をリセ
ットする事が出来る。
像素子の概略図である。なお、ここでは簡易化のため素
子を２×２の４素子のみ示している。図８に示すよう
に、Ｘ−Ｙ型撮像素子は２つの行デコーダ（Ｌ，Ｒ）１
１０，１２０、２つの列デコーダ（Ｕ，Ｄ）１３０，１
４０及び読み出し回路１５０、出力アンプ１６０、光電
変換素子１００を備えている。各デコーダ１１０，１２
０，１３０，１４０は複数の入力パルス（φLn，φRn,
φCn，φOn）により所望の選択された駆動パルスを出力
する。行デコーダ１１０と列デコーダ１３０の駆動パル
スの組合せにより、任意のフォトダイオード１０をリセ
ットする事が出来る。
【００１９】また行デコーダ１１０と行デコーダ１２０
の駆動パルスの組合せにより、フォトダイオード１０に
蓄積された蓄積電荷を読み出しトランジスタ６０に転送
する。さらに行デコーダ１２０の駆動パルスにより、任
意の行の読み出しトランジスタ６０から蓄積電荷を出力
信号線６５を経て一時蓄積容量８０（ＣT ）に増幅転送
する。
の駆動パルスの組合せにより、フォトダイオード１０に
蓄積された蓄積電荷を読み出しトランジスタ６０に転送
する。さらに行デコーダ１２０の駆動パルスにより、任
意の行の読み出しトランジスタ６０から蓄積電荷を出力
信号線６５を経て一時蓄積容量８０（ＣT ）に増幅転送
する。
【００２０】列デコーダ１３０と行デコーダ１２０の駆
動パルスの組合せにより任意の読み出しトランジスタ６
０のベースをリセットし、行デコーダ１２０からの駆動
パルスと駆動パルスφVCにより任意の行の読み出しトラ
ンジスタ６０の過渡リフレッシュ動作を行ない、読み出
し回路１５０に一時蓄積された信号は列デコーダ１４０
により、任意の信号を水平出力線に転送し、出力アンプ
１６０を経て外部へ出力される。
動パルスの組合せにより任意の読み出しトランジスタ６
０のベースをリセットし、行デコーダ１２０からの駆動
パルスと駆動パルスφVCにより任意の行の読み出しトラ
ンジスタ６０の過渡リフレッシュ動作を行ない、読み出
し回路１５０に一時蓄積された信号は列デコーダ１４０
により、任意の信号を水平出力線に転送し、出力アンプ
１６０を経て外部へ出力される。
【００２１】次に本発明の撮像装置の構成について説明
する。
する。
【００２２】図１は、上記撮像素子を用いた本発明の撮
像装置の一実施例を示すブロック図である。同図におい
て、３１０は撮像光学系、３２０は撮像素子への入射光
量を制御する絞り、２００は図６に示すＸ−Ｙ型撮像素
子である。撮像光学系３１０から入射した光線は絞り３
２０により光量制限され、撮像素子２００に結像する。
絞り３２０と撮像光学系３１０（図中、レンズ）とは画
像処理部３６０からの制御信号により制御される駆動回
路３９０により駆動される。信号処理回路３３０はγ補
正その他のビデオ信号処理を行う周知の回路である。こ
の信号はＡ／Ｄ変換器３４０でディジタル信号に変換さ
れ、画像メモリ３５０に記録される。
像装置の一実施例を示すブロック図である。同図におい
て、３１０は撮像光学系、３２０は撮像素子への入射光
量を制御する絞り、２００は図６に示すＸ−Ｙ型撮像素
子である。撮像光学系３１０から入射した光線は絞り３
２０により光量制限され、撮像素子２００に結像する。
絞り３２０と撮像光学系３１０（図中、レンズ）とは画
像処理部３６０からの制御信号により制御される駆動回
路３９０により駆動される。信号処理回路３３０はγ補
正その他のビデオ信号処理を行う周知の回路である。こ
の信号はＡ／Ｄ変換器３４０でディジタル信号に変換さ
れ、画像メモリ３５０に記録される。
【００２３】画像メモリ３５０からの信号は画像処理部
３６０に転送される。画像処理部３６０はアドレス部、
演算処理部、演算用メモリ部、制御部等から構成されて
おり、後述の信号レベルの判断、信号レベルの変換、撮
像素子２００のランダム制御のためのスキャンアドレス
の転送や、撮像光学系３１０（レンズ（焦点距離））や
絞り３２０のための制御信号を発生する。画像処理部３
６０はセンサスキャン方法の選択とセンサ信号レベルの
判定結果にもとずいて、ランダムスキャンアドレス回路
３７０にスキャンパターンを転送する。ランダムスキャ
ンアドレス回路３７０はアドレス信号をスキャンインタ
フェース３８０を経て撮像素子２００をランダムスキャ
ンする。このランダムスキャンにより、撮像素子２００
の行デコーダ（Ｌ，Ｒ）１１０，１２０、列デコーダ
（Ｕ，Ｄ）１３０，１４０へ入力データが送られ、フォ
トダイオード１０の蓄積電荷の転送（図７の（Ｂ））、
蓄積電荷の読み出し（図７の（Ｃ））、フォトダイオー
ド１０のリセット（図７の（Ａ））、読み出しトランジ
スタ６０のリセット（図７の（Ｄ））などが行われる。
なお、露光制御手段は画像処理部３６０、ランダムスキ
ャンアドレス回路３７０、スキャンインタフェイス３８
０から構成されるものである。
３６０に転送される。画像処理部３６０はアドレス部、
演算処理部、演算用メモリ部、制御部等から構成されて
おり、後述の信号レベルの判断、信号レベルの変換、撮
像素子２００のランダム制御のためのスキャンアドレス
の転送や、撮像光学系３１０（レンズ（焦点距離））や
絞り３２０のための制御信号を発生する。画像処理部３
６０はセンサスキャン方法の選択とセンサ信号レベルの
判定結果にもとずいて、ランダムスキャンアドレス回路
３７０にスキャンパターンを転送する。ランダムスキャ
ンアドレス回路３７０はアドレス信号をスキャンインタ
フェース３８０を経て撮像素子２００をランダムスキャ
ンする。このランダムスキャンにより、撮像素子２００
の行デコーダ（Ｌ，Ｒ）１１０，１２０、列デコーダ
（Ｕ，Ｄ）１３０，１４０へ入力データが送られ、フォ
トダイオード１０の蓄積電荷の転送（図７の（Ｂ））、
蓄積電荷の読み出し（図７の（Ｃ））、フォトダイオー
ド１０のリセット（図７の（Ａ））、読み出しトランジ
スタ６０のリセット（図７の（Ｄ））などが行われる。
なお、露光制御手段は画像処理部３６０、ランダムスキ
ャンアドレス回路３７０、スキャンインタフェイス３８
０から構成されるものである。
【００２４】図２は撮像素子２００の制御フローチャー
ト図であり、図３は撮像素子２００から出力された画素
信号の処理に関するフローチャート図である。
ト図であり、図３は撮像素子２００から出力された画素
信号の処理に関するフローチャート図である。
【００２５】図２において、撮像装置の動作が開始され
ると（５００）、まず、撮像素子２００のスキャンの選
択が行なわれる（５０２）。スキャンの方法としては、
例えば、 (1) 通常のＴＶレートの蓄積時間で画素の蓄積（ＴS1＝
1/60秒）を行ない、ＴS1の蓄積時間では飽和する画素に
ついては、蓄積時間を短かくした画素の蓄積（ＴS2＝1/
1000秒）を行うというような一画面内で各画素の蓄積時
間が異なる蓄積方法 (2) 一度目はＴS1で蓄積した信号を全て読み出し、二度
目は一度目で飽和した画素のみ、ＴS2の時間、蓄積を行
ない、その蓄積時間を変えた画素の信号のみを読み出す
方法 (3) ある定められた領域の画素のみ蓄積時間（ＴS2）を
変える方法 などがある。なお、スキャン法の詳細な説明については
後述する。
ると（５００）、まず、撮像素子２００のスキャンの選
択が行なわれる（５０２）。スキャンの方法としては、
例えば、 (1) 通常のＴＶレートの蓄積時間で画素の蓄積（ＴS1＝
1/60秒）を行ない、ＴS1の蓄積時間では飽和する画素に
ついては、蓄積時間を短かくした画素の蓄積（ＴS2＝1/
1000秒）を行うというような一画面内で各画素の蓄積時
間が異なる蓄積方法 (2) 一度目はＴS1で蓄積した信号を全て読み出し、二度
目は一度目で飽和した画素のみ、ＴS2の時間、蓄積を行
ない、その蓄積時間を変えた画素の信号のみを読み出す
方法 (3) ある定められた領域の画素のみ蓄積時間（ＴS2）を
変える方法 などがある。なお、スキャン法の詳細な説明については
後述する。
【００２６】スキャンが選択されると（５０２）、画像
処理部３６０からスキャンパターンがランダムスキャン
アドレス回路３７０に転送される（５０４）。ランダム
スキャンアドレス回路３７０よりアドレスがスキャンイ
ンタフェース３８０に転送され（５０６）、このスキャ
ンインタフェース３８０を経て撮像素子２００の各画素
の動作が制御される。
処理部３６０からスキャンパターンがランダムスキャン
アドレス回路３７０に転送される（５０４）。ランダム
スキャンアドレス回路３７０よりアドレスがスキャンイ
ンタフェース３８０に転送され（５０６）、このスキャ
ンインタフェース３８０を経て撮像素子２００の各画素
の動作が制御される。
【００２７】まず、撮像素子２００には、選択された画
素（Ｘ，Ｙ）のフォトダイオード１０の蓄積電荷が読み
出しトランジスタへ転送（図７の（Ｂ））される（５０
８）。
素（Ｘ，Ｙ）のフォトダイオード１０の蓄積電荷が読み
出しトランジスタへ転送（図７の（Ｂ））される（５０
８）。
【００２８】次に、撮像素子２００から、その画素の信
号の読み出し（図７の（Ｃ））、即ち信号の出力が行な
われる（５１０）。この読み出し動作（図７の（Ｃ））
５１０が終ると、フォトダイオード１０のリセット動作
（図７の（Ａ））、及び読み出しトランジスタ６０のリ
セット動作（図７の（Ｄ））がなされる（５１２）。こ
れら撮像素子２００の各動作はランダムスキャンアドレ
ス動作（５０４）により各画素単位あるいは水平画素列
毎になされる。
号の読み出し（図７の（Ｃ））、即ち信号の出力が行な
われる（５１０）。この読み出し動作（図７の（Ｃ））
５１０が終ると、フォトダイオード１０のリセット動作
（図７の（Ａ））、及び読み出しトランジスタ６０のリ
セット動作（図７の（Ｄ））がなされる（５１２）。こ
れら撮像素子２００の各動作はランダムスキャンアドレ
ス動作（５０４）により各画素単位あるいは水平画素列
毎になされる。
【００２９】読み出し動作（図７の（Ｃ））５１０以外
は複数の水平画素列の蓄積電荷の転送、フォトダイオー
ド１０のリセット、読み出しトランジスタ６０のリセッ
トが可能である。
は複数の水平画素列の蓄積電荷の転送、フォトダイオー
ド１０のリセット、読み出しトランジスタ６０のリセッ
トが可能である。
【００３０】また、信号の読み出し（図７の（Ｃ））後
（５１０）、読み出された信号は信号処理回路３３０、
Ａ／Ｄ変換器３４０を経て画像メモリ３５０へのデータ
の取り込みがなされ（５１４）、画像処理部３６０で演
算処理等がなされる（５１６）。リセット動作が終了す
ると、再び同様な動作を繰り返す。
（５１０）、読み出された信号は信号処理回路３３０、
Ａ／Ｄ変換器３４０を経て画像メモリ３５０へのデータ
の取り込みがなされ（５１４）、画像処理部３６０で演
算処理等がなされる（５１６）。リセット動作が終了す
ると、再び同様な動作を繰り返す。
【００３１】次に、図３のフローチャート図を説明す
る。
る。
【００３２】図３に示すフローチャート図は、上記処理
５１６を説明するものであって、本発明に係る露光制御
手段の動作を説明するものである。
５１６を説明するものであって、本発明に係る露光制御
手段の動作を説明するものである。
【００３３】画像メモリ３５０からの画像信号は、ま
ず、蓄積時間ＴS2の信号かどうかの判断がなされる（６
００）。ここで、ＴS2の信号であればレベル変換部へ転
送されるとともに（６０２）、信号レベルの判断がなさ
れる（６０４）。画素信号が低レベルＶL 以上であれ
ば、引き続いて、その画素蓄積時間をＴS2とするため、
その画素番地（Ｘ，Ｙ）をストレージする。低レベルＶ
L より小さければ、画素蓄積時間をＴS1とする（６１
４）。
ず、蓄積時間ＴS2の信号かどうかの判断がなされる（６
００）。ここで、ＴS2の信号であればレベル変換部へ転
送されるとともに（６０２）、信号レベルの判断がなさ
れる（６０４）。画素信号が低レベルＶL 以上であれ
ば、引き続いて、その画素蓄積時間をＴS2とするため、
その画素番地（Ｘ，Ｙ）をストレージする。低レベルＶ
L より小さければ、画素蓄積時間をＴS1とする（６１
４）。
【００３４】レベル変換部ではＴS2／ＴS1倍の演算が行
なわれる（６０２）が、一般に出力装置のダイナミック
レンジは狭いため、さらにニー（ＫＮＥＥ）処理の係数
処理がなされる。
なわれる（６０２）が、一般に出力装置のダイナミック
レンジは狭いため、さらにニー（ＫＮＥＥ）処理の係数
処理がなされる。
【００３５】また、判断６００においてＴS2の画素信号
でない場合、その信号は出力データとして転送されると
ともに（６１０）、信号レベルの判断即ち飽和の検知
（ＶH以上）がなされる（６０６）。信号が飽和してい
ればその画素は蓄積時間をＴS2とするため、その画素番
地（Ｘ，Ｙ）をストレージする（６０８）。信号が飽和
していなければ、そのまま画素蓄積時間をＴS1とする
（６１６）。
でない場合、その信号は出力データとして転送されると
ともに（６１０）、信号レベルの判断即ち飽和の検知
（ＶH以上）がなされる（６０６）。信号が飽和してい
ればその画素は蓄積時間をＴS2とするため、その画素番
地（Ｘ，Ｙ）をストレージする（６０８）。信号が飽和
していなければ、そのまま画素蓄積時間をＴS1とする
（６１６）。
【００３６】この番地は画像処理部３６０からランダム
スキャンアドレス回路３７０に反映され、フォトダイオ
ード１０のリセット（図７の（Ａ））がなされる。
スキャンアドレス回路３７０に反映され、フォトダイオ
ード１０のリセット（図７の（Ａ））がなされる。
【００３７】出力データの転送後（６１０）、Ｄ／Ａ変
換器４００へ入力することにより、アナログ変換される
（６１２）。
換器４００へ入力することにより、アナログ変換される
（６１２）。
【００３８】以下、ランダムスキャンによる露光時間制
御について説明する。
御について説明する。
【００３９】図４、図５は、ランダムスキャンによる露
光時間制御の説明図であり、図４は撮像画面の概略図、
図５は垂直走査の説明図である。
光時間制御の説明図であり、図４は撮像画面の概略図、
図５は垂直走査の説明図である。
【００４０】図４図示のＡ点とＢ点は垂直走査の開始時
点と終了時点を示しており、また、画面の中で、ａｂｃ
ｄで示される画素領域ＺA は周辺よりも入射光量が非常
に強く、通常のテレビ（ＴＶ）レート（露光時間1/60
秒）ではその中にある画素は飽和するものとする。
点と終了時点を示しており、また、画面の中で、ａｂｃ
ｄで示される画素領域ＺA は周辺よりも入射光量が非常
に強く、通常のテレビ（ＴＶ）レート（露光時間1/60
秒）ではその中にある画素は飽和するものとする。
【００４１】ここで、画素領域ＺA 内の画素の露光時間
を、例えば1/600 秒に短縮する説明図が、図５である。
図５において、Ｔ1期間は長時間の露光期間（露光時間
ＴS1）である。露光期間Ｔ1 の露光が終了する時点では
領域ＺA のフォトダイオードは飽和しており、画素領域
ＺB のフォトダイオードは飽和しないレベルの電荷が蓄
積されている。
を、例えば1/600 秒に短縮する説明図が、図５である。
図５において、Ｔ1期間は長時間の露光期間（露光時間
ＴS1）である。露光期間Ｔ1 の露光が終了する時点では
領域ＺA のフォトダイオードは飽和しており、画素領域
ＺB のフォトダイオードは飽和しないレベルの電荷が蓄
積されている。
【００４２】Ｔ12期間では、まず全領域の画素（画素領
域ＺA，ＺB ）の読み出しトランジスタのリセットが行
われ（図７の（Ｄ））、残留電荷が除去される。
域ＺA，ＺB ）の読み出しトランジスタのリセットが行
われ（図７の（Ｄ））、残留電荷が除去される。
【００４３】次に、Ｔ2 期間では飽和していない画素領
域ＺBの蓄積電荷が読み出しトランシスタの電荷保持部
へ転送される（図７の（Ｂ））。
域ＺBの蓄積電荷が読み出しトランシスタの電荷保持部
へ転送される（図７の（Ｂ））。
【００４４】Ｔ3 ，Ｔ4 ，Ｔ5 期間は画素領域ＺA を飽
和させないための短時露光のための動作である。まず、
Ｔ3 期間にフォトダイオードをリセットし（図７の
（Ａ））、Ｔ4 期間に短時間露光を行ない、Ｔ5 期間に
画素領域ＺA の蓄積電荷の読み出しトランジスタの電荷
保持部への転送（図７の（Ｂ））を行なう。
和させないための短時露光のための動作である。まず、
Ｔ3 期間にフォトダイオードをリセットし（図７の
（Ａ））、Ｔ4 期間に短時間露光を行ない、Ｔ5 期間に
画素領域ＺA の蓄積電荷の読み出しトランジスタの電荷
保持部への転送（図７の（Ｂ））を行なう。
【００４５】このように有効期間に蓄積された長露光に
よる信号と、ブランキング期間に蓄積された短露光によ
る信号とが電荷保持部に一時保持されており、これらの
信号は次のＴ6 期間に読み出しトランジスタを経て外部
へ出力される。フォトダイオードのリセットは公知の技
術であるが、リセットパルスにより素子基板に電荷が排
出される。
よる信号と、ブランキング期間に蓄積された短露光によ
る信号とが電荷保持部に一時保持されており、これらの
信号は次のＴ6 期間に読み出しトランジスタを経て外部
へ出力される。フォトダイオードのリセットは公知の技
術であるが、リセットパルスにより素子基板に電荷が排
出される。
【００４６】次に本発明に用いる撮像素子の他の例とし
て、ＣＣＤ型撮像素子を利用した例を説明する。フォト
ダイオードから垂直レジスタへの電荷転送をランダムに
制御可能なＣＣＤの公知例として、特開平2-234583号公
報がある。このＣＣＤはトランスファゲートをＸ−Ｙ式
にし、垂直レジスタヘの電荷転送を選択的に行えるよう
にしたものである。
て、ＣＣＤ型撮像素子を利用した例を説明する。フォト
ダイオードから垂直レジスタへの電荷転送をランダムに
制御可能なＣＣＤの公知例として、特開平2-234583号公
報がある。このＣＣＤはトランスファゲートをＸ−Ｙ式
にし、垂直レジスタヘの電荷転送を選択的に行えるよう
にしたものである。
【００４７】図９は上記公知例のＸ−Ｙ型ＣＣＤに行デ
コーダと列デコーダを設けた構成図である。
コーダと列デコーダを設けた構成図である。
【００４８】フォトダイオード７００には、行デコーダ
７０１に水平選択線７０５を介して接続され、水平方向
に構成されるゲート電極と、列デコーダ７０２に垂直選
択線７０４を介して接続され、垂直方向に構成されるゲ
ート電極とが並列的に設けられている。両方のゲート電
極に同時に駆動電圧が印加されると、そのフォトダイオ
ード７００に蓄積された電荷のみが垂直レジスタ７０３
に転送される。選択されないフォトダイオード７００の
蓄積電荷はそのままである。垂直レジスタ７０３の電荷
は複数の垂直転送パルス（φV(n)）により水平レジスタ
７０４に順次転送され、出力アンプを経て外部へ出力さ
れる。行デコーダ７０１、列デコーダ７０２は、それぞ
れの入力パルス（φVSn ，φHSn ）により所望の選択さ
れた駆動パルスを出力する。φRSは基板リセットパルス
である。
７０１に水平選択線７０５を介して接続され、水平方向
に構成されるゲート電極と、列デコーダ７０２に垂直選
択線７０４を介して接続され、垂直方向に構成されるゲ
ート電極とが並列的に設けられている。両方のゲート電
極に同時に駆動電圧が印加されると、そのフォトダイオ
ード７００に蓄積された電荷のみが垂直レジスタ７０３
に転送される。選択されないフォトダイオード７００の
蓄積電荷はそのままである。垂直レジスタ７０３の電荷
は複数の垂直転送パルス（φV(n)）により水平レジスタ
７０４に順次転送され、出力アンプを経て外部へ出力さ
れる。行デコーダ７０１、列デコーダ７０２は、それぞ
れの入力パルス（φVSn ，φHSn ）により所望の選択さ
れた駆動パルスを出力する。φRSは基板リセットパルス
である。
【００４９】図１０，図１１は、図９に示したＣＣＤ型
撮像素子の駆動タイミング図である。なお、主として図
１０はムービカメラ、あるいはスチルビデオカメラに適
用され、図１１はスチルビデオカメラに適用されるもの
である。
撮像素子の駆動タイミング図である。なお、主として図
１０はムービカメラ、あるいはスチルビデオカメラに適
用され、図１１はスチルビデオカメラに適用されるもの
である。
【００５０】図１０，図１１において、φVSn(ZB) ，φ
HSn(ZB) は低照度領域の画素領域Ｚ B を制御する入力パ
ルス、φVSn(ZA) ，φHSn(ZA) は高照度領域の画素領域
ＺAを制御する入力パルスである。
HSn(ZB) は低照度領域の画素領域Ｚ B を制御する入力パ
ルス、φVSn(ZA) ，φHSn(ZA) は高照度領域の画素領域
ＺAを制御する入力パルスである。
【００５１】図１０において、Ｔ1 期間に露光された電
荷の中で、飽和していない画素領域ＺB の信号電荷は、
Ｔ2 期間にパルスφVSn(ZB) ，φHSn(ZB) がハイレベル
となって垂直レジスタ７０３に転送される。
荷の中で、飽和していない画素領域ＺB の信号電荷は、
Ｔ2 期間にパルスφVSn(ZB) ，φHSn(ZB) がハイレベル
となって垂直レジスタ７０３に転送される。
【００５２】次に、Ｔ3 期間にパルスφRSがハイレベル
となって、フォトダイオード７００のリセットがなさ
れ、Ｔ4 期間に画素領域ＺA のための露光がなされる。
となって、フォトダイオード７００のリセットがなさ
れ、Ｔ4 期間に画素領域ＺA のための露光がなされる。
【００５３】次にＴ5 期間にパルスφVSn(ZA) ，φH
Sn(ZA) がハイレベルとなって画素領域ＺA の信号は垂
直レジスタ７０３に転送される。この時点で、各画素の
信号は、全て垂直レジスタ７０３ヘ転送される。
Sn(ZA) がハイレベルとなって画素領域ＺA の信号は垂
直レジスタ７０３に転送される。この時点で、各画素の
信号は、全て垂直レジスタ７０３ヘ転送される。
【００５４】次のＴ3 ´期間にフォトダイオード７００
はリセットされてＴ1 期間の露光期間に移行する。
はリセットされてＴ1 期間の露光期間に移行する。
【００５５】垂直レジスタ７０３に転送された信号電荷
は有効期間（Ｔ6期間）内に水平レジスタ７０４を経て
外部へ出力される。
は有効期間（Ｔ6期間）内に水平レジスタ７０４を経て
外部へ出力される。
【００５６】図１１のタイミングでは、Ｔ3 期間にフォ
トダイオード７００をリセットし、Ｔ4 期間（ＴS2時
間）経過後（露光後）、期間Ｔ5 にＺA 領域の画素信号
を垂直レジスタ７０３ヘ転送し、Ｔ1 期間（ＴS1時間）
経過後（露光後）、Ｔ2 期間にＺA 領域の画素信号を垂
直レジスタ７０３へ転送する。
トダイオード７００をリセットし、Ｔ4 期間（ＴS2時
間）経過後（露光後）、期間Ｔ5 にＺA 領域の画素信号
を垂直レジスタ７０３ヘ転送し、Ｔ1 期間（ＴS1時間）
経過後（露光後）、Ｔ2 期間にＺA 領域の画素信号を垂
直レジスタ７０３へ転送する。
【００５７】この垂直レジスタ７０３の信号電荷は次の
Ｔ6 期間に外部へ出力される。
Ｔ6 期間に外部へ出力される。
【００５８】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明の撮像装置に
よれば、任意の画素の露光時間を変える事が出来るの
で、簡単で経済的な処理回路で、ダイナミックレンジを
実質的に広くすることが出来る。また、任意の画素から
信号を読み出す事が出来るので多くの画像入力装置に応
用可能である。
よれば、任意の画素の露光時間を変える事が出来るの
で、簡単で経済的な処理回路で、ダイナミックレンジを
実質的に広くすることが出来る。また、任意の画素から
信号を読み出す事が出来るので多くの画像入力装置に応
用可能である。
【図１】本発明の撮像装置の一実施例を示すブロック図
である。
である。
【図２】撮像素子の制御フローチャート図である。
【図３】撮像素子から出力された画素信号の処理に関す
るフローチャート図である。
るフローチャート図である。
【図４】ランダムスキャンによる露光時間制御の説明図
であって、撮像画面の概略図である。
であって、撮像画面の概略図である。
【図５】ランダムスキャンによる露光時間制御の説明図
であって、垂直走査の説明図である。
であって、垂直走査の説明図である。
【図６】本発明に用いる撮像素子の一例の単位回路を示
す構成図である。
す構成図である。
【図７】図６の単位回路の基本駆動タイミング図であ
る。
る。
【図８】図６の単位回路を配列したＸ−Ｙ型撮像素子の
概略図である。
概略図である。
【図９】Ｘ−Ｙ型ＣＣＤに行デコーダと列デコーダを設
けた場合の構成図である。
けた場合の構成図である。
【図１０】ムービカメラ、あるいはスチルビデオカメラ
に適用される図９に示した撮像素子の駆動タイミング図
である。
に適用される図９に示した撮像素子の駆動タイミング図
である。
【図１１】スチルビデオに適用される図９に示した撮像
素子の駆動タイミング図である。
素子の駆動タイミング図である。
１０ フォトダイオード、 ２０ 転送ＭＯＳトランジ
スタ、 ３０ リセットＭＯＳトランジスタ、 ４０
転送ＭＯＳトランジスタ、 ５０ 容量、 ６０読み出
しトランジスタ、 ６５ 出力信号線、 ７０ 転送Ｍ
ＯＳトランジスタ、 ８０ 蓄積容量、 ９０ 出力線
リセットＭＯＳトランジスタ、 １００ 単位回路部、
１１０ 行デコーダＬ、 １２０ 行デコーダＲ、
１３０列デコーダＵ、 １４０ 列デコーダＤ、２００
Ｘ−Ｙ型撮像素子、 ３１０ 撮像光学系、 ３２０
絞り、 ３３０ 信号処理回路、 ３４０ Ａ／Ｄ変
換器、 ３５０ 画像メモリ、 ３６０画像処理部、
３７０ ランダムスキャンアドレス回路、 ３８０ ス
キャンインタフェース、 ３９０ 駆動回路、 ４００
Ｄ／Ａ変換器。
スタ、 ３０ リセットＭＯＳトランジスタ、 ４０
転送ＭＯＳトランジスタ、 ５０ 容量、 ６０読み出
しトランジスタ、 ６５ 出力信号線、 ７０ 転送Ｍ
ＯＳトランジスタ、 ８０ 蓄積容量、 ９０ 出力線
リセットＭＯＳトランジスタ、 １００ 単位回路部、
１１０ 行デコーダＬ、 １２０ 行デコーダＲ、
１３０列デコーダＵ、 １４０ 列デコーダＤ、２００
Ｘ−Ｙ型撮像素子、 ３１０ 撮像光学系、 ３２０
絞り、 ３３０ 信号処理回路、 ３４０ Ａ／Ｄ変
換器、 ３５０ 画像メモリ、 ３６０画像処理部、
３７０ ランダムスキャンアドレス回路、 ３８０ ス
キャンインタフェース、 ３９０ 駆動回路、 ４００
Ｄ／Ａ変換器。
Claims (1)
- 【請求項１】 ランダムアクセス型撮像素子を使用した
撮像装置において、 前記撮像素子への照射光量の多い画素領域では露光時間
を短く設定し、得られた画素信号をメモリへ転送し、前
記撮像素子への照射光量の少ない画素領域では露光時間
を長く設定し、得られた画素信号を前記メモリへ転送す
る露光制御手段を有し、 前記メモリの画素信号を順次転送することを特徴とする
撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3261415A JPH0575931A (ja) | 1991-09-13 | 1991-09-13 | 撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3261415A JPH0575931A (ja) | 1991-09-13 | 1991-09-13 | 撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0575931A true JPH0575931A (ja) | 1993-03-26 |
Family
ID=17361557
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3261415A Pending JPH0575931A (ja) | 1991-09-13 | 1991-09-13 | 撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0575931A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002344811A (ja) * | 2001-05-14 | 2002-11-29 | Olympus Optical Co Ltd | 固体撮像素子 |
| US6549234B1 (en) | 1998-06-09 | 2003-04-15 | Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. | Pixel structure of active pixel sensor (APS) with electronic shutter function |
| JP2004282552A (ja) * | 2003-03-18 | 2004-10-07 | Sony Corp | 固体撮像素子および固体撮像装置 |
| US6958778B2 (en) | 2000-11-21 | 2005-10-25 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | Iris control method and apparatus for television camera for controlling iris of lens according to video signal, and television camera using the same |
| JP2007122857A (ja) * | 2005-10-26 | 2007-05-17 | Thomson Licensing | イメージセンサによってデータを取得する方法 |
| JP2011004089A (ja) * | 2009-06-17 | 2011-01-06 | Canon Inc | 撮像装置およびその制御方法 |
| JP2011004088A (ja) * | 2009-06-17 | 2011-01-06 | Canon Inc | 撮像装置およびその制御方法 |
-
1991
- 1991-09-13 JP JP3261415A patent/JPH0575931A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2011004088A (ja) * | 2009-06-17 | 2011-01-06 | Canon Inc | 撮像装置およびその制御方法 |
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