JP2000059697A - Image pickup device and image pickup system using it - Google Patents

Image pickup device and image pickup system using it

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JP2000059697A
JP2000059697A JP10221681A JP22168198A JP2000059697A JP 2000059697 A JP2000059697 A JP 2000059697A JP 10221681 A JP10221681 A JP 10221681A JP 22168198 A JP22168198 A JP 22168198A JP 2000059697 A JP2000059697 A JP 2000059697A
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photoelectric conversion
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unit
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    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • H04N25/778Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising amplifiers shared between a plurality of pixels, i.e. at least one part of the amplifier must be on the sensor array itself

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a device that reads a signal so as not to produce a signal level difference between common amplifiers in the case of applying interlaced scanning to pixels connecting to the common amplifiers by using a horizontal transfer means so as to sum signals from pluralities of photoelectric conversion sections laid out vertically or obliquely at an input section of the common amplifiers. SOLUTION: A horizontal transfer means is used to sum signals from pluralities of photoelectric conversion sections laid out vertically or obliquely at an input section of common amplifiers. A signal read circuit applies addition processing to the same color signal in this device and since the summing is conducted via the same signal system, no gain difference takes place. Then a horizontal register H.SR being a horizontal transfer means and a switching transistor(TR) connecting thereto output simultaneously signals from capacitors CTN1, CTS1, CTN2, CTS2, CTN3, CTN4, CTS4 to a horizontal output line and operational amplifiers A1-An reduce a noise from the signal and an adder sums the resulting signals.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は撮像装置及びそれを
用いた撮像システムに係わり、特に共通アンプに複数の
画素を設けた時のインタレース駆動と画素数変換に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image pickup apparatus and an image pickup system using the same, and more particularly to interlace driving and pixel number conversion when a plurality of pixels are provided in a common amplifier.

【0002】[0002]

【従来の技術】1998年から米国でデジタル放送が開
始され、2006年にはNTSC放送(525V)が廃
止され、TV放送は全てHDデジタルにする計画があ
る。またデジタルスチルカメラは130万画素のものが
市場を席巻する勢いである。このことは、高画素のセン
サーから高解像度信号と低解像度信号を必要に応じて出
力することが望まれることを意味する。
2. Description of the Related Art Digital broadcasting has begun in the United States in 1998, and NTSC broadcasting (525 V) has been abolished in 2006, and there is a plan to change all TV broadcasting to HD digital. Digital still cameras with 1.3 million pixels are sweeping the market. This means that it is desired to output a high-resolution signal and a low-resolution signal from a high-pixel sensor as needed.

【0003】こういう状況のなか、CCDでは画素サイ
ズのシュリンク化(縮小化)が進んでいる。しかし、5
μm□サイズ程度のCCDでは高速読出しができず、現
状では60万画素、60フレーム/秒程度のものが製品
化されるに留まっている。
[0003] Under such circumstances, shrinking (reducing) the pixel size of the CCD is progressing. But 5
High-speed reading cannot be performed with a CCD having a size of about μm □, and currently only 600,000 pixels and about 60 frames / sec are commercialized.

【0004】一方、CMOS製造プロセスと同様のプロ
セスで作製される、CMOSセンサーはランダムアクセ
スが可能であるので、将来の高速化に適したセンサーと
して期待されている。
On the other hand, since a CMOS sensor manufactured by a process similar to the CMOS manufacturing process can perform random access, it is expected as a sensor suitable for high speed operation in the future.

【0005】ところで、高画素数のセンサーから低画素
数を読出す場合、間引き走査を行うことで低画素の情報
を得ることができる。この間引き走査において、 CCDでは不要な水平ラインの画素信号を水平シフ
トレジスタに設けたオーバフロードレインに捨ててい
た。またCCDから読み出される信号で必要な信号のみ
をサンプリングしていた。 CMOSセンサーではランダムアクセスにより必要
な信号のみを出力していた。
When reading out a low number of pixels from a sensor having a high number of pixels, it is possible to obtain information on a low number of pixels by performing thinning-out scanning. In the thinning-out scanning, the CCD discards unnecessary pixel signals of a horizontal line to an overflow drain provided in a horizontal shift register. Further, only necessary signals are sampled in the signals read from the CCD. The CMOS sensor outputs only necessary signals by random access.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
のCCDの間引き走査では、不要な画素の電荷も転送す
るので無駄な電力を要する。また不要な信号は間引いて
捨てるので、低サンプリングによるモアレが発生する。
また上記の間引き走査でも同様にモアレが発生する。
However, in the above-described thinning-out scanning of the CCD, unnecessary electric charges are transferred, so that unnecessary power is required. Further, since unnecessary signals are thinned out and discarded, moire due to low sampling occurs.
Moiré also occurs in the above-described thinning-out scanning.

【0007】本発明の目的は、共通アンプに接続された
画素をインタレース走査するとき、また、高画素のセン
サーから低画素の信号を読出すとき、共通アンプ間の信
号レベル差が発生しないように、信号を読出すことので
きる撮像装置を提供することにある。
An object of the present invention is to prevent a signal level difference between common amplifiers from occurring when interlaced scanning is performed on pixels connected to a common amplifier or when reading out low-pixel signals from a high-pixel sensor. Another object of the present invention is to provide an imaging device capable of reading out a signal.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の撮像装置は、複
数の光電変換部と該複数の光電変換部からの信号が入力
される共通アンプとを配置した単位セルが複数列配列さ
れた撮像装置において、前記共通アンプの入力部で、水
平方向に配された複数の光電変換部からの信号を加算す
る手段と、垂直方向または斜め方向に配された複数の光
電変換部からの信号を水平転送手段を用いて加算する手
段と、を有することを特徴とする。
According to the present invention, there is provided an imaging apparatus comprising: a plurality of photoelectric conversion units; and a common amplifier to which signals from the plurality of photoelectric conversion units are input. In the apparatus, means for adding signals from a plurality of photoelectric conversion units arranged in a horizontal direction at an input unit of the common amplifier, and horizontally adding signals from a plurality of photoelectric conversion units arranged in a vertical direction or an oblique direction. And means for adding using a transfer means.

【0009】また本発明の撮像装置は、複数の光電変換
部と該複数の光電変換部からの信号が入力される共通ア
ンプとを配置した単位セルが複数列配列された撮像装置
において、前記複数の光電変換部から複数の色信号が出
力され、該複数の色信号のうち同色の信号を水平転送手
段で加算することを特徴とする。
Further, according to the present invention, there is provided an image pickup apparatus comprising: a plurality of photoelectric conversion units; and a common amplifier to which signals from the plurality of photoelectric conversion units are input. A plurality of color signals are output from the photoelectric conversion unit, and signals of the same color among the plurality of color signals are added by a horizontal transfer unit.

【0010】本発明の撮像システムは、上記本発明の撮
像装置と、前記撮像装置へ光を結像するレンズと、前記
撮像装置からの出力信号を処理する信号処理回路とを有
することを特徴とする。
An imaging system according to the present invention includes the above-described imaging device according to the present invention, a lens that forms light on the imaging device, and a signal processing circuit that processes an output signal from the imaging device. I do.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】まず、本発明の説明に先だって、
公知の関連技術との違いについて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Prior to the description of the present invention,
The differences from the known related art will be described.

【0012】暗い被写体を撮像する場合、CMOSセン
サーでは垂直2画素の信号を加算することは既に行われ
ている。例えば、特開平9−46596号公報の図4に
は同時刻に垂直方向の上下2つの光電変換部の信号をセ
ル内で加算することが記載されている。しかし、水平方
向の光電変換部からの信号加算についての開示、および
垂直方向または斜め方向の光電変換部の信号の加算を水
平転送手段で加算することについては開示はなく、また
色信号を加算して読み出す場合に同色の信号を加算して
読み出すことの開示はない。
When imaging a dark subject, a CMOS sensor has already added signals of two vertical pixels. For example, FIG. 4 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-46596 describes that signals of two upper and lower photoelectric conversion units in the vertical direction are added at the same time in a cell. However, there is no disclosure about addition of signals from the photoelectric conversion units in the horizontal direction and addition of signals of the photoelectric conversion units in the vertical or oblique directions by the horizontal transfer means. There is no disclosure of adding and reading signals of the same color when reading by reading.

【0013】また、垂直方向の2画素又は3以上の画素
の光電変換部について一つの増幅手段を設けることにつ
いては、特開平4−461号公報に開示され、水平・垂
直方向の4画素の光電変換部について一つの増幅手段を
設けることについては、特開昭63−100879号公
報に開示されているが、いずれも加算処理についての開
示はない。
The provision of one amplifying means for the photoelectric conversion unit of two pixels or three or more pixels in the vertical direction is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. Hei 4-461, and the photoelectric conversion unit of four pixels in the horizontal and vertical directions is disclosed. The provision of one amplifying means for the converter is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-100879, but none of them discloses addition processing.

【0014】図1は本発明の撮像装置の一部の構成を示
す概略図、図2は図1の撮像装置の単位セルSの構成を
示す図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a part of the imaging apparatus of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a unit cell S of the imaging apparatus of FIG.

【0015】図2に示すように、単位セルSは、共通ア
ンプ1つに光電変換部4つ(ここでは、a11,a12,a
21,a22)を配置して構成されている。その他の単位セ
ルについても同様な構成となっている。なお、ここでは
共通アンプは増幅手段MSF、リセット手段MRES、セレ
クト手段MSELから構成され、共通アンプの入力部は増
幅手段MSFのゲート部である。
As shown in FIG. 2, the unit cell S includes four photoelectric conversion units (here, a 11 , a 12 , a
21 , a 22 ) are arranged. Other unit cells have the same configuration. Here, the common amplifier is constituted by the amplification means MSF, the reset means MRES, and the selection means MSEL, and the input section of the common amplifier is the gate section of the amplification means MSF.

【0016】4画素単位で、水平方向の上2光電変換部
(a11,a12)の信号転送を制御するラインを奇数の垂
直シフトレジスタVo (Vo1,Vo2,Vo3,・・・)に接
続し、水平方向の下2光電変換部(a21,a22)の信号
転送を制御するラインを偶数の垂直シフトレジスタVe
(Ve1,Ve2,Ve3,・・・)に接続する。共通アンプの
リセットスイッチMRES及びセレクトスイッチMSELは奇
数の選択回路So (S o1,So2,・・・)と偶数の選択回
路Se (Se1,Se2,・・・)を経てそれぞれの垂直シフ
トレジスタVo ,Ve に接続される。垂直シフトレジス
タVo ,Ve と選択回路So ,Se は独立に制御するこ
とができる。
Upper two photoelectric conversion units in the horizontal direction in units of four pixels
(A11, A12) Odd vertical lines to control signal transfer
Direct shift register Vo(Vo1, Vo2, Vo3, ...)
Then, the lower two photoelectric conversion units (atwenty one, Atwenty two) Signal
Transfer control lines are set to an even number of vertical shift registers Ve
(Ve1, Ve2, Ve3, ...). Common amplifier
The reset switch MRES and the select switch MSEL are odd.
Number selection circuit So(S o1, So2, ...) and even selection times
Road Se(Se1, Se2,...) And each vertical shift
Register Vo, VeConnected to. Vertical shift register
TA Vo, VeAnd selection circuit So, SeCan be controlled independently
Can be.

【0017】図3にインタレース走査時の垂直シフトレ
ジスタのタイミングチャートを示す。図3(a)は奇数
フィールドのタイミングチャート、図3(b)は偶数フ
ィールドのタイミングチャートを示す。
FIG. 3 is a timing chart of the vertical shift register during interlaced scanning. FIG. 3A is a timing chart of an odd field, and FIG. 3B is a timing chart of an even field.

【0018】図3(a)では、共通アンプに接続された
2ライン毎に水平走査が行われる。即ち奇数(odd)行
の垂直シフトレジスタVonと偶数(even)行の垂直シフ
トレジスタVenが同時に制御される。ここで、信号
φo,φeがHighのレベルが水平ブランキング期間に相当
し、センサのリセット動作と読出し動作が行われる。
In FIG. 3A, horizontal scanning is performed every two lines connected to a common amplifier. That odd (odd) row of the vertical shift register V on the even-numbered (even) vertical shift registers V en row are simultaneously controlled. Here, the high level of the signals φ o and φ e corresponds to the horizontal blanking period, and the reset operation and the read operation of the sensor are performed.

【0019】図3(b)では、共通アンプに接続された
2ラインの画素で、共通アンプ間の隣接するラインが選
択され、水平走査が行われる。即ち図3(a)に対し垂
直シフトレジスタの各セル番号が1つずれて、垂直シフ
トレジスタVon+1と垂直シフトレジスタVen、垂直シフ
トレジスタVon+2と垂直シフトレジスタVen+1の組合せ
で駆動される。
In FIG. 3B, adjacent lines between the common amplifiers are selected by two lines of pixels connected to the common amplifier, and horizontal scanning is performed. That is, the cell numbers of the vertical shift registers are shifted by one with respect to FIG. 3A, and the vertical shift registers V on + 1 and V en + 1, and the vertical shift registers V on + 2 and V en + 1 are shifted. Are driven by a combination of.

【0020】上記のインターレス走査において、上記画
素信号の加算処理を行う場合、同一単位セル内の複数の
光電変換部からの信号を加算処理するときには、同一の
共通アンプの入力部で加算処理を行うことができるが、
異なる単位セル内にある複数の光電変換部からの信号を
加算処理するときには、同一の共通アンプの入力部で加
算処理を行うことができない。図4に示す撮像装置の各
単位セルを用いて説明すると、同一単位セル内での加
算、例えば、水平方向に配列された光電変換部からの信
号の加算(a11+a12、a21+a22、a31+a32、・・
・)、垂直方向に配列された光電変換部からの信号の加
算(a11+a21、a31+a41、・・・)、および斜め方
向に配列された光電変換部からの信号の加算(a11+a
22、a31+a42、・・・あるいはa12+a21、a32+a
41、・・・)の場合には同一の共通アンプAにより加算
処理して単一セルから読み出すことができる。しかし、
異なる単位セル間での加算、例えば、垂直方向に配列さ
れた光電変換部からの信号の加算(a21+a31、a41
51、・・・)、および斜め方向に配列された光電変換
部からの信号の加算(a21+a32、a41+a52、・・・
あるいはa22+a31、a42+a51、・・・)の場合には
同一の共通アンプAにより加算処理して単一セルから読
み出すことができない。
In the above interlaced scanning, when performing the addition processing of the pixel signals, when adding the signals from a plurality of photoelectric conversion units in the same unit cell, the addition processing is performed at the input unit of the same common amplifier. Can be done,
When adding signals from a plurality of photoelectric conversion units in different unit cells, the addition processing cannot be performed at the input unit of the same common amplifier. Explaining using each unit cell of the imaging device shown in FIG. 4, addition within the same unit cell, for example, addition of signals from photoelectric conversion units arranged in the horizontal direction (a 11 + a 12 , a 21 + a 22) , A 31 + a 32 , ...
.), Addition of signals from the photoelectric conversion units arranged in the vertical direction (a 11 + a 21 , a 31 + a 41 ,...), And addition of signals from the photoelectric conversion units arranged in the oblique direction (a 11 + a
22 , a 31 + a 42 ,... Or a 12 + a 21 , a 32 + a
41 ,...), The addition processing can be performed by the same common amplifier A and read out from a single cell. But,
Addition between different unit cells, for example, addition of signals from photoelectric converters arranged in the vertical direction (a 21 + a 31 , a 41 +
a 51 ,...) and addition of signals from the photoelectric conversion units arranged obliquely (a 21 + a 32 , a 41 + a 52 ,.
Alternatively, in the case of a 22 + a 31 , a 42 + a 51 ,...), Addition cannot be performed by the same common amplifier A and read out from a single cell.

【0021】そこで、本発明では、複数の光電変換部と
該複数の光電変換部からの信号が入力される共通アンプ
とを配置した単位セルが複数列配列された撮像装置にお
いて、異なる単位セル内にある複数の光電変換部からの
信号を加算処理するモードを含む場合には、垂直方向ま
たは斜め方向に配列された光電変換部からの信号の加算
を水平転送手段を用いて行う。
Therefore, according to the present invention, in an image pickup apparatus in which a plurality of photoelectric conversion units and a common amplifier to which signals from the plurality of photoelectric conversion units are arranged are arranged in a plurality of columns, different unit cells are used. In the case where a mode for adding signals from a plurality of photoelectric conversion units is included, the addition of signals from the photoelectric conversion units arranged in a vertical direction or an oblique direction is performed using a horizontal transfer unit.

【0022】以下、本発明について具体的に説明する。Hereinafter, the present invention will be described specifically.

【0023】まずカラーセンサーで色分離を行う場合に
ついて説明する。図5にGを市松状に配置した場合の色
フィルタを設けた単位セルを示す。
First, a case where color separation is performed by a color sensor will be described. FIG. 5 shows a unit cell provided with a color filter when Gs are arranged in a checkered pattern.

【0024】図5に示すように、4画素から成る繰返し
単位セル30のうち、左上と右下に、解像度に最も効く
G(緑)画素が配置されている。このG画素においては
単位セル30の中心に配置されている共通アンプ部32
の占める領域と中心対称な位置に遮光部35が存在して
いる。従って、G画素における光電変換部31の重心
は、G画素の中心に存在する。これによりG画素の光電
変換部a11,a22は、縦方向、横方向に等間隔aで配置
できている。R(赤)画素は単位セル30の右上に、B
(青)画素は単位セル30の左下に配置されている。こ
れらはG画素のように特に考慮された遮光部は有しない
ものの、その単位セル30における配置数が1のため、
単位セル30の間隔2aで等間隔に配置できている。
As shown in FIG. 5, G (green) pixels having the highest resolution are arranged at the upper left and lower right of the repeating unit cell 30 composed of four pixels. In this G pixel, a common amplifier 32 disposed at the center of the unit cell 30
Is located at a position symmetrical with respect to the area occupied by the light-shielding portion 35. Therefore, the center of gravity of the photoelectric conversion unit 31 in the G pixel exists at the center of the G pixel. Thus, the photoelectric conversion units a 11 and a 22 of the G pixel can be arranged at equal intervals a in the vertical and horizontal directions. The R (red) pixel is located at the upper right of the unit cell 30,
The (blue) pixel is arranged at the lower left of the unit cell 30. Although these do not have a light-shielding portion that is particularly considered unlike the G pixel, since the number of arrangement in the unit cell 30 is one,
The unit cells 30 are arranged at equal intervals 2a.

【0025】図6に色フィルタがG市松、R・B線順次
配置時の色信号読出しタイミングチャートを示す。図7
は各色信号の読出しを行うための回路図である。なお、
図7には後述する低画素信号読出しでの同一色信号の加
算処理を行うための加算処理手段も示されている。
FIG. 6 is a timing chart for reading color signals when the color filters are sequentially arranged in the G checkerboard and the R and B lines. FIG.
FIG. 3 is a circuit diagram for reading out each color signal. In addition,
FIG. 7 also shows addition processing means for performing the addition processing of the same color signal in the low pixel signal reading described later.

【0026】図6において、期間T1 では、パルスφRV
で垂直信号線をリセットし、信号線上の残留電荷の除去
を行うとともに、パルスφTN1,φTN2,φTN3,φTN4
φTS 1,φTS2,φTS3,φTS4で一時蓄積用容量CTN1
TN2,CTN3,CTN4,CTS1,CTS2,CTS3,CTS4
の残留電荷の除去を行う。
[0026] In FIG. 6, in the period T 1, the pulse φ RV
Resets the vertical signal line, removes the residual charge on the signal line, and generates pulses φ TN1 , φ TN2 , φ TN3 , φ TN4 ,
In φ TS 1 , φ TS2 , φ TS3 , φ TS4 , temporary storage capacitors C TN1 ,
The residual charges on C TN2 , C TN3 , C TN4 , C TS1 , C TS2 , C TS3 , and C TS4 are removed.

【0027】期間T2 では、1行目の光電変換部行(a
11,a12,・・・a1n)のなかで、まずG1画素(図5中左
上のG画素)の光電変換信号を転送する前段階として、
共通アンプの増幅手段MSFのゲート部(入力部)をパル
スφoRでリセットし残留電荷を除去する。除去した後ゲ
ート部にはリセットノイズが残る。
In the period T 2 , the first photoelectric conversion unit row (a)
11 , a 12 ,... A 1n ), first, as a stage prior to transferring the photoelectric conversion signal of the G 1 pixel (the upper left G pixel in FIG. 5),
The gate section (input section) of the amplification means MSF of the common amplifier is reset by the pulse φOR to remove residual charges. After the removal, reset noise remains in the gate portion.

【0028】期間T3 では、期間T2 でのリセットノイ
ズと共通アンプのオフセット電圧を容量CTN1へ転送す
る期間である。パルスφoSで共通アンプの出力部を垂直
信号線へ接続し、また共通アンプを動作状態にするため
にパルスφLで負荷MOS Trを導通させ、パルスφTN1で垂
直信号線と容量CTN1を接続させる。容量CTN1にはノイ
ズ(N1)として蓄積される。
The period T 3 is a period for transferring the reset noise and the offset voltage of the common amplifier in the period T 2 to the capacitor C TN1 . The pulse φ oS connects the output part of the common amplifier to the vertical signal line, and in order to put the common amplifier into operation, the load MOS Tr is turned on with the pulse φ L. The pulse φ TN1 connects the vertical signal line and the capacitance C TN1 . Connect. The noise is stored as noise (N 1 ) in the capacitor C TN1 .

【0029】期間T4 では、G1画素の光電変換部(a
11,a13,・・・a1n)からの光電変換信号(S1)を容量
TS1ヘ転送する期間である。パルスφL,φTS1,φoS
により共通アンプから容量CTS1までが導通状態とな
る。
[0029] In the period T 4, the photoelectric conversion unit in G 1 pixel (a
11, a 13, a period for capacitor C TS1 f transferring the photoelectric conversion signal (S 1) from ··· a 1n). Pulse φ L , φ TS1 , φ oS
As a result, the area from the common amplifier to the capacitor C TS1 becomes conductive.

【0030】パルスφo11で光電変換信号は、光電変換
部から共通アンプのゲート部へ転送される。この時点で
ゲートにはT2 期間でのリセットノイズに上記光電変換
信号が加算されることになる。このゲート電圧は、共通
アンプのオフセット電圧に重畳し、容量CTS1上では信
号(S1+N1)として蓄積される。
The photoelectric conversion signal is transferred from the photoelectric conversion unit to the gate of the common amplifier by the pulse φo11 . So that the photoelectric conversion signal to the reset noise in the period T 2 is added to the gate at this time. This gate voltage is superimposed on the offset voltage of the common amplifier, and is accumulated as a signal (S 1 + N 1 ) on the capacitor C TS1 .

【0031】その後、パルスφRVで垂直信号線をリセッ
トし、信号線上の残留電荷の除去を行い、期間T2'にリ
セット、期間T3'に共通アンプのノイズ(N2)の転
送、期間T4'にR1画素からの信号(S2+N2)が転送
される。同様にして、期間T3'',T3'''に共通アンプ
のノイズ転送(N3、N4)、期間T4'' ,T4'''にノイ
ズが加算されたB2画素からの信号(S3+N3)、G2
素(図中右下のG画素)からの信号(S4+N4)が転送
される。そして差動アンプで色信号からノイズが除去さ
れて、信号S1(G),S2(R),S3(B),S
4(G)が出力される。
Thereafter, the vertical signal line is reset by the pulse φ RV to remove the residual charges on the signal line, reset during the period T 2 ′, and transfer the noise (N 2 ) of the common amplifier during the period T 3 ′. The signal (S 2 + N 2 ) from the R 1 pixel is transferred to T 4 ′. Similarly, the period T 3 '', T 3 ' '' to a common amplifier noise transfer (N 3, N 4), the period T 4'', T 4' '' from B 2 pixels where noise has been added (S 3 + N 3 ) and the signal (S 4 + N 4 ) from the G 2 pixel (the lower right G pixel in the figure). The noise is removed from the color signal by the differential amplifier, and the signals S 1 (G), S 2 (R), S 3 (B), S
4 (G) is output.

【0032】以上はインタレース走査の奇数フィールド
の動作を示すものであるが、図3で述べた様に垂直シフ
トレジスタVo とVe の組合せを変えることで偶数フィ
ールドの動作を行うことができる。
The above is intended to indicate the operation of the odd field of an interlaced scanning, it is possible to perform the operation of the even field by changing the combination of the vertical shift register V o and V e as described in FIG. 3 .

【0033】次に上記で、低画素信号読出しについて説
明する。ここでは、G信号の加算処理を行う場合につい
て説明する。
Next, reading of a low pixel signal will be described. Here, the case where the addition processing of the G signal is performed will be described.

【0034】なお、奇数フィールドで単位セル内の光電
変換部a11と光電変換部a22からのG信号を加算する場
合には、共通アンプの入力部で加算することもできる。
しかし、偶数フィールドで光電変換部a22と光電変換部
31からのG信号を加算する場合には、共通アンプの入
力部で加算することができないので、それぞれの単位セ
ルからG信号を読み出した後に加算することになる。こ
の場合、共通アンプで加算した信号と共通アンプから出
力後に加算した信号とをインタレースパルスで切替える
必要があるが、この時ゲインを精度良く一致させるのが
困難である。
[0034] In the case of adding the G signals from the photoelectric conversion unit a 11 and the photoelectric conversion portion a 22 in the unit cell on an odd field, can also be added at the input of the common amplifier.
However, in the case of adding the G signals from the photoelectric conversion section a 22 and the photoelectric conversion unit a 31 is an even field, it is not possible to add at the input of the common amplifier, reading the G signal from the respective unit cells It will be added later. In this case, it is necessary to switch the signal added by the common amplifier and the signal added after output from the common amplifier with an interlace pulse, but it is difficult to make the gains coincide with high accuracy at this time.

【0035】そこで、本発明では、光電変換部a11とa
光電変換部22からのG信号も光電変換部a22と光電変換
部a31からのG信号も、ともに水平転送手段で加算処理
をする。各色信号の読出し方法は上述した図6を用いて
説明した読出し方法と同様である。
Therefore, in the present invention, the photoelectric conversion units a 11 and a 11
G signal from the G signal is also a photoelectric conversion portion a 22 and the photoelectric conversion portion a 31 from the photoelectric conversion unit 22, together the addition processing in the horizontal transfer unit. The reading method of each color signal is the same as the reading method described with reference to FIG.

【0036】同一色信号の加算処理は図7の信号読出し
回路で行われる。図7の回路の場合は、加算処理が同一
信号系を経るのでゲイン差は生じない。図7では水平転
送手段となる水平シフトレジスタ(H・SR)とこれに
接続されるスイッチングトランジスタにより各容量C
TN1,CTS1,CTN2,CTS2,CTN3,CTS3,CTS4,CT
N4から信号を水平出力線に同時に出力し、減算アンプA
1〜A4で信号(ノイズ成分を含む)からノイズを減算し
た後に加算器で加算している。他の方法として、水平出
力線で容量CTS1 と容量CTS4 を、容量CTN1 と容量C
TN4 を加算しても良い。あるいは一時蓄積容量間を接続
して加算しても良い。
The addition processing of the same color signal is performed by the signal reading circuit of FIG. In the case of the circuit of FIG. 7, no gain difference occurs because the addition process goes through the same signal system. In FIG. 7, each capacitance C is determined by a horizontal shift register (H.SR) serving as horizontal transfer means and a switching transistor connected thereto.
TN1, C TS1, C TN2, C TS2, C TN3, C TS3, C TS4, C T
A signal is simultaneously output from N4 to a horizontal output line, and a subtraction amplifier A
It is added by the adder from the signal by 1 to A 4 (including the noise component) after subtracting the noise. As another method, the capacitors C TS1 and C TS4 are connected to the horizontal output line, and the capacitors C TN1 and C
TN4 may be added. Alternatively, the temporary storage capacitors may be connected and added.

【0037】次に単一センサーで色分離しない場合の実
施例のタイミングチャートを図8に示す。この場合は同
一色信号なので、水平方向の画素信号を共通アンプの入
力部で加算できる。以下に説明する奇数フィールドでは
11+a12,a21+a22,…の信号が得られる。
FIG. 8 is a timing chart of an embodiment in which color separation is not performed by a single sensor. In this case, since the signals are the same color, the pixel signals in the horizontal direction can be added at the input section of the common amplifier. A 11 + a 12, a 21 + a 22 in the odd field to be described below, ... signal is obtained.

【0038】期間T1 では、パルスφRVで垂直信号線を
リセットし、信号線上の残留電荷の除去を行うととも
に、パルスφTN1,φTN2,φTS1,φTS2で一時蓄積用容
量CTN 1,CTN2,CTS1,CTS2上の残留電荷の除去を行
う。
[0038] In the period T 1, to reset the vertical signal line at pulse phi RV, with the removal of the signal line of the residual charge, the pulse φ TN1, φ TN2, φ TS1 , capacity for temporary storage in phi TS2 C TN 1 , C TN2 , C TS1 , and C TS2 are removed.

【0039】期間T2 で共通アンプのゲートをφORでリ
セットし、期間T3 で共通アンプのノイズ(N1)を容
量CN1へ転送する。次に期間T4 で水平2つの光電変換
部からの信号を転送パルスφon1 ,φon2 で導通状態に
し、ゲート部で加算する。この加算信号に対応する信号
(S1+N1;S1は水平2光電変換部(a11+a12)の
加算信号成分、N1はノイズ成分)は容量CS1へ転送さ
れる。
The reset period T 2 the gate of the common amplifier at phi OR, transfers common amplifier noise (N 1) to the capacitance C N1 in the period T 3. Next period T 4 in horizontal two transfer signals from the photoelectric conversion unit pulse phi on1, to conductive state by phi on2, added by the gate portion. A signal corresponding to this addition signal (S 1 + N 1 ; S 1 is an addition signal component of the horizontal two photoelectric conversion units (a 11 + a 12 ), and N 1 is a noise component) is transferred to the capacitor C S1 .

【0040】次に、パルスφRVで垂直信号線をリセット
し、信号線上の残留電荷の除去を行い、期間T2' で共
通アンプのゲートをφORでリセットし、期間T3' で共
通アンプのノイズ(N2)を容量CN2へ転送する。次に
期間T4' で水平2つの光電変換部からの信号を転送パ
ルスφen1 ,φen2 で導通状態にし、ゲート部で加算す
る。この加算信号に対応する信号(S2+N2;S2は水
平2光電変換部(a21+a2 2)の加算信号成分、N2
ノイズ成分)は容量CS2へ転送される。
Next, the vertical signal line is reset by the pulse φ RV to remove residual charges on the signal line, and the period T 2 The gate of the common amplifier is reset by phi OR in the period T 3 ' Transfers the noise (N 2 ) of the common amplifier to the capacitor C N2 . Next, period T 4 In horizontal two signals a transfer pulse from the photoelectric conversion unit phi en1, and the conductive state at phi en2, added by the gate portion. Signal corresponding to the sum signal (S 2 + N 2; sum signal component of S 2 is horizontal second photoelectric conversion portion (a 21 + a 2 2) , N 2 is the noise component) is transferred to the capacitor C S2.

【0041】図3に示すように、垂直シフトレジスタV
o とVe の組合せを変えることで偶数フィールドの動作
を行うことができる。偶数フィールドではa21+a22
31+a32,…の信号が得られる。
As shown in FIG. 3, the vertical shift register V
By changing the combination of o and V e , the operation of the even field can be performed. For even fields, a 21 + a 22 ,
a 31 + a 32, ... signal can be obtained.

【0042】垂直方向の画素信号の加算をする読出し回
路構成図を図9に示す。なお図9の読出し回路に各光電
変換部からの信号を読み出すタイミングは図6を用いて
説明したタイミングチャートと同じである。図9におい
ては垂直出力線と各容量CTN 1,CTS1,CTN2,CTS2
TN3,CTS3,CTS4,CTN4とを接続するトランジスタ
および制御信号φTN1,φTS1,φTN2,φTS2,φTN3
φTS3,φTS4,φTN4は省略している。
FIG. 9 shows the configuration of a readout circuit for adding pixel signals in the vertical direction. Note that the timing for reading signals from each photoelectric conversion unit to the read circuit in FIG. 9 is the same as the timing chart described with reference to FIG. Each capacitance and vertical output line in FIG. 9 C TN 1, C TS1, C TN2, C TS2,
Transistors for connecting C TN3 , C TS3 , C TS4 , C TN4 and control signals φ TN1 , φ TS1 , φ TN2 , φ TS2 , φ TN3 ,
φ TS3 , φ TS4 , φ TN4 are omitted.

【0043】図9の回路では、水平転送手段となる水平
シフトレジスタ(H・SR)とこれに接続されるスイッ
チングトランジスタにより各容量CTN1,CTS1
TN2,CT S2,CTN3,CTS3,CTS4,CTN4から信号を
水平出力線に同時に出力し、減算アンプA1〜A4により
減算処理を行った後に垂直方向の信号S1とS3とを加
算器で加算を行っている。奇数フィールドではa11+a
21,a12+a22,…の信号が得られ、偶数フィールドで
はa21+a31,a22+a32,…の信号が得られる。加算
方法としては先に述べた様に水平出力線での加算、ある
いは一時蓄積容量上での加算も可能である。
In the circuit shown in FIG. 9, each of the capacitors C TN1 , C TS1 , C TS1 , C TS1 , C TS1 , C S1
C TN2, C T S2, C TN3, C TS3, C TS4, and simultaneously output from the C TN4 a signal to the horizontal output line, and the vertical direction of the signal S1 after the subtraction process by the subtraction amplifier A 1 to A 4 S3 And are added by an adder. A 11 + a for odd fields
21, a 12 + a 22, ... signal is obtained of, a 21 + a 31, a 22 + a 32, ... signal is obtained at the even field. As described above, the addition on the horizontal output line or the addition on the temporary storage capacity is possible as described above.

【0044】以上述べた水平方向の画素信号の加算、あ
るいは垂直方向または斜め方向の画素信号の加算は、等
価的に低画素の信号読出しになるので記録系や表示系の
画素数に合う様に駆動すれば、低消費電力、低モアレの
高品質の画像を得ることができる。
The above-described addition of pixel signals in the horizontal direction or addition of pixel signals in the vertical direction or the oblique direction is equivalent to reading out a low number of pixels. When driven, a high-quality image with low power consumption and low moire can be obtained.

【0045】図10にシステム概略図を示す。同図に示
すように、光学系71、絞り80を通って入射した画像
光はCMOSセンサー72上に結像する。CMOSセン
サー72上に配置されている画素アレーによって光情報
は電気信号へと変換される。その電気信号は信号処理回
路73によって予め決められた方法によって信号変換処
理され、出力される。信号処理された信号は、記録系、
通信系74により情報記録装置により記録、あるいは情
報転送される。記録、あるいは転送された信号は再生系
77により再生される。絞り80、CMOSセンサー7
2、信号処理回路73はタイミング制御回路75により
制御され、光学系71、タイミング制御回路75、記録
系・通信系74、再生系77はシステムコントロール回
路76により制御される。
FIG. 10 shows a schematic diagram of the system. As shown in the figure, the image light incident through the optical system 71 and the stop 80 forms an image on the CMOS sensor 72. The optical information is converted into an electric signal by the pixel array arranged on the CMOS sensor 72. The electric signal is subjected to signal conversion processing by a signal processing circuit 73 by a predetermined method and output. The signal processed signal is recorded,
The information is recorded or transferred by the information recording device by the communication system 74. The recorded or transferred signal is reproduced by the reproduction system 77. Aperture 80, CMOS sensor 7
2. The signal processing circuit 73 is controlled by a timing control circuit 75, and the optical system 71, the timing control circuit 75, the recording / communication system 74, and the reproduction system 77 are controlled by a system control circuit 76.

【0046】前述した高画素読出し(全画素読出し)と
低画素読出し(加算読出し)とでは水平と垂直駆動パル
スが異なる。従って読出しモード毎にセンサーの駆動タ
イミング、信号処理回路の解像度処理、記録系の記録画
素数を変える必要がある。これらの制御はシステムコン
トロール回路76で各読出しモードに応じて行われる。
また読出しモードで、加算により感度が異なる。例えば
高画素読出しに対し加算読出しでは信号量が2倍にな
る。このままではダイナミックレンジが1/2になるた
め絞り80を半絞り小さく制御することにより適正信号
を得る。この結果、低照度時は1/2の明るさまで撮影
可能となる。
The horizontal and vertical drive pulses are different between the above-described high pixel readout (all pixel readout) and low pixel readout (additional readout). Therefore, it is necessary to change the drive timing of the sensor, the resolution processing of the signal processing circuit, and the number of recording pixels of the recording system for each reading mode. These controls are performed by the system control circuit 76 in accordance with each read mode.
In addition, in the reading mode, the sensitivity differs depending on the addition. For example, the signal amount is doubled in addition reading in comparison with high pixel reading. In this state, the dynamic range is halved, so that an appropriate signal is obtained by controlling the aperture 80 to be a half aperture. As a result, at low illuminance, photographing can be performed up to half the brightness.

【0047】次に本発明の撮像装置に好適に用いること
ができる単位セルの具体的な構成について説明する。
Next, a specific configuration of a unit cell that can be suitably used in the image pickup apparatus of the present invention will be described.

【0048】図18に示す配置は、光電変換部173の
配列が等ピッチとはならないために(a1≠a2)、それ
ぞれの画素内の光を関知する領域(受光部)の間隔が等
しくならず、次のような問題が生じる。すなわち、同色
の等ピッチでない配列は、部分的に空間周波数、解像度
が等しくないために、解像度の低下、モアレ縞等の不良
を発生させる。また、モアレ縞の発生は非常に重大な問
題であり、そのような撮像装置は、事実上製品として成
り立ち得ない。これは前記単位セルを構成する画素数が
4以外の場合にも同様に成り立つ。
In the arrangement shown in FIG. 18, since the arrangement of the photoelectric conversion units 173 does not have the same pitch (a 1 ≠ a 2 ), the intervals between the regions (light receiving units) in each pixel that are related to light are equal. Instead, the following problem arises. That is, the non-equidistant arrangement of the same color partially causes the spatial frequency and the resolution to be unequal, thereby causing a decrease in resolution and defects such as moire fringes. In addition, the occurrence of moiré fringes is a very serious problem, and such an imaging device cannot be practically used as a product. This is also true when the number of pixels constituting the unit cell is other than four.

【0049】本発明者らは、複数画素中に分散された増
幅手段を有するCMOSセンサーにおいても、光電変換
部のピッチを一定とすることによってそれぞれの受光部
の間隔は等しくなり、解像度の低下とモアレ縞の発生を
防止し、開口率等を向上させ、良好な性能を得ることが
できる撮像装置を見出した。このような撮像装置は本発
明において好適に用いることができる。
The present inventors have found that even in a CMOS sensor having amplifying means dispersed in a plurality of pixels, by keeping the pitch of the photoelectric conversion portions constant, the intervals between the respective light receiving portions become equal, and the resolution is reduced. We have found an imaging device that can prevent the occurrence of moiré fringes, improve the aperture ratio, and obtain good performance. Such an imaging device can be suitably used in the present invention.

【0050】図11は2行2列の画素が共通アンプ部1
2を共有する例を示す図である。図11では、共有する
共通アンプ部12が4つの画素の中心に配置され、4つ
の光電変換部(a11,a12,a21,a22)が共通アンプ
部12を取囲むように配置されている。ここで共通アン
プ部12には図2の増幅手段MSF、リセット手段MSE
L、選択手段MSELの他、転送手段MTX1〜MTX4を含んで
いる。
FIG. 11 shows a case where the pixels in two rows and two columns are the common amplifier unit 1.
FIG. 3 is a diagram showing an example of sharing No. 2; In FIG. 11, the shared common amplifier unit 12 is arranged at the center of four pixels, and the four photoelectric conversion units (a 11 , a 12 , a 21 , a 22 ) are arranged so as to surround the common amplifier unit 12. ing. Here, the amplifying means MSF and the reset means MSE of FIG.
L, the transfer means MTX1 to MTX4 in addition to the selection means MSEL.

【0051】しかも、共通アンプ部12の占める各画素
における領域と中心対称な位置に遮光部15が存在して
いる。従って、各画素における光電変換部11の重心は
前記各画素の中心に存在する。これにより前記4つの光
電変換部(a11〜a22)は縦方向、横方向に等間隔aで
配置できている。
Further, the light shielding portion 15 exists at a position symmetrical with the center of each pixel occupied by the common amplifier portion 12. Therefore, the center of gravity of the photoelectric conversion unit 11 in each pixel exists at the center of each pixel. Whereby said four photoelectric conversion unit (a 11 ~a 22) is longitudinally and can be placed at equal intervals a laterally.

【0052】また図12では、共有する共通アンプ部2
2が4つの画素の横方向の中心部に配置され、4つの光
電変換部21(a11,a12,a21,a22)が共通アンプ
部22をはさむように配置されている。
In FIG. 12, the common amplifier unit 2 is shared.
2 is arranged at the center of the four pixels in the horizontal direction, and the four photoelectric conversion units 21 (a 11 , a 12 , a 21 , a 22 ) are arranged so as to sandwich the common amplifier unit 22.

【0053】しかも、共通アンプ部22の占める各画素
における領域と中心対称な位置に遮光部25が存在して
いる。従って各画素における前記光電変換部21の重心
は各画素の中心に存在する。これにより4つの光電変換
部(a11〜a22)は縦方向、横方向に等間隔aで配置で
きている。
Further, the light shielding portion 25 exists at a position symmetrical with the center of each pixel occupied by the common amplifier portion 22. Therefore, the center of gravity of the photoelectric conversion unit 21 in each pixel exists at the center of each pixel. Thus four photoelectric conversion unit (a 11 ~a 22) is longitudinally and can be placed at equal intervals a laterally.

【0054】上述した図12の実施形態は、横方向と縦
方向を入れ換えても全く同様に成立する。
The above-described embodiment shown in FIG. 12 is exactly the same even if the horizontal and vertical directions are exchanged.

【0055】図13にCMOSセンサーの画素アレー部
の第1の構成例の具体的なパターンレイアウト図を示
す。
FIG. 13 shows a specific pattern layout of the first configuration example of the pixel array section of the CMOS sensor.

【0056】図13に示すCMOSセンサーは単結晶基
板上にレイアウトルール0.4μmによって形成されて
おり、画素の大きさは8μm角であり、増幅手段である
ソースフォロワアンプは2行2列の4画素で共有されて
いる。従って、図中点線領域で示した繰返し単位セル8
1の大きさは16μm×16μm角であり、2次元アレ
ーが形成されている。
The CMOS sensor shown in FIG. 13 is formed on a single crystal substrate according to a layout rule of 0.4 μm, the size of a pixel is 8 μm square, and a source follower amplifier serving as amplifying means is a 4 × 4 matrix. Shared by pixel. Therefore, the repetition unit cell 8 shown by the dotted line area in FIG.
The size of 1 is 16 μm × 16 μm square, and a two-dimensional array is formed.

【0057】光電変換部であるホトダイオード82a,
82b,82c,82dは各画素の中央に斜めに形成さ
れており、その形状は上下左右でほぼ回転対称、鏡像対
称である。またこれらのホトダイオード82a,82
b,82c,82dの重心gは各画素に対して同一にな
るように設計されている。また95は遮光部である。
The photodiodes 82a, which are photoelectric conversion units,
Reference numerals 82b, 82c, and 82d are formed obliquely at the center of each pixel, and their shapes are substantially rotationally symmetric and mirror image symmetrical in up, down, left, and right directions. Further, these photodiodes 82a, 82
The centers of gravity g of b, 82c and 82d are designed to be the same for each pixel. Reference numeral 95 denotes a light shielding unit.

【0058】88−aは左上の転送ゲート83−aを制
御する走査線、90は行選択線、92はMOSゲート9
3を制御するリセット線である。
Reference numeral 88-a denotes a scanning line for controlling the upper left transfer gate 83-a, 90 denotes a row selection line, and 92 denotes a MOS gate 9.
3 is a reset line for controlling the reset line 3.

【0059】ホトダイオード82a〜82d中に蓄積さ
れた信号電荷は転送ゲート83a〜83dを通ってFD
85に導かれる。ゲート83a〜83dのMOSサイズ
はL=0.4μm,W=1.0μm(Lはチャネル長、
Wはチャネル巾を示す。)である。
The signal charges accumulated in the photodiodes 82a to 82d pass through the transfer gates 83a to 83d, and pass through the FDs.
It is led to 85. The MOS size of the gates 83a to 83d is L = 0.4 μm, W = 1.0 μm (L is a channel length,
W indicates the channel width. ).

【0060】FD85は巾0.4μmのAl配線によっ
てソースフォロワの入力ゲート86に接続されており、
FD85に転送された信号電荷は入力ゲート86の電圧
を変調させる。入力ゲート86のMOSの大きさはL=
0.8μm,W=1.0μmであり、FD85と入力ゲ
ート86の容量の和は5fF程度である。Q=CVであ
るから、105 個の電子の蓄積によって入力ゲート86
の電圧は、3.2V変化することになる。
The FD 85 is connected to the input gate 86 of the source follower by an Al wiring having a width of 0.4 μm.
The signal charge transferred to the FD 85 modulates the voltage of the input gate 86. The size of the MOS of the input gate 86 is L =
0.8 μm, W = 1.0 μm, and the sum of the capacitances of the FD 85 and the input gate 86 is about 5 fF. Q = because it is CV, input by the accumulation of 10 5 electrons gates 86
Will change by 3.2V.

【0061】VDD端子91から流れ込む電流は入力ゲー
ト86によって変調され、垂直信号線87に流出する。
垂直信号線87に流出する電流は図示しない信号処理回
路によって信号処理され、最終的には画像情報となる。
The current flowing from the VDD terminal 91 is modulated by the input gate 86 and flows out to the vertical signal line 87.
The current flowing out to the vertical signal line 87 is subjected to signal processing by a signal processing circuit (not shown), and finally becomes image information.

【0062】その後、ホトダイオード82a〜82d,
FD85,入力ゲート86の電位を所定の値のVDDとす
るために、リセット線92に接続されたMOSゲート9
3を開くことで(このとき転送ゲート83a〜83dも
開く)、ホトダイオード82a〜82d,FD85,入
力ゲート86はVDD端子とショートされる。
Thereafter, the photodiodes 82a to 82d,
FD85, the potential of input gate 86 to the V DD predetermined value, MOS gate 9 is connected to a reset line 92
By opening 3 (the transfer gates 83a to 83d are also opened at this time), the photodiodes 82a to 82d, the FD 85, and the input gate 86 are short-circuited to the VDD terminal.

【0063】その後、転送ゲート83a〜83dを閉じ
ることでホトダイオード82a〜82dの電荷蓄積が再
び始まる。
Thereafter, by closing the transfer gates 83a to 83d, the charge accumulation of the photodiodes 82a to 82d starts again.

【0064】ここで注目すべきは、水平方向に貫通する
配線88a〜88d,90,92の全ては透明な導体で
ある厚さ1500ÅのITO(Indium Tin Oxide)で形
成されているために、前記配線部分のうち、ホトダイオ
ード82a〜82d上では光が透過するため、前記ホト
ダイオードの重心gは光を感知する領域(受光部)の重
心と一致することである。
It should be noted that all of the wirings 88a to 88d, 90, and 92 penetrating in the horizontal direction are formed of a transparent conductor of 1500 mm thick ITO (Indium Tin Oxide). Since light passes through the photodiodes 82a to 82d in the wiring portion, the center of gravity g of the photodiode coincides with the center of gravity of the light sensing area (light receiving portion).

【0065】本構成例によれば画素ピッチが等しい比較
的高面積率、高開口率なCMOSセンサーを提供するこ
とができる。
According to this configuration example, it is possible to provide a CMOS sensor having a relatively high area ratio and high aperture ratio having the same pixel pitch.

【0066】本発明のCMOSセンサーの画素アレー部
の第2の構成例の具体的なパターンレイアウト図を図1
4に示す。
FIG. 1 shows a specific pattern layout of the second example of the configuration of the pixel array section of the CMOS sensor of the present invention.
It is shown in FIG.

【0067】図14において、102a〜102dはホ
トダイオード、103a〜103dは転送ゲート、10
5はFD、106はソースフォロワの入力ゲート、10
7は垂直信号線、108a〜108dは走査線、110
は行選択線、112はMOSゲート113を制御するリ
セット線である。
In FIG. 14, reference numerals 102a to 102d denote photodiodes, 103a to 103d denote transfer gates,
5 is the FD, 106 is the input gate of the source follower, 10
7 is a vertical signal line, 108a to 108d are scanning lines, 110
Is a row selection line, and 112 is a reset line for controlling the MOS gate 113.

【0068】本構成例においては水平方向に走る配線1
08a〜108d,110,112が3本づつ各画素の
中心を横切るように走っているために、ホトダイオード
102a〜102dに入射する光を妨げるような金属配
線であっても、光を感知する領域の重心gの移動は生じ
ず、従って前記画素の中心と一致する。
In this configuration example, the wiring 1 running in the horizontal direction
Since 08a to 108d, 110, and 112 run three by three across the center of each pixel, even if the wiring is a metal wiring that blocks light incident on the photodiodes 102a to 102d, the light sensing area No shift of the center of gravity g occurs, and thus coincides with the center of the pixel.

【0069】本構成例によれば電気抵抗が小さな通常の
(不透明な)金属を使用できるため、前記横方向の配線
の時定数が改善され、更に高速な撮像装置を提供するこ
とができる。
According to this configuration example, since a normal (opaque) metal having a small electric resistance can be used, the time constant of the horizontal wiring can be improved, and a higher-speed imaging device can be provided.

【0070】以上の構成例では、遮光膜の下の部分が有
効利用されているため、図15に示すように遮光膜の下
の部分にまで光電変換部であるホトダイオードを形成
し、電荷蓄積部として機能させることも可能である。
In the above configuration example, since the portion below the light-shielding film is effectively used, a photodiode as a photoelectric conversion unit is formed up to the portion below the light-shielding film as shown in FIG. It is also possible to function as.

【0071】上述の第2構成例においては、最も光集光
効率が良い画素の中心を横切るために、撮像装置の感度
の低下が懸念される。そこで更に改善された第3構成例
を図16に示す。
In the above-described second configuration example, since the light crosses the center of the pixel having the highest light collection efficiency, there is a concern that the sensitivity of the image pickup apparatus may be reduced. FIG. 16 shows a third configuration example further improved.

【0072】本構成例においては転送ゲート123a〜
123d、FD125、ソースフォロワの入力ゲート1
26、リセット用のMOSゲート133全てが横方向を
走る配線(走査線128a〜128d,行選択線13
0,リセット線132)下に形成されているため、ホト
ダイオード122a〜122d,及びその開口を最大と
することができる。しかも、その開口部は各画素の中心
に連続して存在する。また遮光部は水平、垂直配線部分
に形成されている。
In this configuration example, the transfer gates 123a to 123a
123d, FD125, source follower input gate 1
26, a wiring in which all the reset MOS gates 133 run in the horizontal direction (scanning lines 128a to 128d, row selection line 13
0, the reset line 132), the photodiodes 122a to 122d and the openings thereof can be maximized. In addition, the opening exists continuously at the center of each pixel. The light-shielding portions are formed in horizontal and vertical wiring portions.

【0073】また本構成例においては前記増幅手段であ
るソースフォロワとリセット用のMOSトランジスタを
各画素の周辺の水平方向に分割して配置したためにコン
パクトに前記水平方向の配線下に配置可能となってい
る。
In this configuration example, since the source follower and the reset MOS transistor, which are the amplifying means, are divided and arranged in the horizontal direction around each pixel, they can be compactly arranged below the horizontal wiring. ing.

【0074】また右上の画素の配線下には未使用のスペ
ースが未だ存在するため、例えばスマートセンサー等、
新規の構成を追加することも可能である。
Further, since an unused space still exists under the wiring of the upper right pixel, for example, a smart sensor or the like
It is also possible to add new configurations.

【0075】本構成例によれば、ホトダイオードの面
積、及び開口率が大きく取れることから、広ダイナミッ
クレンジ、高感度な撮像装置を提供することができる。
また、将来微細化が進み、前記ホトダイオードの開口部
分の寸法が光の波長程度になっても光が入射しなくなる
といった恐れは生じにくく、永らくその性能を発揮する
ことができる。
According to this configuration example, since the area and the aperture ratio of the photodiode can be increased, an imaging device having a wide dynamic range and high sensitivity can be provided.
Further, in the future, even if the size of the opening portion of the photodiode becomes about the wavelength of light, there is little possibility that light will not enter even if the size of the opening portion of the photodiode becomes about the wavelength of light, and the performance can be exhibited for a long time.

【0076】また、以上の構成例では、増幅手段は単位
セルの中心部に配置し、光を感知する領域の重心と、画
素の中心は一致したものであるが、これらに限られず、
図17に示したような開口部が並進対称となっている構
成のものでもよい。
In the above configuration example, the amplifying means is arranged at the center of the unit cell, and the center of gravity of the light sensing area coincides with the center of the pixel. However, the present invention is not limited to this.
A configuration in which the openings are translationally symmetric as shown in FIG. 17 may be used.

【0077】つまり、開口部が並進対称となっているこ
とにより、光を感知する領域は、等ピッチとなるためで
ある。
That is, since the openings are translationally symmetric, the light sensing areas have the same pitch.

【0078】[0078]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
共通アンプに複数の光電変換部を配置したことによる高
開口率に加えて、インタレース駆動を行っても高画質が
得られる。また低画素数駆動では低消費電力、記録ある
いは表示画素像は低モアレで美しい画像が得られる。
As described above, according to the present invention,
In addition to a high aperture ratio due to the arrangement of a plurality of photoelectric conversion units in the common amplifier, high image quality can be obtained even when interlaced driving is performed. In addition, in driving with a low number of pixels, low power consumption, and a beautiful image with low moire in a recorded or displayed pixel image can be obtained.

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

【図1】本発明の撮像装置の一部の構成を示す概略図で
ある。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a part of an imaging device of the present invention.

【図2】図1の撮像装置の単位セルSの構成を示す図で
ある。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a unit cell S of the imaging device in FIG. 1;

【図3】インタレース走査時の垂直シフトレジスタのタ
イミングチャートを示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a timing chart of a vertical shift register during interlaced scanning.

【図4】撮像装置の各単位セルを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing each unit cell of the imaging device.

【図5】Gを市松状に配置した場合の色フィルタを設け
た単位セルを示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a unit cell provided with a color filter when Gs are arranged in a checkered pattern.

【図6】色フィルタがG市松、R・B線順次配置時の色
信号読出しタイミングチャートである。
FIG. 6 is a color signal reading timing chart when color filters are sequentially arranged in a G checkerboard and R and B lines.

【図7】同一色信号の加算処理を行う信号読出し回路の
回路構成図である。
FIG. 7 is a circuit configuration diagram of a signal reading circuit that performs addition processing of the same color signal.

【図8】単一センサーで色分離しない場合の実施例のタ
イミングチャートである。
FIG. 8 is a timing chart of an embodiment when color separation is not performed by a single sensor.

【図9】垂直方向の画素信号の加算をする読出し回路構
成図である。
FIG. 9 is a configuration diagram of a readout circuit that adds pixel signals in the vertical direction.

【図10】本発明によるシステム概略図である。FIG. 10 is a schematic diagram of a system according to the present invention.

【図11】本発明の単位セルのレイアウトを示す図であ
る。
FIG. 11 is a diagram showing a layout of a unit cell of the present invention.

【図12】本発明の単位セルのレイアウトを示す図であ
る。
FIG. 12 is a diagram showing a layout of a unit cell according to the present invention.

【図13】本発明の一構成例のパターンレイアウト図で
ある。
FIG. 13 is a pattern layout diagram of one configuration example of the present invention.

【図14】本発明の一構成例のパターンレイアウト図で
ある。
FIG. 14 is a pattern layout diagram of one configuration example of the present invention.

【図15】本発明の一構成例を表す図である。FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration example of the present invention.

【図16】本発明の一構成例のパターンレイアウト図で
ある。
FIG. 16 is a pattern layout diagram of one configuration example of the present invention.

【図17】本発明の一構成例を表す図である。FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration example of the present invention.

【図18】撮像装置の一例の単位セルのレイアウト図で
ある。
FIG. 18 is a layout diagram of a unit cell of an example of an imaging device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 光電変換部 12 共通アンプ部 15 遮光部 21 光電変換部 22 共通アンプ部 25 遮光部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Photoelectric conversion part 12 Common amplifier part 15 Light shielding part 21 Photoelectric conversion part 22 Common amplifier part 25 Light shielding part

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M118 AA01 AA05 AA10 AB01 BA14 CA03 CA17 CA19 DB01 DB03 DD04 DD09 DD12 FA06 FA42 GC08 GC14 5C024 AA01 CA00 CA02 DA01 FA01 FA11 GA01 GA11 GA31 GA33 GA48 HA17 JA11 5C065 AA01 BB13 CC01 GG21  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4M118 AA01 AA05 AA10 AB01 BA14 CA03 CA17 CA19 DB01 DB03 DD04 DD09 DD12 FA06 FA42 GC08 GC14 5C024 AA01 CA00 CA02 DA01 FA01 FA11 GA01 GA11 GA31 GA33 GA48 HA17 JA11 5C065 AA01 BB13 CC01GG

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の光電変換部と該複数の光電変換部
からの信号が入力される共通アンプとを配置した単位セ
ルが複数列配列された撮像装置において、 前記共通アンプの入力部で、水平方向に配された複数の
光電変換部からの信号を加算する手段と、 垂直方向または斜め方向に配された複数の光電変換部か
らの信号を水平転送手段を用いて加算する手段と、を有
することを特徴とする撮像装置。
1. An imaging apparatus in which unit cells each including a plurality of photoelectric conversion units and a common amplifier to which signals from the plurality of photoelectric conversion units are arranged are arranged in a plurality of columns. Means for adding signals from a plurality of photoelectric conversion units arranged in a horizontal direction, and means for adding signals from a plurality of photoelectric conversion units arranged in a vertical or oblique direction using horizontal transfer means, An imaging device, comprising:
【請求項2】 請求項1に記載の撮像装置において、2
行の光電変換部からの信号をインタレース走査により読
み出すことを特徴とする撮像装置。
2. The imaging device according to claim 1, wherein
An imaging device, wherein a signal from a photoelectric conversion unit in a row is read out by interlaced scanning.
【請求項3】 複数の光電変換部と該複数の光電変換部
からの信号が入力される共通アンプとを配置した単位セ
ルが複数列配列された撮像装置において、 前記複数の光電変換部から複数の色信号が出力され、該
複数の色信号のうち同色の信号を水平転送手段で加算す
ることを特徴とする撮像装置。
3. An imaging device in which a plurality of unit cells each including a plurality of photoelectric conversion units and a common amplifier to which signals from the plurality of photoelectric conversion units are arranged are arranged in a plurality of columns. An image pickup apparatus characterized in that the color signals are output, and signals of the same color among the plurality of color signals are added by a horizontal transfer unit.
【請求項4】 請求項3に記載の撮像装置において、2
行の光電変換部からの信号をインタレース走査により読
み出すことを特徴とする撮像装置。
4. The imaging device according to claim 3, wherein
An imaging device, wherein a signal from a photoelectric conversion unit in a row is read out by interlaced scanning.
【請求項5】 請求項3に記載の撮像装置において、前
記光電変換部を含む画素に色フィルタを配置したことを
特徴とする撮像装置。
5. The imaging device according to claim 3, wherein a color filter is arranged in a pixel including the photoelectric conversion unit.
【請求項6】 請求項1〜5のいずれかの請求項に記載
の撮像装置において、前記共通アンプは前記単位セル中
の複数の光電変換部からの信号を増幅する増幅手段と前
記単位セル中をリセットするリセット手段を有すること
を特徴とする撮像装置。
6. The imaging device according to claim 1, wherein the common amplifier is configured to amplify a signal from a plurality of photoelectric conversion units in the unit cell, and to amplify the signal from the plurality of photoelectric conversion units in the unit cell. An image pickup apparatus comprising reset means for resetting an image.
【請求項7】 請求項1〜6のいずれかの請求項に記載
の撮像装置において、 前記単位セル内の共通アンプからの画像信号を蓄積する
画像信号蓄積手段と、 前記共通アンプの特性のバラツキを補正するための前記
共通アンプの特性のバラツキ信号を蓄積するバラツキ信
号蓄積手段と、 前記画像信号蓄積手段からの信号から前記バラツキ信号
蓄積手段からの信号を差分する差分手段と、 を有することを特徴とする撮像装置。
7. The image pickup device according to claim 1, wherein an image signal accumulating unit that accumulates an image signal from a common amplifier in the unit cell, and a variation in characteristics of the common amplifier. A variation signal accumulating unit that accumulates a variation signal of the characteristic of the common amplifier for correcting the difference, and a difference unit that differentiates a signal from the variation signal accumulation unit from a signal from the image signal accumulation unit. Characteristic imaging device.
【請求項8】 請求項1〜6のいずれかの請求項に記載
の撮像装置において、 前記単位セル中の前記共通アンプからの第1の信号を蓄
積する第1の蓄積手段と、 前記共通アンプからの第2の信号を蓄積する第2の蓄積
手段と、 前記第1の蓄積手段からの信号から前記第2の蓄積手段
からの信号を差分する差分手段と、 を有することを特徴とする撮像装置。
8. The imaging device according to claim 1, wherein: a first storage unit that stores a first signal from the common amplifier in the unit cell; and the common amplifier. A second storage means for storing a second signal from the first storage means; and a difference means for differentiating a signal from the second storage means from a signal from the first storage means. apparatus.
【請求項9】 請求項8に記載の撮像装置において、前
記第1の信号は画像信号であり、前記第2の信号はノイ
ズ信号であることを特徴とする撮像装置。
9. The imaging device according to claim 8, wherein the first signal is an image signal, and the second signal is a noise signal.
【請求項10】 請求項1〜9のいずれかの請求項に記
載の撮像装置において、少なくとも前記光電変換部間の
ピッチを少なくとも垂直方向又は水平方向の一方向で等
ピッチに調整するための調整手段を設けたことを特徴と
する撮像装置。
10. The imaging device according to claim 1, wherein at least a pitch between the photoelectric conversion units is adjusted to be equal in at least one direction in a vertical direction or a horizontal direction. An imaging device comprising means.
【請求項11】 請求項10に記載の撮像装置におい
て、前記調整手段は遮光膜であることを特徴とする撮像
装置。
11. An imaging apparatus according to claim 10, wherein said adjusting means is a light shielding film.
【請求項12】 請求項1〜11のいずれかの請求項に
記載の撮像装置において、前記共通アンプは単位セルの
中心部に配置したことを特徴とする撮像装置。
12. The imaging device according to claim 1, wherein the common amplifier is arranged at a center of a unit cell.
【請求項13】 請求項11に記載の撮像装置におい
て、前記遮光膜は隣り合う単位セル間に配置したことを
特徴とする撮像装置。
13. The imaging device according to claim 11, wherein the light shielding film is arranged between adjacent unit cells.
【請求項14】 請求項13に記載の撮像装置におい
て、前記遮光膜は少なくとも前記単位セルの水平方向又
は垂直方向の中心線に対して線対称となる位置に配置し
たことを特徴とする撮像装置。
14. The imaging device according to claim 13, wherein the light-shielding film is arranged at least at a position which is line-symmetric with respect to a horizontal or vertical center line of the unit cell. .
【請求項15】 請求項1〜14のいずれかの請求項に
記載の撮像装置と、前記撮像装置へ光を結像するレンズ
と、前記撮像装置からの出力信号を処理する信号処理回
路とを有することを特徴とする撮像システム。
15. The imaging device according to claim 1, a lens that forms an image on the imaging device, and a signal processing circuit that processes an output signal from the imaging device. An imaging system comprising:
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