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JPH0575931A - Image pickup device - Google Patents

Image pickup device

Info

Publication number
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
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image pickup
signal
pixel
pickup device
memory
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3261415A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Seiji Hashimoto
誠二 橋本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP3261415A priority Critical patent/JPH0575931A/en
Publication of JPH0575931A publication Critical patent/JPH0575931A/en
Pending legal-status Critical Current

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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

PURPOSE:To make it possible to apply the image pickup device to many image input devices by practically expanding a dynamic range with a simple and economical processing circuit and reading out a signal from an optional picture element. CONSTITUTION:The image pickup device using a random access type image pickup element is provided with an exposure control means for setting up a short exposure time and transferring an obtained picture element signal to an image memory 350 in a picture element area having much irradiation light to the element 200 and setting up a long exposure time and transferring an obtained picture element signal to the memory 350 in a picture element area having little irradiation light to the element 200 and the picture element signals stored in the memory 350 are successively transferred.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image pickup device, and more particularly to an image pickup device having a substantially wide dynamic range.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art An image pickup device is widely used as a video camera unit such as a VTR with a built-in camera and a still video camera. A video camera that uses an image pickup tube or a solid-state image sensor has a narrower dynamic range than a conventional silver halide photography system, and therefore, underexposure or underexposure (a common name for parts with extremely high or low brightness levels). And so on. In the conventional video camera, in such a case, the aperture is opened by about 2 apertures manually or by operating the backlight compensation button to adjust the light amount.

【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。
However, even when such a backlight correction is appropriately performed, even if the main subject has an appropriate exposure amount, whiteout occurs in the background, resulting in a screen with only the white background. That is, narrowing the dynamic range of the image pickup device cannot be solved only by adjusting the light amount so that the exposure amount of the main subject becomes appropriate as in the conventional device.

【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。
To solve this problem, there is a method of expanding the dynamic range by performing exposure twice, for example. This method uses a high-speed shutter operation (for example, 1/60 sec.
It is replaced by the pixel signal imaged at 1000 seconds). With this method, the exposure time differs by about 16 times, so the dynamic range can be expanded by 16 times.

【0005】[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。
However, the method of expanding the dynamic range by the above-described two exposures has the following problems.

【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。
For example, in a movie camera for shooting a moving image, a normal exposure signal and a high-speed shutter signal are read out for each field. Therefore, when two image signals are combined, the combined signal is an image for one field in two fields. It is only a signal. Therefore, the same combined signal is output from the memory or the like during the two-field period, which causes a problem that the dynamic resolution is lowered.

【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。
Further, both of the two exposures are performed by scanning the image pickup device in a predetermined sequence, so that the next scanning cannot be performed until all the signals have been output. .. In many cases, the area where the image pickup element is saturated is a very small part of the image pickup screen, and the signal replacement for improving the dynamic range over the above two image pickup signals requires only a small amount of data. That is, an image is composed of a lot of unnecessary information, and it is uneconomical to output all two image pickup signals and perform image processing as in the conventional case.

【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。
In view of these problems, it is an object of the present invention to provide an image pickup apparatus which has a wide dynamic range, is simple in image processing, and can obtain a normal moving image.

【0009】[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。
The image pickup device of the present invention is obtained by setting a short exposure time in a pixel region where a large amount of light is applied to the image pickup device in an image pickup device using a random access type image pickup device. The pixel signal of the memory is transferred to the memory, the exposure time is set to be long in the pixel area where the light amount irradiated to the image sensor is small, and the pixel signal of the memory is transferred to the memory. Is sequentially transferred.

【0010】[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。
In the image pickup apparatus of the present invention, the area where the image pickup element is saturated is a very small part of the image pickup screen, and the signal replacement for improving the dynamic range is better than two image pickup signals with a small amount of data. Paying attention to the good point, information is transferred to the memory by shortening the exposure time in the pixel area where the amount of light emitted to the image sensor is large, and long in the pixel area where the amount of light emitted to the image sensor is small. And the pixel signals in the memory are sequentially transferred to obtain areas with different exposure amounts in one screen, and the imaging device is not saturated even if a bright subject that is saturated by the imaging device is imaged. It is possible to control.

【0011】[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。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【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。
First, the structure of the image pickup device used in the present invention will be described. FIG. 6 is a block diagram showing a unit circuit of an example of the image pickup device used in the present invention. FIG. 7 is a basic drive timing chart of the unit circuit of FIG.

【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。
In FIG. 6, reference numeral 100 denotes a unit circuit portion, which constitutes one photoelectric conversion element. Reference numeral 10 is a photodiode serving as a photoelectric conversion unit, 20 is a transfer MOS transistor, and 30 is a reset MOS transistor. In addition,
The photodiode 10 is reset ((A) in FIG. 7) by the transfer MOS transistor 20 and the reset MO.
This is performed by controlling conduction of the S transistor 30 with drive pulses φ R1 and φ C.

【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。
Further, 40 is a transfer MOS transistor, 5
Reference numeral 0 is a capacitor, and 60 is a read transistor. The base potential of the read transistor 60 can be controlled via the capacitor 50 by the drive pulse φ R2 .

【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。
To transfer the accumulated charges photoelectrically converted by the photodiode 10 ((B) in FIG. 7), the transfer MOS transistor 20 and the transfer MOS transistor 40 are conduction-controlled by drive pulses φ R1 and φ R2. Made by The transferred charges are transferred to the parasitic base capacitance (not shown) of the read transistor 60 and the capacitance 5 serving as charge holding means.
It is temporarily stored at 0. When this accumulated signal is read from the read transistor 60 to the output signal line 65 ((C) in FIG. 7), a positive drive pulse φ R2 is applied to the capacitor 50 to bring the read transistor 60 into the forward bias state. At this time, when the transfer MOS transistor 70 connected to the output signal line 65 is made conductive by the drive pulse φ T , an emitter current flows from the read transistor 60 to the temporary storage capacitor 80, and an emitter voltage corresponding to the base potential appears.

【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)。
To clear the electric charge remaining at the base of the read transistor 60 ((D) in FIG. 7), first, the reset MOS transistor 30 and the transfer MOS transistor 40 are made conductive by the drive pulses φ C and φ R2. As a reset (period T D1 ). Next, drive pulse φ VC
To make the output line reset MOS transistor 90 conductive and make the emitter a constant potential, and apply a positive drive pulse φ R2 to the capacitor 50 to set the read transistor 60 in a forward bias state to discharge the electric charge remaining in the base ( The transient refresh operation) and the reset operation are completed (period T D2 ).

【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。
As described above, the driving pulses φ R1 , φ R2 ,
By changing the timings of φ C , φ T , and φ VC , it is possible to perform the basic operation of the image sensor, from the reset operation of the photodiode to the accumulation operation, and from the transfer of the accumulated charge to the reading operation.

【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。
FIG. 8 is a schematic view of an XY type image pickup device in which the above unit circuits are arranged. Here, for simplification, only 2 × 2 4 elements are shown. As shown in FIG. 8, the XY type image sensor includes two row decoders (L, R) 1.
10, 120, two column decoders (U, D) 130, 1
40, a readout circuit 150, an output amplifier 160, and a photoelectric conversion element 100. Each decoder 110, 12
0, 130, 140 are a plurality of input pulses (φ Ln , φ Rn ,
φ Cn , φ On ) outputs the desired selected drive pulse. It is possible to reset any photodiode 10 by the combination of the driving pulses of the row decoder 110 and the column decoder 130.

【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。
The row decoder 110 and the row decoder 120 are also provided.
The accumulated charge accumulated in the photodiode 10 is transferred to the read transistor 60 by the combination of the driving pulses. Further, by the drive pulse of the row decoder 120, the accumulated charge is amplified and transferred from the read transistor 60 of any row to the temporary storage capacitor 80 (C T ) via the output signal line 65.

【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。
An arbitrary read transistor 6 is selected by a combination of driving pulses of the column decoder 130 and the row decoder 120.
The base of 0 is reset, the transient refresh operation of the read transistor 60 of any row is performed by the drive pulse and the drive pulse φ VC from the row decoder 120, and the signal temporarily stored in the read circuit 150 is stored in the column decoder 140.
Thus, an arbitrary signal is transferred to the horizontal output line and is output to the outside via the output amplifier 160.

【0021】次に本発明の撮像装置の構成について説明
する。
Next, the structure of the image pickup apparatus of the present invention will be described.

【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。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an image pickup apparatus of the present invention using the above image pickup element. In the figure, 310 is an image pickup optical system, 320 is a diaphragm for controlling the amount of light incident on the image pickup device, and 200 is an XY type image pickup device shown in FIG. The light beam incident from the imaging optical system 310 is a diaphragm 3
The amount of light is limited by 20, and an image is formed on the image sensor 200.
The diaphragm 320 and the imaging optical system 310 (lens in the figure) are driven by a drive circuit 390 controlled by a control signal from the image processing unit 360. The signal processing circuit 330 is a known circuit that performs gamma correction and other video signal processing. This signal is converted into a digital signal by the A / D converter 340 and recorded in the image memory 350.

【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。
The signal from the image memory 350 is transferred to the image processing section 360. The image processing section 360 is an address section,
It includes an arithmetic processing unit, an arithmetic memory unit, a control unit, and the like, and determines a signal level described later, converts a signal level, transfers a scan address for random control of the image sensor 200, and the imaging optical system 310 ( It generates control signals for the lens (focal length) and diaphragm 320. Image processing unit 3
Reference numeral 60 transfers the scan pattern to the random scan address circuit 370 based on the sensor scan method selection and the sensor signal level determination result. The random scan address circuit 370 randomly scans the image sensor 200 for an address signal via the scan interface 380. By this random scan, the image sensor 200
Input data is sent to the row decoders (L, R) 110, 120 and the column decoders (U, D) 130, 140, and the charges accumulated in the photodiodes 10 are transferred ((B) in FIG. 7).
The accumulated charges are read (C in FIG. 7), the photodiode 10 is reset (A in FIG. 7), the read transistor 60 is reset (D in FIG. 7), and the like.
The exposure control means is the image processing unit 360, the random scan address circuit 370, the scan interface 38.
It is composed of zero.

【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。
FIG. 2 is a control flow chart of the image sensor 200, and FIG. 3 is a flow chart relating to processing of pixel signals output from the image sensor 200.

【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。
In FIG. 2, when the operation of the image pickup apparatus is started (500), first, the scan of the image pickup device 200 is selected (502). As a scanning method,
For example, (1) Pixel accumulation (T S1 =
1/60 seconds) and the pixel is saturated in the storage time of T S1 , the pixel storage with a short storage time (T S2 = 1 /
For example, 1000 seconds) and the storage time of each pixel is different in one screen. (2) At the first time, all the signals accumulated at T S1 are read out, and at the second time, only the pixels saturated at the first time are T S2. For example, there is a method of performing the accumulation for the time, and reading out only the signal of the pixel whose accumulation time is changed (3) A method of changing the accumulation time (T S2 ) only for the pixels in a certain predetermined area. A detailed description of the scanning method will be given later.

【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。
When the scan is selected (502), the scan pattern is transferred from the image processing section 360 to the random scan address circuit 370 (504). An address is transferred from the random scan address circuit 370 to the scan interface 380 (506), and the operation of each pixel of the image sensor 200 is controlled via this scan interface 380.

【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)。
First, in the image pickup device 200, the charge accumulated in the photodiode 10 of the selected pixel (X, Y) is transferred to the read transistor ((B) in FIG. 7) (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。
Next, the signal of the pixel is read from the image pickup device 200 ((C) of FIG. 7), that is, the signal is output (510). This read operation ((C) of FIG. 7)
When 510 is completed, the reset operation of the photodiode 10 ((A) of FIG. 7) and the reset operation of the read transistor 60 ((D) of FIG. 7) are performed (512). Each operation of the image pickup device 200 is performed for each pixel or each horizontal pixel column by the random scan address operation (504).

【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。
Other than the read operation ((C) in FIG. 7) 510, the accumulated charges of a plurality of horizontal pixel columns can be transferred, the photodiode 10 can be reset, and the read transistor 60 can be reset.

【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。
After the signal is read ((C) in FIG. 7) (510), the read signal is processed by the signal processing circuit 330,
Data is taken into the image memory 350 via the A / D converter 340 (514), and the image processing unit 360 performs arithmetic processing and the like (516). When the reset operation is completed, the same operation is repeated again.

【0031】次に、図3のフローチャート図を説明す
る。
Next, the flow chart of FIG. 3 will be described.

【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。
The flow chart shown in FIG. 3 illustrates the process 516, and illustrates the operation of the exposure control means according to the present invention.

【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)。
First, it is judged whether the image signal from the image memory 350 is the signal of the accumulation time T S2 (6
00). Here, if the signal is T S2 , it is transferred to the level conversion section (602) and the signal level is judged (604). If the pixel signal is at the low level V L or higher, subsequently, the pixel storage time is set to T S2 .
The pixel address (X, Y) is stored. Low level V
If it is smaller than L , the pixel accumulation time is set to T S1 (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。
In the level conversion section, a calculation of T S2 / T S1 times is performed (602), but since the dynamic range of the output device is generally narrow, coefficient processing of knee (KNEE) processing is further performed.

【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)。
If the pixel signal is not T S2 in the judgment 600, the signal is transferred as output data (610), and the signal level is judged, that is, saturation is detected (V H or more) (606). If the signal is saturated, the storage time of the pixel is set to T S2, and therefore the pixel address (X, Y) is stored (608). If the signal is not saturated, the pixel accumulation time is set to T S1 (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。
This address is reflected in the random scan address circuit 370 from the image processing section 360, and the photodiode 10 is reset ((A) in FIG. 7).

【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)。
After the output data is transferred (610), it is input to the D / A converter 400 to be converted into an analog signal (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。
The exposure time control by random scanning will be described below.

【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。
4 and 5 are explanatory diagrams of exposure time control by random scanning, and FIG. 4 is a schematic diagram of an image pickup screen,
FIG. 5 is an explanatory diagram of vertical scanning.

【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。
Point A and point B in FIG. 4 indicate the start and end points of vertical scanning, and abc in the screen.
In the pixel area Z A indicated by d, the amount of incident light is much stronger than in the surrounding area, and the normal TV (TV) rate (exposure time 1/60
In second), the pixels inside it are saturated.

【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
S1)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
B 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。
FIG. 5 is an explanatory diagram for shortening the exposure time of the pixels in the pixel area Z A to, for example, 1/600 second.
In FIG. 5, the T 1 period is a long exposure period (exposure time T S1 ). At the time when the exposure of the exposure period T 1 is completed, the photodiode in the region Z A is saturated, and the photodiode in the pixel region Z B accumulates electric charges at a level that is not saturated.

【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。
In the T 12 period, first, the readout transistors of the pixels (pixel regions Z A and Z B ) in the entire region are reset ((D) in FIG. 7), and the residual charges are removed.

【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))。
Next, the charge accumulated in the pixel region Z B that is not saturated in the T 2 period is transferred to the charge holding portion of the read transistor ((B) in FIG. 7).

【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、
3 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。
The periods T 3 , T 4 , and T 5 are operations for short-time exposure for preventing the pixel region Z A from being saturated. First,
The photodiode is reset in the period T 3 ((A) in FIG. 7), short-time exposure is performed in the period T 4, and the accumulated charge in the pixel region Z A is transferred to the charge holding portion of the read transistor in the period T 5 ( 7B) is performed.

【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。
The long exposure signal accumulated in the effective period and the short exposure signal thus accumulated in the blanking period are temporarily held in the charge holding portion, and these signals are stored in the next T 6 period. Is output to the outside through the read transistor. Although resetting the photodiode is a known technique, electric charges are discharged to the element substrate by the reset pulse.

【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。
Next, an example using a CCD type image pickup device will be described as another example of the image pickup device used in the present invention. As a known example of a CCD capable of randomly controlling charge transfer from a photodiode to a vertical register, there is JP-A-2-234583. In this CCD, the transfer gate is of the XY type so that the charge transfer to the vertical register can be selectively performed.

【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。
FIG. 9 is a block diagram showing a row decoder and a column decoder provided in the above-mentioned known XY CCD.

【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。
The photodiode 700 is connected to the row decoder 701 via a horizontal selection line 705, and is connected to the gate electrode in the horizontal direction, and to the column decoder 702 via a vertical selection line 704, in the vertical direction. The configured gate electrode is provided in parallel. When the driving voltage is applied to both gate electrodes at the same time, only the charge accumulated in the photodiode 700 is applied to the vertical register 703.
Transferred to. The accumulated charge of the unselected photodiode 700 remains unchanged. The charges of the vertical register 703 are sequentially transferred to the horizontal register 704 by a plurality of vertical transfer pulses (φV (n) ), and output to the outside through the output amplifier. The row decoder 701 and the column decoder 702 output desired drive pulses selected by respective input pulses (φV Sn , φH Sn ). φ RS is a board reset pulse.

【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。
10 and 11 are drive timing charts of the CCD type image pickup device shown in FIG. Note that FIG. 10 is mainly applied to a movie camera or a still video camera, and FIG. 11 is applied to a still video camera.

【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
Aを制御する入力パルスである。
In FIGS. 10 and 11, φVSn (ZB) , Φ
HSn (ZB) Is the pixel area Z in the low illuminance area B Control input
Ruth, φVSn (ZA) , ΦHSn (ZA) Is the pixel area in the high illuminance area
ZAIs an input pulse for controlling.

【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、
2 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。
In FIG. 10, among the charges exposed during the period T 1 , the signal charges in the pixel region Z B which is not saturated are:
During the T 2 period, the pulses φV Sn (ZB) and φH Sn (ZB) become high level and are transferred to the vertical register 703.

【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。
Next, during the period T 3 , the pulse φ RS becomes high level, the photodiode 700 is reset, and during the period T 4 , exposure for the pixel region Z A is performed.

【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。
Next, in the T 5 period, pulses φV Sn (ZA) , φH
Sn (ZA) becomes high level and the signal of the pixel area Z A is transferred to the vertical register 703. At this point, the signals of each pixel are all transferred to the vertical register 703.

【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。
During the next T 3 ′ period, the photodiode 700
Are reset to shift to the exposure period of the T 1 period.

【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。
The signal charges transferred to the vertical register 703 are output to the outside through the horizontal register 704 within the effective period (T 6 period).

【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
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。
[0056] In the timing of Fig. 11, to reset the photodiode 700 in the period T 3, T 4 period (T S2 h) after (post-exposure), the vertical register 703 f the pixel signals of Z A region in the period T 5 Transfer and T 1 period (T S1 hour)
After a lapse of time (after exposure), the pixel signal of the Z A area is transferred to the vertical register 703 in the T 2 period.

【0057】この垂直レジスタ703の信号電荷は次の
6 期間に外部へ出力される。
The signal charge of the vertical register 703 is output to the outside in the next T 6 period.

【0058】[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。
As described above, according to the image pickup apparatus of the present invention, the exposure time of any pixel can be changed, so that the dynamic range can be substantially widened by a simple and economical processing circuit. You can Further, since the signal can be read from any pixel, it can be applied to many image input devices.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【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。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an image pickup apparatus of the present invention.

【図2】撮像素子の制御フローチャート図である。FIG. 2 is a control flowchart of the image sensor.

【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。
FIG. 3 is a flowchart showing processing of a pixel signal output from an image sensor.

【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。
FIG. 4 is an explanatory diagram of exposure time control by random scanning, and is a schematic diagram of an imaging screen.

【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。
FIG. 5 is an explanatory diagram of exposure time control by random scanning, which is an explanatory diagram of vertical scanning.

【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。
FIG. 6 is a configuration diagram showing a unit circuit of an example of an image sensor used in the present invention.

【図7】図6の単位回路の基本駆動タイミング図であ
る。
7 is a basic drive timing diagram of the unit circuit of FIG.

【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。
8 is a schematic diagram of an XY type image sensor in which the unit circuits of FIG. 6 are arranged.

【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。
FIG. 9 is a configuration diagram in the case where a row decoder and a column decoder are provided in an XY CCD.

【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。
FIG. 10 is a drive timing chart of the image sensor shown in FIG. 9 applied to a movie camera or a still video camera.

【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。
11 is a drive timing diagram of the image sensor shown in FIG. 9 applied to a still video.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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。
10 Photodiodes, 20 Transfer MOS Transistors, 30 Reset MOS Transistors, 40
Transfer MOS transistor, 50 capacitance, 60 read transistor, 65 output signal line, 70 transfer M
OS transistor, 80 storage capacitor, 90 output line reset MOS transistor, 100 unit circuit section,
110 row decoder L, 120 row decoder R,
130 column decoder U, 140 column decoder D, 200
XY type image pickup device, 310 image pickup optical system, 320
Aperture, 330 signal processing circuit, 340 A / D converter, 350 image memory, 360 image processing unit,
370 Random scan address circuit, 380 scan interface, 390 drive circuit, 400
D / A converter.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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。
1. An image pickup device using a random access type image pickup device, wherein an exposure time is set to be short in a pixel region where a large amount of light is irradiated to the image pickup device, and the obtained pixel signal is transferred to a memory, An image pickup apparatus having an exposure control unit for setting a long exposure time in a pixel region with a small amount of irradiation light to the memory and transferring the obtained pixel signals to the memory, and sequentially transferring the pixel signals of the memory. ..
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