JP2000106653A - Solid-state image pickup device - Google Patents
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N3/00—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages
- H04N3/10—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages by means not exclusively optical-mechanical
- H04N3/14—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages by means not exclusively optical-mechanical by means of electrically scanned solid-state devices
- H04N3/15—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages by means not exclusively optical-mechanical by means of electrically scanned solid-state devices for picture signal generation
- H04N3/155—Control of the image-sensor operation, e.g. image processing within the image-sensor
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置、特
に、インターレース動作が可能なCMOS型固体撮像装
置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a CMOS solid-state imaging device capable of interlaced operation.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年固体撮像装置としてCMOS型(増
幅型ともAPS(Active Pixel Sens
or)型とも呼ばれている)の固体撮像装置(以下、C
MOSイメージセンサと呼ぶ)がモバイル機器向けの低
消費電力固体撮像装置として、開発製品化が加速してい
る。現在のCMOSイメージセンサは行の信号を順序良
く読み出すプログレッシブ走査が一般的である。2. Description of the Related Art In recent years, as a solid-state imaging device, an APS (Active Pixel Sens) has been used for both a CMOS type and an amplification type.
or) type solid-state imaging device (hereinafter referred to as C
MOS image sensors) are being developed and commercialized as low power consumption solid-state imaging devices for mobile devices. Current CMOS image sensors generally use progressive scanning for reading out the signals of a row in order.
【0003】図10は、従来のCMOSイメージセンサ
の内部構成の概略を示す図である。単位セル1には、フ
ォトダイオード及びこのフォトダイオードの検出信号を
増幅する増幅トランジスタがある。ここで、イメージ領
域2には図の簡略化のため単位セルを1個しか記載して
いないが、実際には、この単位セル1が行列2次元状に
配列されている。垂直レジスタ(Vレジスタ)5によっ
て、検出信号を読み出す行が決められ、対応する行の単
位セルで検出された検出信号が第1 の垂直信号線8を通
って、1Hメモリ100に行単位で蓄積される。1Hメ
モリ100に行単位で蓄積された検出信号は、水平レジ
スタ(Hレジスタ)11による水平選択トランジスタ1
4のオン・オフによって、水平信号線10を通り、出力
アンプ12で増幅して出力される。Vレジスタ5及びH
レジスタ11などを駆動するのが、タイミングジェネレ
ータ(TG)3である。FIG. 10 is a diagram schematically showing the internal configuration of a conventional CMOS image sensor. The unit cell 1 includes a photodiode and an amplification transistor that amplifies a detection signal of the photodiode. Here, only one unit cell is described in the image area 2 for simplification of the drawing, but in reality, the unit cells 1 are arranged in a two-dimensional matrix. The row from which the detection signal is read is determined by the vertical register (V register) 5, and the detection signal detected in the unit cell of the corresponding row is stored in the 1H memory 100 in the 1H memory 100 through the first vertical signal line 8. Is done. The detection signal stored in the 1H memory 100 on a row-by-row basis is output from the horizontal selection transistor 1
By turning on / off 4, the signal passes through the horizontal signal line 10, is amplified by the output amplifier 12, and is output. V register 5 and H
The timing generator (TG) 3 drives the register 11 and the like.
【0004】しかし、パソコンや携帯機器には最適なプ
ログレッシブ走査であるが、NTSC方式やPAL方式
のような現行テレビ方式に対応させるためには、Aフィ
ールドとBフィールドで加算する上下の行が異なるイン
ターレース方式にしなければならない。[0004] However, although progressive scanning is optimal for personal computers and portable devices, upper and lower rows to be added are different in the A field and the B field in order to support the current television system such as the NTSC system or the PAL system. Must be interlaced.
【0005】しかし、CMOSイメージセンサではセン
サ内部で雑音を発生させない加算を行うことが難しく、
インターレース走査を行うことが難しかった。これを解
決する為に、たとえばNHKの安藤等はイメージ領域の
上下の加算手段を作り、イメージ領域で加算することを
提案している(参考文献:安藤他“1/4インチ25万
画素増幅型固体撮像素子AMI”、テレビジョン学会
誌、Vol.49,No.2 、pp.188-195,1995 )。しかし、単位
画素の面積の小さな部分で上下画素信号の加算をフォト
ダイオードで行う必要があるため、単位画素を微細化す
ることが難しく、上下の画素のフォトダイオード電位が
行ごとに異なるため、暗電流や固定パターン雑音が行ご
とに異なるという問題があった。[0005] However, it is difficult for a CMOS image sensor to perform addition without generating noise inside the sensor.
It was difficult to perform interlaced scanning. In order to solve this problem, for example, Ando of NHK proposes to create an addition means above and below the image area and add the image area (see Reference: Ando et al., "1/4 inch 250,000 pixel amplification type"). Solid State Imaging Device AMI ", Journal of the Institute of Television Engineers of Japan, Vol. 49, No. 2, pp. 188-195, 1995). However, since it is necessary to add the upper and lower pixel signals with a photodiode in a small area of the unit pixel, it is difficult to miniaturize the unit pixel, and since the photodiode potentials of the upper and lower pixels are different for each row, the darkness is low. There was a problem that the current and the fixed pattern noise differed from row to row.
【0006】またCMOSイメージセンサのチップの出
力はプログレッシブ方式にて読み出し、外部のシステム
の加算にてインターレース方式に変換する方式もある
が、余分な回路が付加されシステムのコストを上げるこ
とにつながってしまう。There is also a system in which the output of a chip of a CMOS image sensor is read out in a progressive system and converted into an interlace system by addition of an external system. However, an extra circuit is added to increase the system cost. I will.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の問題
点を考慮して、センサ内部でインターレース動作を行え
るCMOSイメージセンサを提供する。また、ランダム
雑音や固定パターン雑音の低減が行え、単位セルの微細
化の場合にも対応できるように、各列毎に、インターレ
ース動作を行わせる機能を盛り込むことである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in consideration of the above problems, and provides a CMOS image sensor capable of performing an interlace operation inside the sensor. In addition, a function of performing an interlace operation for each column is provided so that random noise and fixed pattern noise can be reduced and a unit cell can be miniaturized.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】第1の発明は、光電変換
部と前記光電変換部の出力を増幅して増幅信号を出力す
る増幅部とを含み、半導体基板上に行方向及び列方向に
二次元的に配置された複数の単位セルと、列方向に前記
増幅信号を伝達する複数の垂直信号線と、二次元的に配
列された前記単位セルを行方向および列方向にそれぞれ
走査する垂直レジスタ及び水平レジスタと、各列毎に前
記垂直信号線を通って伝達された、少なくとも二つの前
記増幅信号を独立に蓄積する蓄積部と、前記少なくとも
二つの増幅信号を加算する加算部を備えることを特徴と
する固体撮像装置である。A first invention includes a photoelectric conversion unit and an amplification unit that amplifies an output of the photoelectric conversion unit and outputs an amplified signal. A plurality of unit cells arranged two-dimensionally, a plurality of vertical signal lines transmitting the amplified signal in a column direction, and a vertical line scanning the unit cells arranged two-dimensionally in a row direction and a column direction, respectively. A register, a horizontal register, a storage unit for independently storing at least two amplified signals transmitted through the vertical signal line for each column, and an adding unit for adding the at least two amplified signals. Is a solid-state imaging device.
【0009】第2の発明は、光電変換部と前記光電変換
部の出力を増幅して増幅信号を出力する増幅部とを含
み、半導体基板上に行方向及び列方向に二次元的に配置
された複数の単位セルと、列方向に前記増幅信号を伝達
する複数の第1の垂直信号線と、二次元的に配列された
前記単位セルを行方向および列方向にそれぞれ走査する
垂直レジスタ及び水平レジスタと、前記第1の垂直信号
線と電気的に分離され、各々の前記第1の垂直信号線に
対し少なくとも一本以上設けられた第2の垂直信号線
と、各列毎にこの第2の垂直信号線を通って伝達され
た、前記検出信号を蓄積するトランジスタとキャパシタ
からなる少なくとも二つの蓄積部と、これらの蓄積部に
蓄積された前記検出信号を加算する加算部を備えること
を特徴とする固体撮像装置である。A second invention includes a photoelectric conversion unit and an amplification unit that amplifies an output of the photoelectric conversion unit and outputs an amplified signal, and is two-dimensionally arranged on a semiconductor substrate in a row direction and a column direction. A plurality of unit cells, a plurality of first vertical signal lines transmitting the amplified signal in a column direction, a vertical register for scanning the unit cells arranged two-dimensionally in a row direction and a column direction, and a horizontal register. A register, a second vertical signal line electrically separated from the first vertical signal line, at least one second vertical signal line provided for each of the first vertical signal lines, and a second vertical signal line for each column. And at least two storage units, each including a transistor and a capacitor for storing the detection signal transmitted through the vertical signal line, and an addition unit for adding the detection signals stored in these storage units. Solid-state imaging device It is.
【0010】第3の発明は、水平帰線期間内に、前記蓄
積部に蓄積された少なくとも二行分の検出信号を加算す
ることを特徴とする第1乃至第2の発明に記載の固体撮
像装置である。According to a third aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the first or second aspect, at least two rows of detection signals accumulated in the accumulation section are added within a horizontal blanking period. Device.
【0011】本発明によれば、インターレース動作をC
MOSイメージセンサ内部で行える。また、ランダム雑
音や固定パターン雑音の低減が行え、単位セルの微細化
の場合にも対応できるように、各列毎に、インターレー
ス動作が可能である。また、水平帰線期間内に、少なく
とも上下2画素の加算を行うことによって、センサの外
部で加算する場合と比較してシステムコストを低減でき
る。According to the present invention, the interlace operation is performed by C
This can be performed inside the MOS image sensor. In addition, an interlace operation can be performed for each column so that random noise and fixed pattern noise can be reduced, and a case where a unit cell is miniaturized can be handled. In addition, by adding at least the upper and lower two pixels during the horizontal retrace period, the system cost can be reduced as compared with the case where the addition is performed outside the sensor.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施
形態に係るCMOSイメージセンサ(以下、単にセンサ
という)の概略構成を示す図である。センサは、半導体
基板4上に単位セル1からなるイメージ領域2と、セル
を駆動する垂直レジスタ(Vレジスタ)5及び水平レジ
スタ(Hレジスタ)11と、Vレジスタ5及びHレジス
タ11等を駆動するタイミングジェネレータ(TG)3
と、単位セル1の出力となる第1の垂直信号線8と、第
1の垂直信号線8の信号の2行分のラインメモリと2行
分のライン加算機能を有する2Hラインメモリ+2Hラ
イン加算回路6と、各列を選択する水平選択トランジス
タ14と、水平信号線10と、出力アンプ12からな
る。ここで、イメージ領域2には図の簡略化のため単位
セルを1個しか記載していないが、実際には、この単位
セル1が行列2次元状に配列されている。センサは60
Hz(PAL方式では50Hz)のAフィールドとBフ
ィールドに分けて蓄積が行われる。前記2Hラインメモ
リ+2Hライン加算回路6により、Aフィールドでは2
N行と(2N+1)行の加算、Bフィールドでは(2N
−1)行と2N行の加算が行われる。尚、Nは1,2,
3,…の自然数である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a CMOS image sensor (hereinafter, simply referred to as a sensor) according to an embodiment of the present invention. The sensor drives an image area 2 composed of unit cells 1 on a semiconductor substrate 4, a vertical register (V register) 5 and a horizontal register (H register) 11 for driving the cells, a V register 5 and an H register 11, and the like. Timing generator (TG) 3
And a first vertical signal line 8 serving as an output of the unit cell 1, a line memory for two rows of signals of the first vertical signal line 8, and a 2H line memory + 2H line addition having a line addition function for two rows It comprises a circuit 6, a horizontal selection transistor 14 for selecting each column, a horizontal signal line 10, and an output amplifier 12. Here, only one unit cell is described in the image area 2 for simplification of the drawing, but in reality, the unit cells 1 are arranged in a two-dimensional matrix. Sensor is 60
Hz (50 Hz in the case of the PAL system), the A field and the B field are stored separately. By the 2H line memory + 2H line adding circuit 6, 2 in the A field
Addition of N rows and (2N + 1) rows, and (2N
-1) Addition of rows and 2N rows is performed. N is 1, 2,
It is a natural number of 3, ...
【0013】図2は、本実施形態の2Hラインメモリ+
2Hライン加算回路6−aの概略構成を示す図である。
第1の垂直信号線8(8−1,8−2,…)には、サン
プルホールドトランジスタ29(29−1,29−2,
…)とキャパシタC1(C1−1,C1−2,…)を介
して、第2の垂直信号線17(17−1,17−2,
…)が接続されている。ここで、図の簡略化のため第1
の垂直信号線8を2本しか記載していないが、実際に
は、横方向に複数配列されている。第2の垂直信号線1
7には、トランジスタ23(23−1,23−2,…)
とキャパシタC2(C2−1,C2−2,…)の直列接
続が、2組分(キャパシタC2とトランジスタ23、お
よび、キャパシタC3(C3−1,C3−2,…)とト
ランジスタ26(26−1,26−2,…))が接続し
ている。ここでは、2N行の信号電圧はトランジスタ2
3を介してキャパシタC2に蓄積され、(2N+1)行
の信号電圧はトランジスタ26を介してキャパシタC3
に蓄積され、この2N行の信号電圧と(2N+1)行の
信号電圧は、第2の垂直信号線17で加算されることに
特徴がある。FIG. 2 shows a 2H line memory of this embodiment +
FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic configuration of a 2H line addition circuit 6-a.
The first vertical signal line 8 (8-1, 8-2,...) Is connected to the sample and hold transistor 29 (29-1, 29-2,.
..) And the capacitor C1 (C1-1, C1-2,...) And the second vertical signal line 17 (17-1, 17-2,.
…) Is connected. Here, for simplification of the drawing, the first
Although only two vertical signal lines 8 are described, a plurality of vertical signal lines 8 are actually arranged in the horizontal direction. Second vertical signal line 1
7 includes a transistor 23 (23-1, 23-2,...)
, And the capacitor C2 (C2-1, C2-2,...) Are connected in series for two sets (the capacitor C2 and the transistor 23, and the capacitor C3 (C3-1, C3-2,...) And the transistor 26 (26- 1, 26-2,...) Are connected. Here, the signal voltage of the 2N row is the transistor 2
3, and the signal voltage of the (2N + 1) -th row is stored in the capacitor C3 through the transistor 26.
The signal voltage of the 2N-th row and the signal voltage of the (2N + 1) -th row are added by the second vertical signal line 17.
【0014】サンプルホールドトランジスタ29は、S
/H線18のオン電圧に対応して、第2の垂直信号線1
7に信号電圧を伝える。クランプトランジスタ25(2
5−1,25−2,…)は、クランプ線20のオン電圧
に対応して、第2の垂直信号線17(17−1,17−
2,…)の電圧をクランプする為に配置されている。第
2の垂直信号線17の信号電圧は、水平選択トランジス
タ14(14−1,14−2,…)を介して、水平信号
線10に読み出される。The sample and hold transistor 29 has an S
/ H line 18, the second vertical signal line 1
7 to the signal voltage. Clamp transistor 25 (2
5-1, 25-2,..., Correspond to the ON voltage of the clamp line 20 and correspond to the second vertical signal lines 17 (17-1, 17-2).
2,...) Are arranged to clamp the voltages. The signal voltage of the second vertical signal line 17 is read out to the horizontal signal line 10 via the horizontal selection transistor 14 (14-1, 14-2,...).
【0015】尚、クランプトランジスタ25は、本発明
のインターレース動作には必ずしも必要でない。したが
って、各列毎に、トランジスタが3つ(23,26,2
9)、キャパシタが3つ(C1,C2,C3)あれば、
本発明は成り立ち、少ない部品数で、インターレース動
作が行え、システムコストを低減でき、さらに、第1の
垂直信号線8の間隔にも影響を与えずにすむ。Note that the clamp transistor 25 is not always necessary for the interlace operation of the present invention. Therefore, three transistors (23, 26, 2) are provided for each column.
9) If there are three capacitors (C1, C2, C3),
According to the present invention, the interlace operation can be performed with a small number of parts, the system cost can be reduced, and the interval between the first vertical signal lines 8 is not affected.
【0016】また、2Hラインメモリ+2Hライン加算
回路6−aの詳細については、後述する駆動タイミング
チャートで説明する。図3は、本実施形態の単位セル1
−aの概略構成を示す図である。単位セル1に必要なも
のは、光を受けて電気信号に変換する光電変換手段とこ
の電気信号を増幅する増幅手段のみが少なくとも含まれ
ていればよい。図3は、光電変換手段のフォトダイオー
ド37と、フォトダイオード37の信号電圧を検出する
検出ノード35と、検出ノード35によって検出された
信号電圧を増幅する増幅トランジスタ30と、各行を選
択する為の選択トランジスタ32と、フォトダイオード
37の信号を読み出す為の読み出しトランジスタ36か
らなる。The details of the 2H line memory + 2H line addition circuit 6-a will be described later with reference to a driving timing chart. FIG. 3 shows a unit cell 1 of the present embodiment.
It is a figure which shows schematic structure of -a. What is necessary for the unit cell 1 only needs to include at least the photoelectric conversion unit that receives light and converts it into an electric signal and the amplifying unit that amplifies the electric signal. FIG. 3 shows a photodiode 37 as a photoelectric conversion unit, a detection node 35 for detecting a signal voltage of the photodiode 37, an amplifying transistor 30 for amplifying the signal voltage detected by the detection node 35, and a circuit for selecting each row. It comprises a selection transistor 32 and a read transistor 36 for reading a signal from the photodiode 37.
【0017】単位セルの等価回路1−aの動作を簡単に
説明する。まず、図1のVレジスタ5で信号電圧を読み
出す行を決めると、この行に対応したアドレス線40に
接続されている選択トランジスタ32を“ON”にし、
前記行が活性化される。次に、フォトダイオード37の
信号を読み出す前に、リセット線39に接続されたリセ
ットトランジスタ34を“ON”にし検出ノードを電源
電圧33にリセットする。その後、リード線38に接続
された読み出しトランジスタ36を“ON”にし、信号
電圧を検出ノード35に読み出す。従って、垂直信号線
8には、リセット信号が最初に出力され、次に信号電圧
が出力される。The operation of the equivalent circuit 1-a of the unit cell will be briefly described. First, when the row from which the signal voltage is read out is determined by the V register 5 in FIG. 1, the selection transistor 32 connected to the address line 40 corresponding to this row is turned “ON”,
The row is activated. Next, before the signal of the photodiode 37 is read, the reset transistor 34 connected to the reset line 39 is turned “ON” to reset the detection node to the power supply voltage 33. After that, the read transistor 36 connected to the lead wire 38 is turned “ON”, and the signal voltage is read to the detection node 35. Therefore, the reset signal is output to the vertical signal line 8 first, and then the signal voltage is output.
【0018】図4は本実施形態の変形例1であって、単
位セル1−aの変形例である単位セル1−bの概略構成
を示す図である。この回路図では、図3の読み出しトラ
ンジスタ36がない点で、図3と異なる。この場合、垂
直信号線8には信号電圧が最初に出力され、次にリセッ
ト信号が出力される。この変形例では、図3の読み出し
トランジスタ36を必要としないので、単位セル1を小
さくすることができる。FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a unit cell 1-b which is a first modification of the present embodiment and is a modification of the unit cell 1-a. This circuit diagram differs from FIG. 3 in that the read transistor 36 of FIG. 3 is not provided. In this case, a signal voltage is first output to the vertical signal line 8, and then a reset signal is output. In this modification, since the read transistor 36 of FIG. 3 is not required, the unit cell 1 can be made smaller.
【0019】図5は本実施形態の駆動タイミングチャー
トの概略を示す図である。ここでは、図2に記載の2H
ラインメモリ+2Hライン加算回路6−aと図3に記載
の単位セルの等価回路1−aの場合の駆動タイミングチ
ャートに基いて、図2の詳細について説明する。水平帰
線期間200内に、2N行目の信号電圧の蓄積すなわ
ち、キャパシタC2への信号電圧の蓄積と、(2N+
1)行目の信号電圧の蓄積すなわち、キャパシタC3へ
の信号電圧の蓄積と、さらに第2の垂直信号線17内で
キャパシタC2とキャパシタC3に蓄積された信号電圧
の加算が行われる。FIG. 5 is a diagram schematically showing a drive timing chart of the present embodiment. Here, 2H shown in FIG.
FIG. 2 will be described in detail based on a drive timing chart in the case of the line memory + 2H line addition circuit 6-a and the unit cell equivalent circuit 1-a shown in FIG. During the horizontal flyback period 200, the accumulation of the signal voltage in the 2Nth row, that is, the accumulation of the signal voltage in the capacitor C2, and (2N +
1) The accumulation of the signal voltage in the row, that is, the accumulation of the signal voltage in the capacitor C3, and the addition of the signal voltages accumulated in the capacitors C2 and C3 in the second vertical signal line 17 are performed.
【0020】この場合、2N行目のアドレス線40−2
Nが選択されると、2N行目が活性化される。この時、
H1線19に接続されたトランジスタ23のみが“O
N”状態なので、第2の垂直信号線17はクランプ電圧
にリセットされる。その後、読み出しトランジスタ36
を“ON”し、第1の垂直信号線8に出力された信号電
圧をキャパシタC2に蓄積する。同様にして、H2線2
2に接続されたトランジスタ26のみが“ON”状態に
なり、(2N+1)行目の信号をキャパシタC3に蓄積
する。最後にトランジスタ23および26を同時に“O
N”することによって、上下2行分の信号を第2の垂直
信号線17(17−1、17−2、…)で加算する。こ
の場合は、第2の垂直信号線17を1本使って信号の加
算が行われる。この加算方式は、Aフィールドでは2N
行と(2N+1)行の加算が、Bフィールドでは(2N
−1)行と2N行の加算が行われる。In this case, the address line 40-2 of the 2Nth row
When N is selected, the 2Nth row is activated. At this time,
Only the transistor 23 connected to the H1 line 19 has "O
Since the state is “N”, the second vertical signal line 17 is reset to the clamp voltage.
Is turned ON, and the signal voltage output to the first vertical signal line 8 is stored in the capacitor C2. Similarly, H2 line 2
Only the transistor 26 connected to No. 2 is turned on, and the signal of the (2N + 1) th row is stored in the capacitor C3. Finally, transistors 23 and 26 are simultaneously set to "O"
N ", the signals of the upper and lower two rows are added by the second vertical signal lines 17 (17-1, 17-2, ...). In this case, one second vertical signal line 17 is used. This addition is performed by 2N in the A field.
Addition of (2N + 1) rows and (2N + 1) rows is performed by adding (2N
-1) Addition of rows and 2N rows is performed.
【0021】図6は本実施形態の変形例1の駆動タイミ
ングチャートの概略を示す図である。図6は図2に記載
の2Hラインメモリ+2Hライン加算回路6−aと図4
に記載の単位セルの等価回路1−bの組み合わせの場合
である。水平帰線期間200内に、2N行目のアドレス
線を選択し、この時に第2の垂直信号線17をクランプ
する。その後、単位セル1−bのリセットトランジスタ
34を“ON”することによって、(Vsig−Vre
set)の信号をキャパシタC2に書き込む。最初に書
き込むキャパシタはC2でもC3でもどちらでもよい。
後の動作は、第5図の場合と同様に行い、第2の垂直信
号線17を1本使って信号の加算が行われる。FIG. 6 is a diagram schematically showing a drive timing chart of a first modification of the present embodiment. FIG. 6 shows the 2H line memory + 2H line addition circuit 6-a shown in FIG.
In the case of the combination of the equivalent circuits 1-b of the unit cells described in FIG. During the horizontal flyback period 200, the 2Nth address line is selected, and at this time, the second vertical signal line 17 is clamped. Then, by turning on the reset transistor 34 of the unit cell 1-b, (Vsig-Vre
set) is written to the capacitor C2. The capacitor to be written first may be C2 or C3.
Subsequent operations are performed in the same manner as in FIG. 5, and signal addition is performed using one second vertical signal line 17.
【0022】尚、キャパシタC2とC3の大きさである
が、同じ大きさに設定すれば、2N行と(2N+1)行
の信号の重み付けは同じになるが、キャパシタの大きさ
を変更すれば重みを付けた加算が行えることになり、エ
ッジを強調したり、解像度を向上させることのできる、
センサを提供できる。このような機能は、本発明の請求
項の範囲を逸脱しない範囲で、広く行うことができる。The capacitors C2 and C3 have the same size. If they are set to the same size, the weights of the 2N-row and (2N + 1) -row signals are the same. Can be added, emphasizing edges and improving resolution,
A sensor can be provided. Such a function can be widely performed without departing from the scope of the claims of the present invention.
【0023】図7は、本実施形態の変形例2であって、
加算回路6−aの変形例である3Hラインメモリ+3H
ライン加算回路6−bの概略構成を示す。本変形例では
3ラインの加算を行うので、3ライン目の検出信号を蓄
積するためのキャパシタC4(C4−1,C4−2,
…)、トランジスタ43(43−1,43−2,…)及
びH3信号線41が必要である。本実施形態の場合、加
算する行の数が3つと増えただけで、動作は第5図、第
6図の場合と同様なので説明を省略するが、上述した重
みを付けた加算を行えば、インターレース動作ととも
に、エッジ強調や、光のランダム雑音の改善に効果があ
る。さらに、この回路構成は別の用途にも応用できる。
例えば、2N行の信号をC2,C3に蓄積し、(2N+
1)行の信号をC4に蓄積することによって、2ライン
のエッジ強調が行える。また、2N行の信号をC2,C
3,C4に蓄積することで、信号を3倍にできる。FIG. 7 shows a second modification of the present embodiment,
3H line memory + 3H which is a modification of the addition circuit 6-a
3 shows a schematic configuration of a line addition circuit 6-b. In this modification, addition of three lines is performed, and therefore, the capacitors C4 (C4-1, C4-2, C4-2, C3-2) for storing the detection signal of the third line.
..), The transistor 43 (43-1, 43-2,...) And the H3 signal line 41 are required. In the case of the present embodiment, the operation is the same as in FIGS. 5 and 6 and the description is omitted, except that the number of rows to be added is increased to three. However, if the above-mentioned weighted addition is performed, Together with the interlacing operation, it is effective for edge enhancement and improvement of light random noise. Further, this circuit configuration can be applied to other uses.
For example, signals of 2N rows are stored in C2 and C3, and (2N +
1) By accumulating the row signals in C4, two-line edge enhancement can be performed. Also, the signals of 2N rows are represented by C2, C
3, the signal can be tripled by storing it in C4.
【0024】図8は本実施形態の変形例3であって、加
算回路6−aの変形例である2Hラインメモリ+2Hラ
イン加算回路6−cの概略構成を示す図である。この例
では、一本の第1の垂直信号線8(図8の8−1)に対
して第2の垂直信号線が2本必要である。つまり、2N
行目の信号はキャパシタ51(51−1,51−2,
…)に蓄積し、(2N+1)行目の信号はキャパシタ5
7(57−1,57−2,…)に蓄積し、水平選択トラ
ンジスタ14、54(54−1,54−2,…)、59
(59−1,59−2,…)を同時に“ON”すること
により、2N行目の信号と(2N+1)行目の信号を加
算することができる。動作は第5図と第6図の場合と同
様であるので、詳細は省略するが、水平帰線期間200
の間にこれらの動作を行うようにする。FIG. 8 shows a schematic configuration of a 2H line memory + 2H line addition circuit 6-c which is a modification 3 of the present embodiment and is a modification of the addition circuit 6-a. In this example, two second vertical signal lines are required for one first vertical signal line 8 (8-1 in FIG. 8). That is, 2N
The signal in the row is a capacitor 51 (51-1, 51-2,
..), And the signal in the (2N + 1) -th row is
7 (57-1, 57-2,...) And the horizontal selection transistors 14, 54 (54-1, 54-2,...), 59
By turning on (59-1, 59-2,...) At the same time, the signal in the 2Nth row and the signal in the (2N + 1) th row can be added. The operation is the same as in the case of FIGS. 5 and 6, and the details are omitted.
Between these operations.
【0025】図9は本実施形態の変形例4であって、加
算回路6−aの変形例である2Hラインメモリ+2Hラ
イン加算回路6−dの概略構成を示す図である。この例
では第2の垂直信号線17に2つのキャパシタC2およ
びC3がそれぞれトランジスタ23および26を介して
接続されている。動作は第5図と第6図の場合と同様で
あるので、詳細は省略するが、水平帰線期間200の間
にこれらの動作を行うようにする。第9図では以下に説
明するように雑音除去回路も加えているため回路構成が
異なっているが、インターレース動作を同様に行うこと
ができる。スライストランジスタ70(70−1,70
−2,…)のゲートには第1の垂直信号線8が接続さ
れ、ソースにはスライス容量73(73−1,73−
2,…)、スライスリセットトランジスタ71(71−
1,71−2,…)が接続されている。各雑音除去回路
の部品70、71、73は、スライスリセットトランジ
スタ駆動ライン72、スライスリセットトランジスタソ
ースライン74、スライス容量駆動ライン75により駆
動される。FIG. 9 shows a schematic configuration of a 2H line memory + 2H line addition circuit 6-d which is a modification 4 of the present embodiment and is a modification of the addition circuit 6-a. In this example, two capacitors C2 and C3 are connected to the second vertical signal line 17 via transistors 23 and 26, respectively. The operations are the same as those in FIGS. 5 and 6, and the details are omitted, but these operations are performed during the horizontal blanking period 200. In FIG. 9, the circuit configuration is different because a noise elimination circuit is also added as described below, but the interlace operation can be performed similarly. The slice transistor 70 (70-1, 70
The first vertical signal line 8 is connected to the gate of (−2,...), And the slice capacitance 73 (73-1, 73−) is connected to the source.
2), the slice reset transistor 71 (71−
, 71-2,...) Are connected. The components 70, 71, and 73 of each noise removal circuit are driven by a slice reset transistor drive line 72, a slice reset transistor source line 74, and a slice capacitance drive line 75.
【0026】[0026]
【発明の効果】本発明を採用することによって、ランダ
ム雑音や固定パターン雑音の発生が少なく、さらに単位
セルを微細化したまま、CMOSイメージセンサのイン
ターレース動作をチップ内部で行わせることができる。According to the present invention, the interlacing operation of the CMOS image sensor can be performed inside the chip while minimizing the generation of random noise and fixed pattern noise and miniaturizing the unit cell.
【図1】 本実施形態に係るCMOSイメージセンサの
概略構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a CMOS image sensor according to an embodiment.
【図2】 本実施形態に係る2Hラインメモリ+2Hラ
イン加算回路6−aの概略構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of a 2H line memory + 2H line addition circuit 6-a according to the embodiment;
【図3】 本実施形態の単位セル1−aの概略構成を示
す図である。FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a unit cell 1-a of the present embodiment.
【図4】 本実施形態の変形例1であって、単位セル1
−aの変形例である単位セル1−bの概略構成を示す図
である。FIG. 4 is a first modification of the present embodiment, and is a unit cell 1
It is a figure which shows the schematic structure of unit cell 1-b which is a modification of -a.
【図5】 本実施形態の駆動タイミングチャートの概略
を示す図である。FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a drive timing chart of the present embodiment.
【図6】 本実施形態の変形例1の駆動タイミングチャ
ートの概略を示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a drive timing chart of a first modification of the present embodiment.
【図7】 本実施形態の変形例2であって、加算回路6
−aの変形例である3Hラインメモリ+3Hライン加算
回路6−bの概略構成を示す。FIG. 7 is a second modification of the present embodiment, in which an adding circuit 6 is used.
The schematic configuration of a 3H line memory + 3H line addition circuit 6-b, which is a modification example of -a, is shown.
【図8】 本実施形態の変形例3であって、加算回路6
−aの変形例である2Hラインメモリ+2Hライン加算
回路6−cの概略構成を示す図である。FIG. 8 is a modification example 3 of the embodiment, in which an adding circuit 6 is used.
It is a figure which shows the schematic structure of 2H line memory + 2H line addition circuit 6-c which is a modification of -a.
【図9】 本実施形態の変形例4であって、加算回路6
−aの変形例である2Hラインメモリ+2Hライン加算
回路6−dの概略構成を示す図である。FIG. 9 is a modification example 4 of the embodiment, in which an addition circuit 6 is used.
It is a figure which shows the schematic structure of 2H line memory + 2H line addition circuit 6-d which is a modification of -a.
【図10】 従来のCMOSイメージセンサの内部構成
の概略を示す図である。FIG. 10 is a diagram schematically showing an internal configuration of a conventional CMOS image sensor.
1 単位セル 2 イメージ領域 3 TG 4 半導体基板 5 Vレジスタ 6 2Hラインメモリ+2Hライン加算回路 8 第1の垂直信号線 10 水平信号線 11 Hレジスタ 12 出力アンプ 14、54、59 水平選択トランジスタ 17 第2の垂直信号線 18 S/H線 19 H1線 20 クランプ線 21 バイアス電圧線 22 H2線 23、26、43 トランジスタ 25 クランプトランジスタ 29 サンプルホールドトランジスタ 32 選択トランジスタ 33 電源電圧 34 リセットトランジスタ 35 検出ノード 36 読み出しトランジスタ 37 フォトダイオード 38 リード線 39 リセット線 40 アドレス線 43 H3信号線 70 スライストランジスタ 71 スライスリセットトランジスタ 72 スライスリセットトランジスタ駆動ライン 73 スライス容量 74 スライスリセットトランジスタソースライン 75 スライス容量駆動ライン 100 1Hメモリ 200 水平帰線期間 C1、C2、C3、C4,50、51、57 キャパ
シタREFERENCE SIGNS LIST 1 unit cell 2 image area 3 TG 4 semiconductor substrate 5 V register 6 2H line memory + 2H line adder circuit 8 first vertical signal line 10 horizontal signal line 11 H register 12 output amplifier 14, 54, 59 horizontal selection transistor 17 second Vertical signal line 18 S / H line 19 H1 line 20 clamp line 21 bias voltage line 22 H2 line 23, 26, 43 transistor 25 clamp transistor 29 sample hold transistor 32 selection transistor 33 power supply voltage 34 reset transistor 35 detection node 36 read transistor 37 Photodiode 38 Lead wire 39 Reset line 40 Address line 43 H3 signal line 70 Slice transistor 71 Slice reset transistor 72 Slice reset transistor drive line 3 slices capacitance 74 slices reset transistor source line 75 slices capacitor driving line 100 IH memories 200 horizontal blanking period C1, C2, C3, C4,50,51,57 capacitor
Claims (3)
幅して増幅信号を出力する増幅部とを含み、半導体基板
上に行方向及び列方向に二次元的に配置された複数の単
位セルと、 列方向に前記増幅信号を伝達する複数の垂直信号線と、 二次元的に配列された前記単位セルを行方向および列方
向にそれぞれ走査する垂直レジスタ及び水平レジスタ
と、 各列毎に前記垂直信号線を通って伝達された、少なくと
も二つの前記増幅信号を独立に蓄積する蓄積部と、 前記少なくとも二つの増幅信号を加算する加算部を備え
ることを特徴とする固体撮像装置。A plurality of units including a photoelectric conversion unit and an amplification unit that amplifies an output of the photoelectric conversion unit and outputs an amplified signal, the unit being two-dimensionally arranged in a row direction and a column direction on a semiconductor substrate. A plurality of vertical signal lines for transmitting the amplified signal in a column direction; a vertical register and a horizontal register for scanning the unit cells arranged two-dimensionally in a row direction and a column direction; A solid-state imaging device comprising: a storage unit that independently stores at least two amplified signals transmitted through the vertical signal line; and an adding unit that adds the at least two amplified signals.
幅して増幅信号を出力する増幅部とを含み、半導体基板
上に行方向及び列方向に二次元的に配置された複数の単
位セルと、 列方向に前記増幅信号を伝達する複数の第1 の垂直信号
線と、 二次元的に配列された前記単位セルを行方向および列方
向にそれぞれ走査する垂直レジスタ及び水平レジスタ
と、 前記第1の垂直信号線と電気的に分離され、各々の前記
第1 の垂直信号線に対し少なくとも一本以上設けられた
第2の垂直信号線と、 各列毎にこの第2の垂直信号線を通って伝達された、前
記検出信号を蓄積するトランジスタとキャパシタからな
る少なくとも二つの蓄積部と、 これらの蓄積部に蓄積された前記検出信号を加算する加
算部を備えることを特徴とする固体撮像装置。2. A plurality of units each including a photoelectric conversion unit and an amplification unit that amplifies an output of the photoelectric conversion unit and outputs an amplified signal, and is two-dimensionally arranged on a semiconductor substrate in a row direction and a column direction. A plurality of first vertical signal lines for transmitting the amplified signal in a column direction; a vertical register and a horizontal register for scanning the two-dimensionally arranged unit cells in a row direction and a column direction, respectively; A second vertical signal line electrically separated from the first vertical signal line and provided at least one or more for each of the first vertical signal lines; and a second vertical signal line for each column. A solid-state imaging device, comprising: at least two storage units, each including a transistor and a capacitor that store the detection signal transmitted through the storage unit, and an addition unit that adds the detection signals stored in the storage units. apparatus.
れた少なくとも二行分の検出信号を加算することを特徴
とする請求項1乃至2記載の固体撮像装置。3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein at least two rows of detection signals stored in the storage unit are added during a horizontal blanking period.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10274535A JP2000106653A (en) | 1998-09-29 | 1998-09-29 | Solid-state image pickup device |
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Publication Number | Publication Date |
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1998
- 1998-09-29 JP JP10274535A patent/JP2000106653A/en active Pending
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