JP2001036816A - Automatic calibration of a/d converter in cmos-type image sensor - Google Patents

Automatic calibration of a/d converter in cmos-type image sensor

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JP2001036816A
JP2001036816A JP11177547A JP17754799A JP2001036816A JP 2001036816 A JP2001036816 A JP 2001036816A JP 11177547 A JP11177547 A JP 11177547A JP 17754799 A JP17754799 A JP 17754799A JP 2001036816 A JP2001036816 A JP 2001036816A
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converter
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To minimize the parasitic effect of an A/D converter and a CDS circuit by initializing the counters of respective n-A/D converters by a compensation value to compensate the digital output of the corresponding A/D converters to balance the nonuniformity of elements in a signal processing means. SOLUTION: Each A/D converter 16 is connected so as to receive an analog signal from a corresponding column line 14 through a known correlated double sampling(CDS) circuit 18 to convert each analog signal to a digital signal. The digital signal expresses the gray level of optical luminance detected by a corresponding pixel element. Then, in an initializing period before generation of N-pieces of digital signals, a compensation value where prescribed reference voltage corresponds to each of the N A/D converters 16 is obtained. As the result of it, the counters of the respective N A/D converters are initialized by the compensation value to compensate the digital output of the corresponding A/D converters 16 to balance the nonuniformity of elements in a signal processing means.

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CMOS型イメージ
センサに関し、詳細には、CMOS型イメージセンサ内
のA/D変換器の初期化手続きに関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a CMOS image sensor, and more particularly, to an initialization procedure of an A / D converter in a CMOS image sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】センサに焦点が合った光画像を電気信号
に変換するために、イメージセンサが使用される。通
常、イメージセンサは光検出素子のアレイを含む。この
アレイにおいて、アレイ上に画像の焦点が合った場合
に、各素子が素子で受光された光輝度に対応する信号を
生成する。続いてこれらの信号は、モニタ上に対応する
画像を表示するために使用され得る。
2. Description of the Related Art An image sensor is used to convert a light image focused on a sensor into an electric signal. Typically, an image sensor includes an array of photodetectors. In this array, when an image is focused on the array, each element generates a signal corresponding to the light intensity received by the element. These signals can then be used to display a corresponding image on a monitor.

【0003】代表的な周知のタイプのイメージセンサの
1つが電荷結合素子(CCD)である。CCDイメージ
センサを含む集積回路チップは、特別なプロセスが必要
なために高価である。CCDはまた、要求されるクロッ
ク信号および通常必要とされる高電圧のために、比較的
大きな電力を浪費する。CCDイメージセンサとは対照
的に、CMOSアクティブ画素センサ(APS)は、1
つのセンサチップ上に制御、ドライブおよび信号プロセ
ス回路をモノリシックに集積できるので、近頃多くの注
目を集めている。CMOS APS画像の利点として、
(1)低電圧動作および低電力消費、(2)オンチップ
エレクトロニクスでのプロセス互換性、ならびに(3)
従来のCCDと比較して潜在的に低コストであることが
挙げられる。これらの利点は、標準的なCMOS製造プ
ロセスの広範囲に及ぶ利用可能性により得られるもので
ある。
One typical well-known type of image sensor is a charge-coupled device (CCD). Integrated circuit chips including CCD image sensors are expensive due to the need for special processes. CCDs also dissipate relatively large amounts of power due to the required clock signals and the normally required high voltages. In contrast to a CCD image sensor, a CMOS active pixel sensor (APS) has one
Control, drive and signal processing circuits can be monolithically integrated on a single sensor chip, which has recently attracted much attention. The advantage of CMOS APS image is
(1) low voltage operation and low power consumption, (2) process compatibility in on-chip electronics, and (3)
Potentially lower cost compared to conventional CCDs. These advantages result from the widespread availability of standard CMOS manufacturing processes.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、本発明者は、
広面積且つ高密度の画素アレイにおいて、各光検出素子
によって生成されたアナログ信号は、寄生容量、抵抗、
暗電流漏れ、またはデバイス特性の不均一に起因する影
響等の様々な程度の寄生効果を受ける。これらの寄生効
果は半導体デバイスに固有のものであり、画像情報の信
号−ノイズ比を低下させる。従って、ノイズ問題は、C
MOS APSの性能を制限し得る主要な技術的課題を
提示する。これらのノイズとして、画像データのサンプ
リングに関連するkTCノイズ、画像信号を増幅するた
めに使用される回路に関連する1/fノイズ、およびア
レイ内の列間の不均一に関連する固定パターンノイズが
挙げられる。
However, the present inventor has
In a wide-area and high-density pixel array, an analog signal generated by each photodetector has a parasitic capacitance, a resistance,
It is subject to varying degrees of parasitic effects such as dark current leakage or effects due to non-uniform device characteristics. These parasitic effects are inherent in semiconductor devices and reduce the signal-to-noise ratio of image information. Therefore, the noise problem is C
The main technical challenges that can limit the performance of MOS APS are presented. These noises include kTC noise associated with sampling the image data, 1 / f noise associated with the circuitry used to amplify the image signal, and fixed pattern noise associated with non-uniformity between columns in the array. No.

【0005】列ラインにおける同一の内部信号について
も、デバイスのばらつき、漏れ電流および/または相関
二重サンプリング(CDS)回路間の不整合ならびに1
つの集積回路CMOSセンサチップにおけるA/D変換
器内の比較器が、各A/D変換器の出力において異なる
デジタル信号値を生成する。ADCの比較器と異なる列
のセルに対応するCDS回路との性能のばらつきは、列
ライン間のラインピッチが短縮される場合にいっそう悪
くなる。本発明の目的は、A/D変換器およびCDS回
路のこれらの寄生効果を最小化することである。
[0005] For the same internal signal on the column line, device variations, leakage current and / or mismatch between correlated double sampling (CDS) circuits and 1
A comparator in the A / D converter in one of the integrated circuit CMOS sensor chips generates a different digital signal value at the output of each A / D converter. Variations in performance between the ADC comparator and the CDS circuit corresponding to cells in a different column become worse when the line pitch between column lines is reduced. It is an object of the present invention to minimize these parasitic effects of A / D converters and CDS circuits.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明によるイメージセ
ンサ装置は、N個のアナログ信号をそれぞれ出力するN
列の出力ラインを有するイメージ感知アレイであって、
Nは1より大きい整数である、イメージ感知アレイと、
それぞれがN個のアナログ信号のうちの1つの信号に対
応するN個のデジタル信号を生成するN個の入力ライン
を有する信号処理手段と、それぞれが該N個のデジタル
信号のうちの1つの信号を生成するカウンタを含むN個
のA/D変換器を備え、該N個のデジタル信号が生成さ
れる前の初期化期間中は、所定の基準電圧が該N個のA
/D変換器の入力に接続され、該N個のA/D変換器の
それぞれに対応する補償値が得られ、その結果該N個の
A/D変換器それぞれの該カウンタが該補償値により初
期化されて、該対応するA/D変換器の該デジタル出力
を補償し、これにより該信号処理手段内の素子の非均一
性を均衡化して、上記目的が達成される。
SUMMARY OF THE INVENTION An image sensor device according to the present invention includes N analog signals each outputting N analog signals.
An image sensing array having a row of output lines,
N is an integer greater than 1, an image sensing array;
Signal processing means having N input lines each for generating N digital signals corresponding to one of the N analog signals; and one signal for each of the N digital signals Are provided, and during an initialization period before the N digital signals are generated, a predetermined reference voltage is applied to the N A / D converters.
Connected to the input of the A / D converter to obtain a compensation value corresponding to each of the N A / D converters, so that the counter of each of the N A / D converters is calculated by the compensation value. Initialized to compensate for the digital output of the corresponding A / D converter, thereby balancing the non-uniformity of the elements in the signal processing means, achieving the above objective.

【0007】イメージセンサ装置は、前記信号処理手段
が、それぞれが前記補償値を前記対応するカウンタにロ
ードして、該対応するカウンタの前記デジタル出力を補
償する、N個の初期化回路をさらに備えてもよい。
[0007] The image sensor device further comprises N initialization circuits, each of the signal processing means loading the compensation value into the corresponding counter and compensating the digital output of the corresponding counter. You may.

【0008】イメージセンサ装置は、前記信号処理手段
が、それぞれが前記補償値を前記対応するカウンタの前
記出力にラッチおよび加算して、該対応するカウンタの
前記デジタル出力を補償する、N個の初期化回路をさら
に備えてもよい。
In the image sensor device, the signal processing means may each latch and add the compensation value to the output of the corresponding counter to compensate for the digital output of the corresponding counter. A conversion circuit may be further provided.

【0009】イメージセンサ装置は、前記信号処理手段
が、それぞれが前記N個のアナログ信号のうちの対応す
る信号に応答してサンプリングされたアナログ信号を生
成する、該信号処理手段の前記N個の入力ラインに接続
されるN個のサンプリング回路をさらに備えてもよい。
In the image sensor device, the signal processing means may generate a sampled analog signal in response to a corresponding one of the N analog signals. It may further include N sampling circuits connected to the input line.

【0010】イメージセンサ装置は、前記N個のA/D
変換器のそれぞれが基準ランプ信号を受け取る第1の入
力端子と、前記サンプリングされたアナログ信号を受け
取る第2の入力端子とを有してもよい。
[0010] The image sensor device includes the N A / Ds.
Each of the converters may have a first input terminal for receiving a reference ramp signal and a second input terminal for receiving the sampled analog signal.

【0011】イメージセンサ装置は、前記サンプリング
回路のそれぞれが第1の入力端子と第2の入力端子とを
備え、前記初期化期間中、前記N個のA/D変換器のそ
れぞれに対応する前記補償値が前記A/D変換器の前記
出力で得られるように、前記所定の基準電圧が該第1お
よび第2の入力端子を通して印加されてもよい。
In the image sensor device, each of the sampling circuits has a first input terminal and a second input terminal, and during the initialization period, the sampling circuit corresponds to each of the N A / D converters. The predetermined reference voltage may be applied through the first and second input terminals such that a compensation value is obtained at the output of the A / D converter.

【0012】イメージセンサ装置は、前記初期化期間
中、前記A/D変換器の各セットに対応する前記補償値
が、該A/D変換器の前記出力で得られるように、前記
所定の基準電圧が、前記サンプリング回路のそれぞれの
出力に印加されてもよい。
[0012] The image sensor device may be configured so that during the initialization period, the compensation value corresponding to each set of the A / D converter is obtained at the output of the A / D converter. A voltage may be applied to each output of the sampling circuit.

【0013】イメージセンサ装置は、前記信号感知アレ
イはイメージ感知アレイであってもよい。
[0013] In the image sensor device, the signal sensing array may be an image sensing array.

【0014】イメージセンサ装置は、前記基準電圧は
(Vramp+)−(Vramp-)−Vshに等しく、
ここでVshは、前記A/D変換器によって生じるオフ
セット電圧より大きいかまたは該オフセット電圧に少な
くとも等しく、 Vramp+は前記基準ランプ信号の
最高値であり、 Vramp-は該基準ランプ信号の最
低値であってもよい。
In the image sensor device, the reference voltage is equal to (Vramp +)-(Vramp-)-Vsh,
Where Vsh is greater than or at least equal to the offset voltage produced by the A / D converter, Vramp + is the highest value of the reference ramp signal, and Vramp- is the lowest value of the reference ramp signal. There may be.

【0015】イメージセンサ装置は、前記補償値が、前
記初期化期間中に前記基準電圧が印加されるとき、対応
するA/D変換器からの前記デジタル信号に対するバイ
ナリ補数であってもよい。
In the image sensor device, the compensation value may be a binary complement of the digital signal from a corresponding A / D converter when the reference voltage is applied during the initialization period.

【0016】イメージセンサ装置は、前記イメージセン
サがCMOSタイプのイメージセンサであってもよい。
In the image sensor device, the image sensor may be a CMOS type image sensor.

【0017】イメージセンサ装置は、前記CMOSタイ
プのイメージセンサがモノリシックCMOSタイプのイ
メージセンサであってもよい。
In the image sensor device, the CMOS type image sensor may be a monolithic CMOS type image sensor.

【0018】本発明によるN個のアナログ信号をそれぞ
れ出力するためのN列の出力ラインを有する画像感知ア
レイと、N個の入力ラインおよびそれぞれがN個のアナ
ログ信号の1つに対応するN個のデジタル信号を生成す
るためのN個のA/D変換器を有する信号処理手段とを
有する信号センサ装置を初期化する方法は、(a)該N
個のアナログ信号を生成する前の初期化期間に、所定の
基準電圧を該信号処理手段の該N個のA/D変換器の出
力に結合させ、各セットのA/D変換器に対応する補償
値をそれぞれの該N個のA/D変換器の該出力で得るス
テップと、(b)該N個のアナログ信号を生成する前
に、該N個のA/D変換器のそれぞれにおけるカウンタ
を該対応する補償値で初期化し、該対応するA/D変換
器のデジタル出力を補償し、それによって、該信号処理
手段内の素子の不均一性を均衡化するステップとを包含
し、それにより上記目的が達成される。
An image sensing array having N columns of output lines for outputting N analog signals, respectively, according to the present invention, and N input lines and N input lines each corresponding to one of the N analog signals. A signal processing device having N A / D converters for generating a digital signal of
During an initialization period before generating the analog signals, a predetermined reference voltage is coupled to the outputs of the N A / D converters of the signal processing means, corresponding to each set of A / D converters. Obtaining a compensation value at the output of each of the N A / D converters; and (b) a counter in each of the N A / D converters before generating the N analog signals. And compensating the digital output of the corresponding A / D converter, thereby balancing the non-uniformity of the elements in the signal processing means. This achieves the above object.

【0019】前記ステップ(b)が、前記補償値を、1
つの対応するカウンタにロードし、N個のサンプリング
回路によって該カウンタからのデジタル信号出力を補償
するステップをさらに含んでもよい。
In the step (b), the compensation value is set to 1
The method may further include loading the corresponding counters and compensating the digital signal output from the counters with N sampling circuits.

【0020】前記ステップ(b)が、前記補償値をラッ
チし、Nセットのサンプリング回路によって前記対応す
るカウンタの前記出力に該補償値を加えるステップをさ
らに含んでもよい。
The step (b) may further comprise the step of latching the compensation value and adding the compensation value to the output of the corresponding counter by N sets of sampling circuits.

【0021】前記ステップ(a)の前に、前記N個のサ
ンプリング回路によって前記N個のアナログ信号のそれ
ぞれをサンプリングし、該アナログ信号に対応するサン
プリングされたアナログ信号をそれぞれ生成するステッ
プをさらに含んでもよい。
Before the step (a), the method further includes a step of sampling each of the N analog signals by the N sampling circuits and generating a sampled analog signal corresponding to the analog signal. May be.

【0022】前記N個のA/D変換器のそれぞれが、基
準ランプ信号を受信するための第1の入力端子および該
サンプリングされたアナログ信号を受信するための第2
の入力端子を有してもよい。
Each of the N A / D converters has a first input terminal for receiving a reference ramp signal and a second input terminal for receiving the sampled analog signal.
May be provided.

【0023】前記ステップ(b)が、前記所定の基準電
圧を、前記初期化期間の間に、前記サンプリング回路の
それぞれの前記第1の入力端子および第2の入力端子に
わたって印加し、各セットのA/D変換器に対応する前
記補償値を、該A/D変換器の出力で得るステップをさ
らに含んでもよい。
The step (b) includes applying the predetermined reference voltage during the initialization period across the first input terminal and the second input terminal of each of the sampling circuits. The method may further include obtaining the compensation value corresponding to the A / D converter at an output of the A / D converter.

【0024】前記ステップ(b)が、前記所定の基準電
圧を、前記初期化期間の間に、前記サンプリング回路の
それぞれの出力にわたって印加し、前記N個のA/D変
換器のそれぞれに対応する前記補償値を、該A/D変換
器の出力で得るステップをさらに含んでもよい。
In the step (b), the predetermined reference voltage is applied across respective outputs of the sampling circuit during the initialization period, and corresponds to each of the N A / D converters. The method may further include the step of obtaining the compensation value at an output of the A / D converter.

【0025】前記信号感知アレイが画像感知アレイであ
ってもよい。
[0025] The signal sensing array may be an image sensing array.

【0026】前記基準電圧は(Vramp+)−(Vr
amp−)−Vshであり、Vshは、前記A/D変換
器によって生じるオフセット電圧よりも大きいかまたは
少なくとも等しく、Vramp+は、該基準ランプ信号
の最も高い値であり、Vramp−は、該基準ランプ信
号の最も低い値であってもよい。
The reference voltage is (Vramp +)-(Vr
amp-)-Vsh, where Vsh is greater than or at least equal to the offset voltage created by the A / D converter, Vramp + is the highest value of the reference ramp signal, and Vramp- is the reference ramp. It may be the lowest value of the signal.

【0027】前記補償値が、前記基準電圧が印加される
ときの前記対応するA/D変換器からの前記デジタル信
号に対してバイナリ補数であってもよい。
[0027] The compensation value may be a binary complement of the digital signal from the corresponding A / D converter when the reference voltage is applied.

【0028】前記イメージセンサ装置が、CMOS型イ
メージセンサであってもよい。
[0028] The image sensor device may be a CMOS image sensor.

【0029】本発明によるイメージセンサは、請求項2
3に記載のイメージセンサであって、前記CMOS型イ
メージセンサが、モノリシックCMOS型イメージセン
サであり、それにより上記目的が達成される。
The image sensor according to the present invention is described in claim 2
3. The image sensor according to 3, wherein the CMOS image sensor is a monolithic CMOS image sensor, thereby achieving the above object.

【0030】本発明によるN個のアナログ信号をそれぞ
れ出力するためのN列の出力ラインを有する信号感知手
段を有する信号センサ装置において使用される信号処理
手段は、それぞれが該N個のアナログ信号の1つに対応
するN個のデジタル信号を生成するためのN個の入力ラ
インを有し、それぞれが該N個のデジタル信号の1つを
生成するためのカウンタをそれぞれ有するN個のA/D
変換器をさらに有し、該N個のデジタル信号が生成され
る前の初期化期間において、所定の基準電圧が該N個の
A/D変換器の入力に結合され、該N個のA/D変換器
のそれぞれに対応する補償値が得られ、該N個のA/D
変換器のそれぞれにおける該カウンタが、該補償値で初
期化され、該対応するA/D変換器の該デジタル出力を
補償し、それによって、該信号処理手段内の素子の不均
一性を均衡化し、それにより上記目的が達成される。
The signal processing means used in the signal sensor device having signal sensing means having N columns of output lines for outputting N analog signals, respectively, according to the present invention comprises: N A / Ds having N input lines for generating N digital signals corresponding to one, each having a counter for generating one of the N digital signals
A converter, wherein a predetermined reference voltage is coupled to an input of the N A / D converters during an initialization period before the N digital signals are generated, and A compensation value corresponding to each of the D converters is obtained, and the N A / D
The counter in each of the converters is initialized with the compensation value to compensate for the digital output of the corresponding A / D converter, thereby balancing non-uniformity of elements in the signal processing means. Thereby, the above object is achieved.

【0031】それぞれが前記補償値を前記対応するカウ
ンタにロードし、該対応するカウンタの前記デジタル出
力を補償するN個の初期化回路をさらに有してもよい。
[0031] The apparatus may further comprise N initialization circuits each of which loads the compensation value into the corresponding counter and compensates the digital output of the corresponding counter.

【0032】それぞれが前記補償値をラッチし、該補償
値を前記対応するカウンタの前記出力に加え、該対応す
るカウンタの前記デジタル出力を補償するN個の初期化
回路をさらに有してもよい。
Each of the latches may further include N initialization circuits for latching the compensation value, adding the compensation value to the output of the corresponding counter, and compensating for the digital output of the corresponding counter. .

【0033】それぞれが、前記N個のアナログ信号の対
応する1つに応答して、サンプリングされたアナログ信
号を生成するN個のサンプリング回路をさらに有しても
よい。
Each may further include N sampling circuits for generating a sampled analog signal in response to a corresponding one of said N analog signals.

【0034】前記N個のA/D変換器のそれぞれが、基
準ランプ信号を受信するための第1の入力端子および該
サンプリングされたアナログ信号を受信するための第2
の入力端子を有してもよい。
Each of the N A / D converters has a first input terminal for receiving a reference ramp signal and a second input terminal for receiving the sampled analog signal.
May be provided.

【0035】前記サンプリング回路のそれぞれが、第1
の入力端子および第2の入力端子を有し、前記初期化期
間に、前記所定の基準電圧が、該第1の入力端子および
該第2の入力端子にわたって印加され、前記N個のA/
D変換器のそれぞれに対応する前記補償値が該A/D変
換器の出力で得られてもよい。
Each of the sampling circuits has a first
And the predetermined reference voltage is applied across the first input terminal and the second input terminal during the initialization period, and the N number of A /
The compensation value corresponding to each of the D converters may be obtained at the output of the A / D converter.

【0036】前記信号感知手段が画像感知アレイであっ
てもよい。
[0036] The signal sensing means may be an image sensing array.

【0037】前記基準電圧は(Vramp+)−(Vr
amp−)−Vshであり、Vshは、前記A/D変換
器によって生じるオフセット電圧よりも大きいかまたは
少なくとも等しく、Vramp+は、前記基準ランプ信
号の最も高い値であり、Vramp−は、該基準ランプ
信号の最も低い値であってもよい。
The reference voltage is (Vramp +)-(Vr
amp-)-Vsh, where Vsh is greater than or at least equal to the offset voltage generated by the A / D converter, Vramp + is the highest value of the reference ramp signal, and Vramp- is the reference ramp. It may be the lowest value of the signal.

【0038】前記補償値が、前記初期化期間に前記基準
電圧が印加されるときの前記対応するA/D変換器から
の前記デジタル信号に対してバイナリ補数であってもよ
い。
[0038] The compensation value may be a binary complement of the digital signal from the corresponding A / D converter when the reference voltage is applied during the initialization period.

【0039】本発明によるN個のアナログ信号をそれぞ
れ出力するためのN列の出力ラインを有する信号センサ
手段と、N個の入力ラインを有し、それぞれが該N個の
アナログ信号の1つにそれぞれ対応するNデジタル信号
を生成するためのN個のA/D変換器を有する信号処理
手段とを備えた信号感知装置において、該信号処理手段
内の素子の不均一性を最小限に抑えるために、該信号処
理手段内の該N個のA/D変換器の対応する1つの中の
カウンタを初期化する方法は、(i)該N個のアナログ
信号を生成する前の初期化期間に、所定の基準電圧を該
信号処理手段の該N個のA/D変換器の出力に結合さ
せ、該N個のA/D変換器のそれぞれに対応する補償値
を各セットのA/D変換器の出力で得るステップと、
(ii)該N個のアナログ信号を生成する前に、該N個
のA/D変換器のそれぞれにおける該カウンタを該対応
する補償値で初期化し、該対応するA/D変換器の該デ
ジタル出力を補償し、それによって、該信号処理手段内
の素子の不均一性を均衡化するステップとを包含し、そ
れにより上記目的が達成される。
Signal sensor means having N columns of output lines for respectively outputting N analog signals according to the present invention, and having N input lines, each having one of the N analog signals. Signal processing means having N A / D converters for generating corresponding N digital signals, respectively, in order to minimize non-uniformity of elements in the signal processing means. The method of initializing a counter in a corresponding one of the N A / D converters in the signal processing means includes the steps of (i) during an initialization period before generating the N analog signals. , A predetermined reference voltage is coupled to the outputs of the N A / D converters of the signal processing means, and a compensation value corresponding to each of the N A / D converters is set to the A / D conversion of each set. Obtaining at the output of the vessel;
(Ii) initializing the counter in each of the N A / D converters with the corresponding compensation value before generating the N analog signals, and Compensating the output, thereby balancing the non-uniformity of the elements in the signal processing means, thereby achieving the above objective.

【0040】前記ステップ(ii)が、N個の初期化回
路によって、前記補償値を1つの対応するカウンタにロ
ードし、該カウンタからの前記デジタル信号出力を補償
するステップをさらに含んでよい。
[0040] Said step (ii) may further comprise the step of loading said compensation value into one corresponding counter by means of N initialization circuits and compensating said digital signal output from said counter.

【0041】前記ステップ(ii)が、N個の初期化回
路によって、前記補償値をラッチし、前記対応するカウ
ンタの出力に該補償値を加えるステップをさらに含んで
よい。
The step (ii) may further include the step of latching the compensation value by N initialization circuits and adding the compensation value to the output of the corresponding counter.

【0042】前記ステップ(i)の前に、前記N個のサ
ンプリング回路によって前記N個のアナログ信号のそれ
ぞれをサンプリングし、該アナログ信号に対応するサン
プリングされたアナログ信号をそれぞれ生成するステッ
プをさらに含んでよい。
Before the step (i), the method further includes the step of sampling each of the N analog signals by the N sampling circuits and generating a sampled analog signal corresponding to the analog signal. Is fine.

【0043】前記N個のA/D変換器のそれぞれが、基
準ランプ信号を受信するための第1の入力端子および前
記サンプリングされたアナログ信号を受信するための第
2の入力端子を有してもよい。
Each of the N A / D converters has a first input terminal for receiving a reference ramp signal and a second input terminal for receiving the sampled analog signal. Is also good.

【0044】前記ステップ(ii)が、前記所定の基準
電圧を、前記初期化期間の間に、前記サンプリング回路
のそれぞれの前記第1の入力端子および第2の入力端子
にわたって印加し、前記N個のA/D変換器のそれぞれ
に対応する前記補償値を、該A/D変換器の前記出力で
得るステップをさらに含んでよい。
In the step (ii), the predetermined reference voltage is applied across the first input terminal and the second input terminal of each of the sampling circuits during the initialization period. And obtaining the compensation value corresponding to each of the A / D converters at the output of the A / D converter.

【0045】前記ステップ(ii)が、前記所定の基準
電圧を、前記初期化期間の間に、前記サンプリング回路
のそれぞれの出力にわたって印加し、前記N個のA/D
変換器のそれぞれに対応する前記補償値を、前記A/D
変換器の出力で得るステップをさらに含んでよい。
In the step (ii), the predetermined reference voltage is applied across the respective outputs of the sampling circuit during the initialization period, and the N A / Ds are applied.
The compensation value corresponding to each of the converters is calculated by the A / D
The method may further include the step of obtaining at the output of the converter.

【0046】前記信号感知アレイが画像感知アレイであ
ってもよい。
[0046] The signal sensing array may be an image sensing array.

【0047】前記基準電圧は(Vramp+)−(Vr
amp−)−Vshであり、Vshは、前記A/D変換
器によって生じるオフセット電圧よりも大きいかまたは
少なくとも等しく、Vramp+は、前記基準ランプ信
号の最も高い値であり、Vramp−は、該基準ランプ
信号の最も低い値であってもよい。
The reference voltage is (Vramp +)-(Vr
amp-)-Vsh, where Vsh is greater than or at least equal to the offset voltage generated by the A / D converter, Vramp + is the highest value of the reference ramp signal, and Vramp- is the reference ramp. It may be the lowest value of the signal.

【0048】前記補償値が、前記基準電圧が印加される
ときの前記対応するA/D変換器からの前記デジタル信
号に対してバイナリ補数であってもよい。
[0048] The compensation value may be a binary complement of the digital signal from the corresponding A / D converter when the reference voltage is applied.

【0049】CMOSプロセスによって製造されたアク
ティブ画素イメージセンサを本明細書中で説明する。本
発明のアクティブ画素イメージセンサは、光感知ダイオ
ードの2次元画素アレイコアを含む。光感知ダイオード
の伝導率は光ダイオードが受光する光の大きさに関係す
る。フォトダイオードによって生成されたアナログ信号
はソースホロウ増幅器によって緩衝され、行トランジス
タによってアクセスされ、アレイ内の各列に結合され
る。各列ラインにおけるアナログ信号は、各列ラインに
結合されたA/D変換器(ADC)によってデジタル信
号に変換される。他の方法のうち、A/D変換器は高利
得比較器、つまり特定のタイミングシーケンスと同調し
た基準ランプ信号で調整された8ビットバイナリカウン
タによって形成され得る。A/D変換回路に時間フレー
ム内でA/D変換を実行するために、特定のタイミング
シーケンスを用いて、このインターバルの間に行内の全
ての感知素子が各光レベルをデジタル値に変換する。タ
イミングにより、得られたデジタル信号値はチップの別
の機能ブロックに配送されるか、もしくは、この期間ま
たは別の期間の間、処理についてチップをオフにする。
しかし、好適な実施形態において、第1の行ラインの読
み出し動作の前に、各列ライン上のCDSの入力ノード
の電位は「基準」電圧に設定され、続いて、各列上の値
がA/D変換器によってデジタル値に変換される。得ら
れた出力デジタルデータは、A/D変換器とCDS回路
とのデバイス特性のばらつきに起因する不均一およびば
らつきに関する情報を含む。次に、このようにして得ら
れた各出力ラインに対応するデジタルデータ値は、画素
アレイの行上での実際のA/D動作に続く動作を実行す
る前に、各ADCカウンタの初期値として用いられる。
従って、A/D変換器およびCDS回路の主要な寄生効
果および歪みは、続いて行われる実際の画像のA/D変
換の間に最小化される。
An active pixel image sensor manufactured by a CMOS process is described herein. The active pixel image sensor of the present invention includes a two-dimensional pixel array core of a photosensitive diode. The conductivity of a photosensitive diode is related to the amount of light received by the photodiode. The analog signal generated by the photodiode is buffered by a source-hollow amplifier, accessed by row transistors, and coupled to each column in the array. The analog signal on each column line is converted to a digital signal by an A / D converter (ADC) coupled to each column line. Among other methods, the A / D converter may be formed by a high gain comparator, an 8-bit binary counter tuned with a reference ramp signal tuned to a particular timing sequence. To perform A / D conversion within the time frame for the A / D conversion circuit, all sensing elements in the row convert each light level to a digital value during this interval using a specific timing sequence. Depending on the timing, the resulting digital signal value is delivered to another functional block of the chip, or the chip is turned off for processing during this or another period.
However, in a preferred embodiment, prior to the read operation of the first row line, the potential of the input node of the CDS on each column line is set to the "reference" voltage, followed by the value on each column being A It is converted to a digital value by a / D converter. The obtained output digital data includes information on non-uniformity and variation due to variation in device characteristics between the A / D converter and the CDS circuit. Next, the digital data value corresponding to each output line thus obtained is used as an initial value of each ADC counter before executing an operation following an actual A / D operation on a row of the pixel array. Used.
Therefore, the main parasitic effects and distortions of the A / D converter and the CDS circuit are minimized during the subsequent A / D conversion of the actual image.

【0050】[0050]

【発明の実施の形態】ここで、添付の図面を参照して、
以下に本発明がより詳細に説明される。図面には発明の
実施態様が示される。示される実施態様の1つはCMO
Sイメージセンサのアプリケーションに関するが、当業
者には、本発明が多くの異なる形態で例示され得、且つ
本明細書中に提示される実施態様およびアプリケーショ
ンに限定されるように解釈されるべきではないことが、
理解される。これらの実施態様は、むしろ、本開示が十
分且つ完全であり、発明の精神を当業者に十分に伝える
ために提供される。図面中、同一の番号は同一の要素を
示す。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail. The drawings illustrate embodiments of the invention. One of the embodiments shown is a CMO
Although related to S image sensor applications, those skilled in the art should not be construed as limiting the invention to the embodiments and applications presented herein, as the invention may be illustrated in many different forms. That
Understood. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the same numbers indicate the same elements.

【0051】図1は、1つの集積回路チップ上に形成さ
れた640×480CMOSアクティブ画素イメージセ
ンサのアーキテクチャを示す。イメージセンサコアアレ
イ19は、参照符号10で示される光検出素子の2次元
画素アレイを含む。光検出素子は、図2で示される回路
と同一の回路を含む。タイミング/制御理論15から出
る制御信号152を備える行アドレスシフトレジスタ1
2は、1行づつアドレスするために、コアアレイ19に
接続される。シフトレジスタ12の出力は、アドレスラ
イン21によってコアアレイ19に1行づつアドレス
し、それにより、所定のフレームレートタイミング要求
にしたがって列ライン14にアナログ信号を読み出す。
FIG. 1 shows the architecture of a 640 × 480 CMOS active pixel image sensor formed on one integrated circuit chip. The image sensor core array 19 includes a two-dimensional pixel array of photodetectors indicated by reference numeral 10. The light detecting element includes the same circuit as the circuit shown in FIG. Row address shift register 1 with control signal 152 from timing / control theory 15
2 are connected to the core array 19 for addressing row by row. The output of the shift register 12 addresses the core array 19 line by line on an address line 21, thereby reading analog signals on column lines 14 according to predetermined frame rate timing requirements.

【0052】1つの実施態様において、各A/D変換器
16は、周知の相関倍加サンプリング(CDS)回路1
8を介して、対応する列ライン14からアナログ信号を
受け取るために接続され、各アナログ信号をデジタル信
号に変換する。デジタル信号は、対応する画素素子10
によって検出される光輝度のグレーレベルを表す。例え
ば8ビットA/D変換が実行される場合、アナログ信号
は256の値を有し、それぞれが光学輝度の程度を表
す。CDS回路18の機能は、以下に、図4が説明され
る際に記載される。タイミング/制御理論15は、タイ
ミング信号、例えば、CDS回路18を動作させるスイ
ッチング信号、行アドレスシフトレジスタ12を動作さ
せる制御信号、およびシステムの動作を制御するための
シフトレジスタ13を動作させる信号を出力する。
In one embodiment, each A / D converter 16 includes a well-known correlation double sampling (CDS) circuit 1.
8 are connected to receive analog signals from the corresponding column lines 14 and convert each analog signal to a digital signal. The digital signal is transmitted to the corresponding pixel element 10
Represents the gray level of the light intensity detected by. For example, if 8-bit A / D conversion is performed, the analog signal has 256 values, each representing a degree of optical brightness. The function of the CDS circuit 18 will be described below when FIG. 4 is described. The timing / control theory 15 outputs timing signals such as a switching signal for operating the CDS circuit 18, a control signal for operating the row address shift register 12, and a signal for operating the shift register 13 for controlling the operation of the system. I do.

【0053】感知動作が実行される場合、画像は、画像
の異なる部分が各画素素子10に当たるように、イメー
ジセンサコア19上に焦点を合わせられる。図2に示さ
れるように、各光検出素子10はフォトダイオード2
0、またはそれに相当する光感知デバイスを含む。その
光感知デバイスは、フォトゲート、バイポーラフォトト
ランジスタなど、伝導電流が、光感知装置の連結部に当
たる光輝度に関連するものである。
When a sensing operation is performed, the image is focused on image sensor core 19 such that different portions of the image strike each pixel element 10. As shown in FIG. 2, each photodetector 10 is a photodiode 2
0 or its equivalent. The light-sensing device is one in which the conduction current is related to the light intensity hitting the junction of the light-sensing device, such as a photogate, bipolar phototransistor.

【0054】図2に示すように、露光周期の初期におい
て内部列ライン24は隔離されており、それは、読み出
し信号RDが非活動状態にあることにより、アクセスト
ランジスタM3がオフにされているためである。フォト
ダイオード20は、始めに、リセットトランジスタM1
によって、VDDレベルに近い値にリセットされる。リ
セットトランジスタM1は、図1の行アドレスシフトレ
ジスタ12から出力されるリセット信号RSTが活動状
態にあることで、オンにされる。
As shown in FIG. 2, the internal column line 24 is isolated at the beginning of the exposure cycle because the access transistor M3 is turned off due to the inactive state of the read signal RD. is there. First, the photodiode 20 is connected to the reset transistor M1.
Is reset to a value close to the VDD level. The reset transistor M1 is turned on when the reset signal RST output from the row address shift register 12 in FIG. 1 is active.

【0055】信号RSTが非活動状態にあることでリセ
ットトランジスタM1がオフにされるに伴って、露光が
開始する。これは、フォトダイオード電流が、その上に
当たる光に起因して、自らの固有電気容量を放電し、ノ
ードPにおける電荷を減少させることを可能にする。図
5に示される時間間隔、texp、は画像露光の時間であ
る。時間間隔は、RST信号の下降遷移において開始
し、RST信号の上昇遷移において終了する。露光開始
から十分な時間の後、その行のアクセストランジスタM
3は活動RD信号によってオンにされる。上記の十分な
時間とは、異なる画像感度または露光制御を提供するた
めに、変更され得る。アクセストランジスタM3がオン
にされると、ソースホロウトランジスタM2およびアク
セストランジスタM3を介して変換される、ノードPに
おけるフォトダイオード電圧は、内部列ライン24に接
続される。電圧は、ソースホロウトランジスタM2の効
果によってオフセットされ、もちろん、トランジスタM
2の特性によって変化する。この電圧は列ライン24の
端部における回路に格納される。次いで、露光インタバ
ルの最後において、行におけるリセットトランジスタM
1は再びオンにされ、フォトダイオード20のカソード
ノードPに接続されるソースホロウM2の入力をVDD
に近い値にリセットする。続く相関倍加サンプリング
(CDS)回路18によって感知される実際の信号は、
リセット信号RSTが起動される前と後でのノードCに
おける信号の差であり、△Vcで表される。異なる瞬間
におけるノードCの信号の削除は周知のCDS回路によ
って達成され、その詳細は本発明のよっては網羅されな
い。異なる時間における内部列ライン24での信号の双
方は、ソースホロウM2およびアクセストランジスタM
3のオフセットを含み、それにより、内部列ライン24
に関連するエラーは自動的に無効にされる。次いで、信
号の差は、デジタル値への変換のためにA/D回路16
に提供される。すなわち、実際の画像獲得動作は、露光
時間の終了時およびリセット信号RSTが起動された後
のそれぞれにおいて、列ノードCにおける信号の差を獲
得することにより行われる。
Exposure starts as the reset transistor M1 is turned off because the signal RST is inactive. This allows the photodiode current to discharge its own capacitance and reduce the charge at node P due to the light falling on it. The time interval, t exp , shown in FIG. 5, is the time of image exposure. The time interval starts at the falling transition of the RST signal and ends at the rising transition of the RST signal. After a sufficient time from the start of exposure, the access transistor M in that row
3 is turned on by the active RD signal. The sufficient time above can be varied to provide different image sensitivities or exposure controls. When the access transistor M3 is turned on, the photodiode voltage at the node P, which is converted via the source hollow transistor M2 and the access transistor M3, is connected to the internal column line 24. The voltage is offset by the effect of the source hollow transistor M2 and, of course, the transistor M2
2 depending on the characteristics of This voltage is stored in a circuit at the end of the column line 24. Then, at the end of the exposure interval, the reset transistors M in the row
1 is turned on again, and the input of the source hollow M2 connected to the cathode node P of the photodiode 20 is connected to VDD.
Reset to a value close to. The actual signal sensed by the subsequent correlation doubling sampling (CDS) circuit 18 is:
The difference between the signals at the node C before and after the reset signal RST is activated, and is represented by ΔV c . Elimination of the signal at node C at different instants is achieved by well-known CDS circuits, the details of which are not covered by the present invention. Both signals on internal column line 24 at different times are source hollow M2 and access transistor M2.
3 offset so that the internal column line 24
Errors related to are automatically disabled. The signal difference is then converted by the A / D circuit 16 into a digital value.
Provided to That is, the actual image acquisition operation is performed by acquiring the signal difference at the column node C at the end of the exposure time and after the reset signal RST is activated.

【0056】図3は、例示的なA/D変換器16の機能
ブロック図である。示されるA/D変換器16は、高利
得比較器32、クロックゲーティング理論34、および
8ビットバイナリカウンタ36、および2つのインバー
タ33、35を含む。しかし、信号のデジタル値への変
換を可能にする他の設定も、また、可能である。図3の
実施態様では、基準ランプ信号38は比較器32の非イ
ンバーティング入力ノードに入力され、CDS回路から
のアナログ信号31は比較器32のインバーティング入
力ノードに入力される。クロック信号39は、インバー
タ33の出力信号によりゲートされる。A/D変換を行
う際、規準ランプ信号38が上昇を開始し、クロック信
号39がその動作を開始するに伴い、カウンタ36はカ
ウントを開始する。規準ランプ信号38がアナログ信号
31と等しい場合、比較器32の出力はフリップし、且
つクロックゲーティング理論34を介して、クロック信
号39のゲートを解除する。したがってカウンタ36の
出力は、カウンタがカウントを停止した場合、アナログ
信号31に対応するデジタル値を表す。Vramp−値
はランプ信号38の最低レベルであり、Vramp+は
ランプ信号38の最高レベルである。
FIG. 3 is a functional block diagram of the exemplary A / D converter 16. The A / D converter 16 shown includes a high gain comparator 32, a clock gating theory 34, and an 8-bit binary counter 36, and two inverters 33,35. However, other settings that allow the conversion of the signal to a digital value are also possible. In the embodiment of FIG. 3, the reference ramp signal 38 is input to the non-inverting input node of the comparator 32 and the analog signal 31 from the CDS circuit is input to the inverting input node of the comparator 32. The clock signal 39 is gated by the output signal of the inverter 33. When performing A / D conversion, the reference ramp signal 38 starts rising, and the counter 36 starts counting as the clock signal 39 starts operating. If the reference ramp signal 38 is equal to the analog signal 31, the output of the comparator 32 flips and, via the clock gating logic 34, de-gates the clock signal 39. Thus, the output of counter 36 represents a digital value corresponding to analog signal 31 when the counter stops counting. The Vramp- value is the lowest level of the ramp signal 38, and Vramp + is the highest level of the ramp signal 38.

【0057】図4に示されるように、入力から出力への
アナログ信号31の重要経路は、ソースホロウM2、ア
クセストランジスタM3、内部列ライン24、CDS回
路18、およびA/D変換器16内の比較器回路32を
含む。異なるフォトセル10におけるノードP上の同一
のアナログ信号についてさえも、ソースホロウM2間で
の装置のばらつき、およびアクセストランジスタM3間
での装置のばらつきは、各フォトセル10の、対応する
内部列ライン24上において異なる信号値を発生する。
これらのばらつきは、前述の、周知のCDS回路18に
よって最小限にされ得る。
As shown in FIG. 4, the important path of the analog signal 31 from the input to the output depends on the source hollow M2, the access transistor M3, the internal column line 24, the CDS circuit 18, and the A / D converter 16. A comparator circuit 32 is included. Even for the same analog signal on node P in different photocells 10, device variations between source hollows M2 and device variations between access transistors M3 may be caused by a corresponding internal column line of each photocell 10. 24 to generate different signal values.
These variations can be minimized by the well-known CDS circuit 18 described above.

【0058】2つの連続する行ラインにおけるピクセル
についての読み取りタイミングは、例示的に図5に示さ
れる。S1およびS2信号は、それぞれ、図4のスイッ
チS1およびS2を動作させる。例として、図5では、
480行ラインについて30Hzフレームレートに対応
する、ライン時間間隔69.4μsが開示され、且つ後
に、適用可能な場合に用いられる。
The read timing for pixels in two consecutive row lines is illustratively shown in FIG. The S1 and S2 signals actuate switches S1 and S2, respectively, in FIG. As an example, in FIG.
A line time interval of 69.4 μs, corresponding to a 30 Hz frame rate for 480 line lines, is disclosed and will be used later where applicable.

【0059】しかし、各列ラインにおける同一の内部信
号についてさえ、装置のばらつき、漏れ電流、および/
またはCDS回路18、および1つの集積回路CMOS
センサチップにおけるA/D変換器16内の比較器32
の間での不整合は、各A/D変換器16の出力において
異なるデジタル信号値を発生する。ADC比較器と、異
なる列のセルに対応するCDS回路の比較器との間の動
作のばらつきは、列ライン24間のラインピッチが縮小
されるに伴い悪化する。A/D変換器16およびCDS
回路18におけるこれらの寄生効果を最小限にするため
に、以下の好適な実施態様が用いられる。
However, even for the same internal signal on each column line, device variation, leakage current, and / or
Or CDS circuit 18 and one integrated circuit CMOS
Comparator 32 in A / D converter 16 in sensor chip
The mismatch between produces different digital signal values at the output of each A / D converter 16. The variation in operation between the ADC comparator and the comparator of the CDS circuit corresponding to cells in different columns becomes worse as the line pitch between the column lines 24 is reduced. A / D converter 16 and CDS
To minimize these parasitic effects in circuit 18, the following preferred embodiments are used.

【0060】図6aの回路および図6bのタイミングに
示されるように、本発明は、フレーム時間スロットの始
まり時かつ各フレーム内の第1ラインに対する読み出し
動作の前において各列に対し一続きの動作を与える。図
6bにおいて、信号S1およびS2上の時刻t2および
3におけるパルスの発生は、実際の画像信号のサンプ
リングに関与する。本発明は、2つの従来のスイッチS
1およびS2に加えて、異なる信号を選択的に送信する
ために、図6bに示される対応する信号S3およびS4
によって動作されるさらなる2つの追加スイッチS3お
よびS4を設置する。
As shown in the circuit of FIG. 6a and the timing of FIG. 6b, the present invention provides a series of operations for each column at the beginning of a frame time slot and before the read operation for the first line in each frame. give. In 6b, the generation of the pulse at time t 2 and t 3 on the signal S1 and S2 are involved in the sampling of the actual image signal. The present invention provides two conventional switches S
In addition to 1 and S2, the corresponding signals S3 and S4 shown in FIG.
There are two additional switches S3 and S4 operated by.

【0061】時刻t1aにおいて、各内部列ライン24
は、スイッチS3によってVLへ引き下げられる。次
に、このVL電圧は、時刻t1bにおいてスイッチS1を
ONにすることによって、CDS回路18の差動増幅器
60の反転入力ノード(SIG)に格納される。時刻t
1cにおいて、スイッチS4はONにされ、内部列ライン
24のすべてをVHにプリセットさせる。なお、スイッ
チS4は、スイッチS1がONの場合、ONにされ得な
い。好ましい実施態様において、VHおよびVLは一般
に、Vrefで示されるVHとVLとの差が(Vram
p+)−(Vramp−)−Vsh以下であるように設
定される。ここで、Vramp+およびVramp−を
それぞれ最高および最低レベルのランプ信号(図3で使
用)であり、Vshは、最大有効電圧オフセットであ
る。最大有効電圧オフセットは、任意の所定列に対する
ADCおよびCDS回路を組合わせることによって生じ
させることができ、正方向において任意の所定の製造プ
ロセスに対して許容である。時刻t1dにおいて、電圧V
Hは、スイッチS2をONにすることによってCDS回
路18の差動増幅器60の非反転入力ノード(PRE)
に転送され、格納される。その結果、時刻t1dの直後
に、アレイの各列に対してCDS回路18の出力は、各
CDSに対するオフセット電圧が非常に小さいと仮定す
ると、ノード(PRE)上のVHからノード(SIG)
上のVLを引くことによって得られるVrefである。
なお、スイッチS2は、M3が実際の画像信号のサンプ
リングに対してONにされる前に、OFFにされる。
At time t 1a , each internal column line 24
Is pulled down to VL by the switch S3. Next, this VL voltage is stored at the inverting input node (SIG) of the differential amplifier 60 of the CDS circuit 18 by turning on the switch S1 at time t1b . Time t
At 1c , switch S4 is turned on, causing all of the internal column lines 24 to be preset to VH. Note that the switch S4 cannot be turned ON when the switch S1 is ON. In a preferred embodiment, VH and VL are generally such that the difference between VH and VL, denoted Vref, is (Vram
p +)-(Vramp-)-Vsh or less. Here, Vramp + and Vramp- are the highest and lowest level ramp signals (used in FIG. 3), respectively, and Vsh is the maximum effective voltage offset. The maximum effective voltage offset can be created by combining the ADC and CDS circuits for any given column and is tolerated in the positive direction for any given manufacturing process. At time t 1d , the voltage V
H turns on the switch S2 to turn on the non-inverting input node (PRE) of the differential amplifier 60 of the CDS circuit 18.
Is transferred to and stored. As a result, shortly after time t 1d , the output of CDS circuit 18 for each column of the array will be from VH on node (PRE) to node (SIG), assuming that the offset voltage for each CDS is very small.
This is Vref obtained by subtracting the above VL.
Note that the switch S2 is turned off before M3 is turned on for sampling of the actual image signal.

【0062】図7aは、図6aの場合と比較して、CD
S回路18の出力時におけるVref(=VH−VL)
電圧の生成についての別の例を示す。図7bにおいて示
されるように、時刻t1においてスイッチS3およびS
4をONにすることによって差動増幅器60の入力ノー
ド(SIG)および(PRE)をVLおよびVHレベル
にそれぞれプリセットすることにより、目的は達成され
る。予想されるように、各CDSに対するオフセット電
圧が非常に小さいと仮定すると、CDS回路18の出力
は、Vref(=VH−VL)となる。図7bにおい
て、信号S1およびS2上の時刻t2およびt3における
パルスの発生は、実際の画像信号のサンプリングに関与
する。
FIG. 7A shows a comparison between the case of FIG.
Vref (= VH-VL) at the time of output from S circuit 18
5 shows another example of voltage generation. As shown in FIG. 7b, the switch S3 at time t 1 and S
The purpose is achieved by presetting the input nodes (SIG) and (PRE) of the differential amplifier 60 to the VL and VH levels by turning ON 4 respectively. As expected, assuming that the offset voltage for each CDS is very small, the output of CDS circuit 18 will be Vref (= VH-VL). In Figure 7b, the occurrence of the pulse at time t 2 and t 3 on the signal S1 and S2 are involved in the sampling of the actual image signal.

【0063】さらに、CDS回路によって起される列間
の不均一性が非常に小さく無視できる場合、列間のAD
C回路によって起こされる部分に対してのみ補償がなさ
れ得る。この場合、各列上のADCの入力への偽画像信
号としてのVref(=VH−VL)電圧の生成は、図
8bに示される時刻t1において図8aにおけるスイッ
チS3をONにすることによってVrefへのADCの
入力ノードをプリセットすることによってなされ得る。
図8bにおける信号S1およびS2上の時刻t 2および
3におけるパルスの発生は、実際の画像信号のサンプ
リングに関与する。
Further, between columns caused by the CDS circuit
Is very small and negligible, the AD
No compensation is made only for the part caused by the C circuit
Can be In this case, a false image signal to the ADC input on each column
The generation of the Vref (= VH−VL) voltage as the signal
Time t shown in FIG. 8b1In FIG.
When the switch S3 is turned on, the ADC to Vref is
This can be done by presetting the input nodes.
Time t on signals S1 and S2 in FIG. 8b Twoand
tThreeThe generation of a pulse at
Involve in the ring.

【0064】上述された3つの方法のいずれか1つを採
用することによって、CDS回路18の出力における電
圧は、図6bに示されるt1dからt2までの期間あるい
は図7bおよび8bに示されるt1からt2までの期間に
おいてADC回路16によってデジタル値に変換され
る。アレイ内の各列に対するADC回路およびCDS回
路の各比較器に対するオフセット電圧が互いに逸脱する
場合、ADC回路からのデジタル値出力が同じVref
信号下において列間で異なる。
By employing any one of the three methods described above, the voltage at the output of the CDS circuit 18 will be the time period from t 1d to t 2 shown in FIG. 6b or shown in FIGS. 7b and 8b. During the period from t 1 to t 2, it is converted into a digital value by the ADC circuit 16. If the offset voltage for each comparator in the ADC and CDS circuits for each column in the array deviates from each other, the digital value output from the ADC circuit will be the same Vref
It varies between columns under the signal.

【0065】本発明によって、初期化期間中に1つのA
DC回路について得られたデジタル値のバイナリ補数
は、フレーム時間スロット内で各行ラインに対して実際
の画像値変換が行われる前に、対応するADC16内の
カウンタを初期化するために使用される。すなわち、そ
れぞれの列に対してADCのカウンタの各初期値は、列
間のADCおよびCDS回路によって起こされるオフセ
ットを最小化するように使用される。発明は、動作例の
結果の以下の詳述によってさらに実現され得る。
According to the present invention, one A is set during the initialization period.
The binary complement of the digital value obtained for the DC circuit is used to initialize a counter in the corresponding ADC 16 before the actual image value conversion is performed for each row line in the frame time slot. That is, each initial value of the ADC's counter for each column is used to minimize the offset caused by the ADC and CDS circuits between columns. The invention may be further realized by the following detailed description of the results of an example operation.

【0066】以下に、例として、いずれの方向について
も最大許容出力電圧シフトVshを0.5ボルトに選択
し得る。しかし、実際の条件下においては、正方向のV
sh値は、負方向のVsh値と異なる可能性は高い。さ
らに、比較器32へのアナログ信号31の入力がVra
mp+値およびVramp−値の範囲にある間において
ランプ信号のVramp+およびVramp−の電圧差
を3.5ボルトに選択し得る。統計的アプローチによる
と、上記範囲(±0.5ボルト)から逸脱するデバイス
特性を有するすべての画像センサチップは、選択から外
される。製造プロセスおよび露光時間間隔を適切に選択
することによって、いずれの方向にもVsh=0.5ボ
ルトを有する0.5ボルトから3ボルトまで動く△Vc
の信号の範囲を設計し得る。したがって、最終的な出力
値は、3.5ボルトを超えず、0ボルトを下回らない。
△Vc=3ボルトは、光輝度の全開値に対応し、△Vc
=0.5ボルトは、暗黒に対応する。例えば、画像感知
期間中において、時刻t2およびt3において対応するス
イッチのそれぞれの作用の後に、CDS回路への入力信
号の最大差は3ボルトになることがあり、したがって実
質的に3.5ボルトのアナログ信号を出力する。他方、
CDS回路へ入力される信号の最小差は、0.5ボルト
であり得、したがって実質的に0ボルトのアナログ信号
を出力する。したがって、A/D変換器16の出力の動
的範囲は、Vshを考慮すると、0ボルトから3.5ボ
ルトである。
In the following, by way of example, the maximum allowable output voltage shift Vsh in any direction may be selected to be 0.5 volt. However, under actual conditions, the forward V
There is a high possibility that the sh value is different from the Vsh value in the negative direction. Further, the input of the analog signal 31 to the comparator 32 is Vra
The voltage difference between the ramp signals Vramp + and Vramp- can be selected to be 3.5 volts while in the range of the mp + and Vramp- values. According to a statistical approach, all image sensor chips with device characteristics that deviate from the above range (± 0.5 volts) are deselected. By properly selecting the manufacturing process and the exposure time interval, moving from 0.5 volts with Vsh = 0.5 volts in any direction to 3 volts {Vc
Can be designed. Therefore, the final output value does not exceed 3.5 volts and does not fall below 0 volts.
ΔVc = 3 volts corresponds to the full open value of light brightness, ΔVc
= 0.5 volts corresponds to darkness. For example, during the image sensing period, after each operation of the corresponding switch at times t 2 and t 3 , the maximum difference of the input signal to the CDS circuit may be 3 volts, and thus substantially 3.5. Output volt analog signal. On the other hand,
The minimum difference between the signals input to the CDS circuit can be 0.5 volts, thus outputting a substantially 0 volt analog signal. Therefore, the dynamic range of the output of the A / D converter 16 is from 0 volts to 3.5 volts considering Vsh.

【0067】本発明を用いず、Vshが±0.5ボルト
である△Vc=3ボルトに対して、8ビットA/D変換
器16は、これに対応して、以下に示される値を有する
Vocn、Voc+、Voc-を出力する。この現象は、
本発明者が解決しようと意図する列間の不均一性であ
る。
Without using the present invention, for .DELTA.Vc = 3 volts where Vsh is. +-. 0.5 volts, 8-bit A / D converter 16 has correspondingly the following values: Voc n , Voc + , and Voc - are output. This phenomenon is
This is the inhomogeneity between columns that we intend to solve.

【0068】[0068]

【数1】 (Equation 1)

【0069】画像信号の実際のアナログ信号変換の前
に、本発明は、A/D変換器内のカウンタのオートキャ
リブレーションがアレイ内の異なるピクセル列間の不均
一性をすべてオフセットするように行われる間、初期化
期間を与える。各画像フレーム時間の間、フレームの第
1行の読み出し動作の前に一度、基準電圧Vrefに対
して各列ラインのCDS18またはA/D変換器16の
入力をプリセットすることによって、カウンタの初期化
が行われる。
Prior to the actual analog signal conversion of the image signal, the present invention provides that the auto-calibration of the counter in the A / D converter offsets any non-uniformity between different pixel columns in the array. Give an initialization period. Initialization of the counter by presetting the input of the CDS 18 or A / D converter 16 of each column line to the reference voltage Vref once before the read operation of the first row of the frame during each image frame time Is performed.

【0070】例えば、初期化期間中にVref=(Vr
amp+)−(Vramp−)−Vsh=3.5ボルト
−0.5ボルト=3ボルトを使用し得る。次に、A/D
変換動作が、対応するデジタル出力データを各列に対し
て生成するように行われる。3つの列ラインX、Y、お
よびZに対するA/D変換動作の結果がそれぞれ項目
(4)、(5)、および(6)に示されるとする。本発
明は、項目(7)、(8)、および(9)において以下
にリストされるように、項目(4)、(5)、および
(6)のバイナリデータをバイナリ補数に反転させるこ
とによって必要なオフセット値を得るために、項目
(4)、(5)、および(6)におけるデータを使用す
る。
For example, during the initialization period, Vref = (Vr
amp +)-(Vramp-)-Vsh = 3.5 volts-0.5 volts = 3 volts may be used. Next, A / D
A conversion operation is performed to generate corresponding digital output data for each column. Assume that the results of the A / D conversion operation on three column lines X, Y, and Z are shown in items (4), (5), and (6), respectively. The present invention relies on inverting the binary data of items (4), (5), and (6) to binary complement, as listed below in items (7), (8), and (9). Use the data in items (4), (5) and (6) to get the required offset value.

【0071】[0071]

【数2】 (Equation 2)

【0072】上記のバイナリ補数データはそれぞれ、列
ラインX、YおよびZに対応する各ADC回路16内の
各カウンタを初期化するために使用される。つまり、本
発明によれば、初期化期間後であり且つ実際のイメージ
信号のためのA/D変換が行毎に行われる前には、列ラ
インX、ラインY、ラインZに対応する各ADC回路1
6内のカウンタの初期値はそれぞれ0、37および73
である。好適な実施形態では、図10に示される初期化
回路は、A/D変換器内のカウンタに接続され、初期化
回路の出力は、初期化期間中に本発明によるA/D変換
器内のカウンタを初期化するために使用される。図10
では、カウンタからの出力信号を初期化回路のラッチに
ラッチするために、ラッチイネーブル信号が使用され
る。SCTR信号は、ラッチからの出力(IS0、IS
1、...IS7)をイネーブルにして、上述のように
カウンタをプレロードする。
The above binary complement data is used to initialize each counter in each ADC circuit 16 corresponding to the column lines X, Y and Z, respectively. That is, according to the present invention, after the initialization period and before the A / D conversion for the actual image signal is performed for each row, each ADC corresponding to the column line X, the line Y, and the line Z is used. Circuit 1
The initial values of the counters in 6 are 0, 37 and 73, respectively.
It is. In a preferred embodiment, the initialization circuit shown in FIG. 10 is connected to a counter in the A / D converter, and the output of the initialization circuit is used during the initialization period in the A / D converter according to the present invention. Used to initialize the counter. FIG.
In the above, a latch enable signal is used to latch an output signal from a counter in a latch of an initialization circuit. The SCTR signal is output from the latch (IS0, IS0
1,. . . IS7) and preload the counter as described above.

【0073】実際の画像獲得がそれぞれ上述の方法によ
り初期化される前の各列ライン用のADC回路16内の
カウンタの値により、各A/D変換器の寄生効果によっ
て生じる不均一性が最小限となる。
The non-uniformity caused by the parasitic effects of each A / D converter is minimized by the value of the counter in the ADC circuit 16 for each column line before the actual image acquisition is each initialized by the method described above. Is limited.

【0074】例えば、実際のイメージ信号のサンプリン
グ中、上述の列ラインX、ラインY、ラインZのための
ΔVc信号がそれぞれ3ボルトに等しいとき、本発明に
よれば、列ラインXのための得られるA/D出力は0+
255、すなわち255であり得る。同様に、本発明に
よれば、列ラインYのための得られるA/D出力は37
+218、すなわち255であり得る。同様に、本発明
によれば、列ラインZのための得られるA/D出力は7
3+182、すなわち255であり得る。つまり、本発
明ではない場合は、実際のイメージ信号のサンプリング
中、ΔVc=3ボルトに対して、列ラインX、ライン
Y、ラインZのための各A/D出力は、リスト項目
(1)、(2)および(3)に示される出力であり得
る。これに対して、本発明の実施では、列ラインX、ラ
インY、ラインZのための各A/D出力はすべて255
に等しく、すべての列の均一性が予想通りに実現され
る。
For example, during sampling of the actual image signal, if the .DELTA.Vc signals for the column lines X, Y, and Z described above are each equal to 3 volts, the present invention will A / D output is 0+
255, that is, 255. Similarly, according to the present invention, the resulting A / D output for column line Y is 37
+218, or 255. Similarly, according to the present invention, the resulting A / D output for column line Z is 7
3 + 182, or 255. In other words, if the present invention is not the present invention, during sampling of the actual image signal, for ΔVc = 3 volts, each A / D output for column line X, line Y and line Z will be listed in list item (1), It can be the output shown in (2) and (3). In contrast, in the embodiment of the present invention, each A / D output for column line X, line Y, and line Z is 255
And all column uniformity is achieved as expected.

【0075】同様に、本発明が提供されない場合、およ
びΔVc=0.5ボルトで、Vshが±0.5ボルトで
あるときは、8ビットのA/D変換器は対応して以下に
示すような値を有するVocn、Voc+、Voc_を
出力することが仮定される。
Similarly, when the present invention is not provided, and when ΔVc = 0.5 volts and Vsh is ± 0.5 volts, the 8-bit A / D converter will correspond as follows: It is assumed that Voc n , Voc +, and Voc_ having the following values are output.

【0076】[0076]

【数3】 (Equation 3)

【0077】本発明では、実際のイメージ信号のサンプ
リング中に、上述の列ラインX、ラインY、ラインZの
ためのΔVc信号がそれぞれ0.5ボルトに等しいと
き、列ラインXのための得られるA/D出力は0+7
3、すなわち73であり得る。同様に、本発明によれ
ば、列ラインYのための得られるA/D出力は37+3
6、すなわち73であり得る。同様に、本発明によれ
ば、列ラインZのための得られるA/D出力は73+
0、すなわち73であり得る。つまり、本発明ではない
場合、実際のイメージ信号のサンプリング中、ΔVc=
0.5ボルトに対して、それぞれのA/D出力は、リス
ト項目(10)、(11)、および(12)に示される
出力であり得る。これに対して、本発明の実施では、そ
れぞれのA/D出力はすべて73に等しく、すべての列
の均一性が予想通りに実現され得る。
In the present invention, during sampling of the actual image signal, when the .DELTA.Vc signals for column lines X, Y, and Z described above are each equal to 0.5 volts, the resulting value for column line X is obtained. A / D output is 0 + 7
3, ie 73. Similarly, according to the present invention, the resulting A / D output for column line Y is 37 + 3
6, ie 73. Similarly, according to the present invention, the resulting A / D output for column line Z is 73+
0, that is, 73. In other words, when the present invention is not the present invention, ΔVc =
For 0.5 volt, each A / D output may be the output shown in list items (10), (11), and (12). In contrast, in the practice of the invention, the respective A / D outputs are all equal to 73, and uniformity of all columns can be achieved as expected.

【0078】実際の実施においてもっと高い解像度が必
要とされる場合は、ADCカウンタのビット数を、要件
に適合するように8ビットを超えて増大させ得る。図3
に示されるタイプ以外のタイプのADCが利用可能であ
り、これらを使用しても、依然として本発明の精神から
外れることなく本発明の目的を達成し得る。
If higher resolution is required in a practical implementation, the number of bits of the ADC counter can be increased beyond eight bits to meet the requirements. FIG.
Other types of ADCs are available other than those shown, and their use can still achieve the objects of the invention without departing from the spirit of the invention.

【0079】本発明をCMOSタイプのイメージセンサ
チップに適用する場合を例として記述したが、本発明
は、A/D変換器アレイを用いアレイ内の変換器にわた
って出力の均一性を必要とするいかなる回路に対しても
適用可能である点に留意することが重要である。
Although the present invention has been described by way of example for application to a CMOS type image sensor chip, the present invention uses an A / D converter array and requires any output uniformity across the converters in the array. It is important to note that it is also applicable to circuits.

【0080】本発明の好適な実施形態について記述およ
び図示したが、上記の請求の範囲によって規定される本
発明の精神および範囲から外れることなく様々な等価の
改変がなされ得ることは当業者には明白であり得る。
While the preferred embodiment of the invention has been described and illustrated, it will be appreciated by those skilled in the art that various equivalent modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Can be obvious.

【0081】例えば、上述のように図10に例示した回
路を用いてADCのカウンタを初期化する代わりに、各
フレームの初期化期間中に各ADCの出力を相補するこ
とによって初期化値を得てもよい。次に得られた初期化
値はデータラッチ回路に格納される。実際の画像獲得動
作中は、これらの値は次にそれぞれ、追加の加算器回路
によってADCの各出力に加算され、列間の不均一性を
オフセットする。本発明はCMOSセンサへの適用に限
定されるものではなく、様々なタイプのセンサ10を用
いることによって物理的変化または化学的変化を含む、
温度感知、圧力感知などの幅広い範囲の他の信号感知に
適用可能である。
For example, instead of using the circuit illustrated in FIG. 10 to initialize the ADC counter as described above, the initialization value is obtained by complementing the output of each ADC during the initialization period of each frame. You may. Next, the obtained initialization value is stored in the data latch circuit. During the actual image acquisition operation, these values are then each added to the output of the ADC by an additional adder circuit to offset the non-uniformity between columns. The present invention is not limited to application to CMOS sensors, but includes physical or chemical changes by using various types of sensors 10.
It is applicable to a wide range of other signal sensing, such as temperature sensing, pressure sensing, etc.

【0082】N個のA/D変換器にわたる不均一性を最
小限に抑えるために、単一チップCMOS型イメージセ
ンサのN個のA/D変換器の対応するセット(Nは、1
より大きい整数)のA/D変換器内のカウンタを初期化
する方法を提供する。
In order to minimize non-uniformity across the N A / D converters, a corresponding set of N A / D converters of a single chip CMOS image sensor (where N is 1
A method for initializing a counter in an A / D converter (with a larger integer) is provided.

【0083】単一チップCMOS型イメージセンサは、
N個のアナログ信号をそれぞれ出力するためのN列の出
力ラインを有する画像感知アレイ、およびそれぞれがN
個のアナログ信号の1つにそれぞれ対応するN個のデジ
タル信号を生成するための信号処理装置を有する。信号
処理装置は、N個の入力ラインおよびそれぞれがN個の
デジタル信号の1つを生成するためのそれぞれのカウン
タを有するN個のA/D変換器を有する。方法は、信号
処理装置のN個の入力ラインのそれぞれに所定の基準電
圧を印加し、各セットのA/D変換器に対応する補償値
を得るステップを含む。方法はさらに、各対応するセッ
トのA/D変換器のカウンタに、N個のデジタル信号を
生成する前に、各セットのA/D変換器に対応する補償
値をロードすることを含む。
The single-chip CMOS image sensor is
An image sensing array having N columns of output lines for respectively outputting N analog signals;
A signal processing device for generating N digital signals respectively corresponding to one of the analog signals. The signal processing device has N input lines and N A / D converters each having a respective counter for generating one of the N digital signals. The method includes applying a predetermined reference voltage to each of the N input lines of the signal processing device to obtain a compensation value corresponding to each set of A / D converters. The method further includes loading counters of each corresponding set of A / D converters with a compensation value corresponding to each set of A / D converters before generating the N digital signals.

【0084】[0084]

【発明の効果】N個のA/D変換器にわたる不均一性を
最小限に抑えるために、単一チップCMOS型イメージ
センサのN個のA/D変換器の対応するセット(Nは、
1より大きい整数)のA/D変換器内のカウンタを初期
化する。
In order to minimize non-uniformity across the N A / D converters, a corresponding set of N A / D converters of a single chip CMOS image sensor (where N is
Initialize a counter in the A / D converter (an integer greater than 1).

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

【図1】従来技術による640×480CMOSアクテ
ィブ画素イメージセンサのブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram of a conventional 640 × 480 CMOS active pixel image sensor.

【図2】従来技術によるアクティブ画素セルの模式図お
よびその基本的動作タイミングである。
FIG. 2 is a schematic view of a conventional active pixel cell and its basic operation timing.

【図3】従来技術による8ビットA/D変換器の機能ブ
ロック図およびその基準ランプタイミング図である。
FIG. 3 is a functional block diagram of an 8-bit A / D converter according to the related art and a reference ramp timing diagram thereof.

【図4】従来技術によるアナログ信号クリティカルパス
を示す簡略化された模式図である。
FIG. 4 is a simplified schematic diagram showing an analog signal critical path according to the prior art.

【図5】従来技術による2つの連続する行ライン内の画
素についての読み出し動作タイミング図である。
FIG. 5 is a timing chart of read operation for pixels in two consecutive row lines according to the related art.

【図6a】寄生効果の歪みを低減する本アプリケーショ
ンのある好適な実施形態の簡略化された模式図である。
FIG. 6a is a simplified schematic diagram of a preferred embodiment of the present application for reducing distortion of parasitic effects.

【図6b】図6aの動作タイミング図である。FIG. 6b is an operation timing diagram of FIG. 6a.

【図7a】寄生効果の歪みを低減する本アプリケーショ
ンの別の好適な実施形態の簡略化された模式ブロック図
である。
FIG. 7a is a simplified schematic block diagram of another preferred embodiment of the present application for reducing distortion of parasitic effects.

【図7b】図7aの動作タイミング図である。FIG. 7b is an operation timing diagram of FIG. 7a.

【図8a】寄生効果の歪みを低減する本アプリケーショ
ンの別の好適な実施形態の模式ブロック図である。
FIG. 8a is a schematic block diagram of another preferred embodiment of the present application for reducing distortion of parasitic effects.

【図8b】図8aに対応する読み出し動作のタイミング
図である。
FIG. 8B is a timing chart of a read operation corresponding to FIG. 8A.

【図9】8ビットADC基準ランプタイミング図であ
る。
FIG. 9 is an 8-bit ADC reference ramp timing diagram.

【図10】好適な実施形態による、初期化回路が、例え
ばカウンタの初期化を実行する様子を示す図である。
FIG. 10 illustrates how the initialization circuit performs, for example, initialization of a counter, according to a preferred embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

13 シフトレジスタ 14 列ライン 16 A/D回路 18 CDS回路 24 内部列ライン 60 差動増幅器 13 shift register 14 column line 16 A / D circuit 18 CDS circuit 24 internal column line 60 differential amplifier

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 599121942 12th Fl., No. 214, Se c. 1,Ho pin East R d., Taipei, Taiwan (72)発明者 李學能 台湾, 台北, ホ ピン イースト ロ ード, セクション 1, ナンバー214, 12ティーエイチ フロア Fターム(参考) 5C024 AA01 CA05 CA14 FA01 GA01 GA31 HA06 HA07 HA14 HA17 HA23 JA04  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (71) Applicant 599121942 12th Fl. , No. 214, Sec. 1, Hopin East R d. , Taipei, Taiwan (72) Inventor Li Xian No Taiwan, Taipei, Hopin East Road, Section 1, Number 214, 12 T F Floor F Term (Reference) 5C024 AA01 CA05 CA14 FA01 GA01 GA31 HA06 HA07 HA14 HA17 HA23 JA04

Claims (43)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 イメージセンサ装置であって、 N個のアナログ信号をそれぞれ出力するN列の出力ライ
ンを有するイメージ感知アレイであって、Nは1より大
きい整数である、イメージ感知アレイと、 それぞれがN個のアナログ信号のうちの1つの信号に対
応するN個のデジタル信号を生成するN個の入力ライン
を有する信号処理手段と、 それぞれが該N個のデジタル信号のうちの1つの信号を
生成するカウンタを含むN個のA/D変換器を備え、該
N個のデジタル信号が生成される前の初期化期間中は、
所定の基準電圧が該N個のA/D変換器の入力に接続さ
れ、該N個のA/D変換器のそれぞれに対応する補償値
が得られ、その結果該N個のA/D変換器それぞれの該
カウンタが該補償値により初期化されて、該対応するA
/D変換器の該デジタル出力を補償し、これにより該信
号処理手段内の素子の非均一性を均衡化する、イメージ
センサ装置。
1. An image sensor array, comprising: an image sensing array having N columns of output lines each outputting N analog signals, wherein N is an integer greater than 1. Signal processing means having N input lines for generating N digital signals corresponding to one of the N analog signals, each for processing one of the N digital signals. N A / D converters including a generating counter are provided, and during an initialization period before the N digital signals are generated,
A predetermined reference voltage is connected to the inputs of the N A / D converters to obtain a compensation value corresponding to each of the N A / D converters, resulting in the N A / D converters. The counter of each device is initialized with the compensation value and the corresponding A
An image sensor device that compensates for the digital output of a / D converter, thereby balancing non-uniformity of elements in the signal processing means.
【請求項2】 前記信号処理手段は、それぞれが前記補
償値を前記対応するカウンタにロードして、該対応する
カウンタの前記デジタル出力を補償する、N個の初期化
回路をさらに備えている、請求項1に記載のイメージセ
ンサ装置。
2. The signal processing means further comprises N initialization circuits, each of which loads the compensation value into the corresponding counter and compensates for the digital output of the corresponding counter. The image sensor device according to claim 1.
【請求項3】 前記信号処理手段は、それぞれが前記補
償値を前記対応するカウンタの前記出力にラッチおよび
加算して、該対応するカウンタの前記デジタル出力を補
償する、N個の初期化回路をさらに備えている、請求項
1に記載のイメージセンサ装置。
3. The signal processing means includes N initialization circuits, each latching and adding the compensation value to the output of the corresponding counter to compensate for the digital output of the corresponding counter. The image sensor device according to claim 1, further comprising:
【請求項4】 前記信号処理手段は、 それぞれが前記N個のアナログ信号のうちの対応する信
号に応答してサンプリングされたアナログ信号を生成す
る、該信号処理手段の前記N個の入力ラインに接続され
るN個のサンプリング回路をさらに備えている、請求項
1に記載のイメージセンサ装置。
4. The signal processing means, wherein each of the N input lines of the signal processing means generates a sampled analog signal in response to a corresponding one of the N analog signals. 2. The image sensor device according to claim 1, further comprising N connected sampling circuits.
【請求項5】 前記N個のA/D変換器のそれぞれが基
準ランプ信号を受け取る第1の入力端子と、前記サンプ
リングされたアナログ信号を受け取る第2の入力端子と
を有する、請求項4に記載のイメージセンサ装置。
5. The method according to claim 4, wherein each of said N A / D converters has a first input terminal for receiving a reference ramp signal and a second input terminal for receiving said sampled analog signal. An image sensor device according to claim 1.
【請求項6】 前記サンプリング回路のそれぞれが第1
の入力端子と第2の入力端子とを備え、前記初期化期間
中、前記N個のA/D変換器のそれぞれに対応する前記
補償値が前記A/D変換器の前記出力で得られるよう
に、前記所定の基準電圧が該第1および第2の入力端子
を通して印加される、請求項4に記載のイメージセンサ
装置。
6. Each of said sampling circuits is a first
And a second input terminal, wherein the compensation value corresponding to each of the N A / D converters is obtained at the output of the A / D converter during the initialization period. 5. The image sensor device according to claim 4, wherein the predetermined reference voltage is applied through the first and second input terminals.
【請求項7】 前記初期化期間中、前記A/D変換器の
各セットに対応する前記補償値が、該A/D変換器の前
記出力で得られるように、前記所定の基準電圧が、前記
サンプリング回路のそれぞれの出力に印加される、請求
項4に記載のイメージセンサ装置。
7. The method of claim 6, wherein during the initialization period, the predetermined reference voltage is such that the compensation value corresponding to each set of the A / D converter is obtained at the output of the A / D converter. The image sensor device according to claim 4, wherein the image sensor device is applied to each output of the sampling circuit.
【請求項8】 前記信号感知アレイはイメージ感知アレ
イである、請求項1に記載のイメージセンサ装置。
8. The image sensor device according to claim 1, wherein the signal sensing array is an image sensing array.
【請求項9】 前記基準電圧は(Vramp+)−(V
ramp-)−Vshに等しく、ここでVshは、前記
A/D変換器によって生じるオフセット電圧より大きい
かまたは該オフセット電圧に少なくとも等しく、 Vr
amp+は前記基準ランプ信号の最高値であり、 Vr
amp-は該基準ランプ信号の最低値である、請求項5
に記載のイメージセンサ装置。
9. The reference voltage is (Vramp +) − (V
ramp-)-Vsh, where Vsh is greater than or at least equal to the offset voltage produced by the A / D converter;
amp + is the highest value of the reference ramp signal;
The amp- is the lowest value of said reference ramp signal.
An image sensor device according to claim 1.
【請求項10】 前記補償値は、前記初期化期間中に前
記基準電圧が印加されるとき、対応するA/D変換器か
らの前記デジタル信号に対するバイナリ補数である、請
求項1に記載のイメージセンサ装置。
10. The image of claim 1, wherein said compensation value is a binary complement to said digital signal from a corresponding A / D converter when said reference voltage is applied during said initialization period. Sensor device.
【請求項11】 前記イメージセンサはCMOSタイプ
のイメージセンサである、請求項8に記載のイメージセ
ンサ装置。
11. The image sensor device according to claim 8, wherein the image sensor is a CMOS type image sensor.
【請求項12】 前記CMOSタイプのイメージセンサ
はモノリシックCMOSタイプのイメージセンサであ
る、請求項11に記載のイメージセンサ装置。
12. The image sensor device according to claim 11, wherein said CMOS type image sensor is a monolithic CMOS type image sensor.
【請求項13】 N個のアナログ信号をそれぞれ出力す
るためのN列の出力ラインを有する画像感知アレイと、
N個の入力ラインおよびそれぞれがN個のアナログ信号
の1つに対応するN個のデジタル信号を生成するための
N個のA/D変換器を有する信号処理手段とを有する信
号センサ装置を初期化する方法であって、 (a)該N個のアナログ信号を生成する前の初期化期間
に、所定の基準電圧を該信号処理手段の該N個のA/D
変換器の出力に結合させ、各セットのA/D変換器に対
応する補償値をそれぞれの該N個のA/D変換器の該出
力で得るステップと、 (b)該N個のアナログ信号を生成する前に、該N個の
A/D変換器のそれぞれにおけるカウンタを該対応する
補償値で初期化し、該対応するA/D変換器のデジタル
出力を補償し、それによって、該信号処理手段内の素子
の不均一性を均衡化するステップと、 を包含する方法。
13. An image sensing array having N columns of output lines for respectively outputting N analog signals;
A signal processing device having N input lines and signal processing means having N A / D converters for generating N digital signals each corresponding to one of the N analog signals. (A) applying a predetermined reference voltage to the N A / Ds of the signal processing means during an initialization period before generating the N analog signals;
Coupling to the output of the converter to obtain at the output of each of the N A / D converters a compensation value corresponding to each set of A / D converters; and (b) the N analog signals. , The counter in each of the N A / D converters is initialized with the corresponding compensation value to compensate for the digital output of the corresponding A / D converter, and thereby the signal processing Balancing the non-uniformity of the elements in the means.
【請求項14】 前記ステップ(b)が、前記補償値
を、1つの対応するカウンタにロードし、N個のサンプ
リング回路によって該カウンタからのデジタル信号出力
を補償するステップをさらに含む、請求項13に記載の
方法。
14. The method according to claim 13, wherein said step (b) further comprises the step of loading said compensation value into one corresponding counter and compensating a digital signal output from said counter with N sampling circuits. The method described in.
【請求項15】 前記ステップ(b)が、前記補償値を
ラッチし、Nセットのサンプリング回路によって前記対
応するカウンタの前記出力に該補償値を加えるステップ
をさらに含む、請求項13に記載の方法。
15. The method of claim 13, wherein step (b) further comprises the step of latching the compensation value and adding the compensation value to the output of the corresponding counter by N sets of sampling circuits. .
【請求項16】 前記ステップ(a)の前に、前記N個
のサンプリング回路によって前記N個のアナログ信号の
それぞれをサンプリングし、該アナログ信号に対応する
サンプリングされたアナログ信号をそれぞれ生成するス
テップをさらに含む、請求項13に記載の方法。
16. The method according to claim 16, further comprising: before the step (a), sampling each of the N analog signals by the N sampling circuits and generating a sampled analog signal corresponding to the analog signal. 14. The method of claim 13, further comprising:
【請求項17】 前記N個のA/D変換器のそれぞれ
が、基準ランプ信号を受信するための第1の入力端子お
よび該サンプリングされたアナログ信号を受信するため
の第2の入力端子を有する、請求項16に記載の方法。
17. Each of the N A / D converters has a first input terminal for receiving a reference ramp signal and a second input terminal for receiving the sampled analog signal. 17. The method of claim 16, wherein:
【請求項18】 前記ステップ(b)が、前記所定の基
準電圧を、前記初期化期間の間に、前記サンプリング回
路のそれぞれの前記第1の入力端子および第2の入力端
子にわたって印加し、各セットのA/D変換器に対応す
る前記補償値を、該A/D変換器の出力で得るステップ
をさらに含む、請求項16に記載の方法。
18. The method according to claim 18, wherein the step (b) comprises applying the predetermined reference voltage during the initialization period across the first input terminal and the second input terminal of each of the sampling circuits. 17. The method of claim 16, further comprising obtaining at the output of the A / D converter the compensation value corresponding to a set of A / D converters.
【請求項19】 前記ステップ(b)が、前記所定の基
準電圧を、前記初期化期間の間に、前記サンプリング回
路のそれぞれの出力にわたって印加し、前記N個のA/
D変換器のそれぞれに対応する前記補償値を、該A/D
変換器の出力で得るステップをさらに含む、請求項16
に記載の方法。
19. The method according to claim 19, wherein the step (b) includes applying the predetermined reference voltage across respective outputs of the sampling circuit during the initialization period, and
The compensation value corresponding to each of the D / D converters is calculated by the A / D
17. The method of claim 16, further comprising obtaining at an output of the converter.
The method described in.
【請求項20】 前記信号感知アレイが画像感知アレイ
である、請求項13に記載の方法。
20. The method of claim 13, wherein said signal sensing array is an image sensing array.
【請求項21】 前記基準電圧は(Vramp+)−
(Vramp−)−Vshであり、Vshは、前記A/
D変換器によって生じるオフセット電圧よりも大きいか
または少なくとも等しく、Vramp+は、該基準ラン
プ信号の最も高い値であり、Vramp−は、該基準ラ
ンプ信号の最も低い値である、請求項17に記載の方
法。
21. The reference voltage is (Vramp +) −
(Vramp-)-Vsh, where Vsh is the A /
18. The ramp of claim 17, wherein Vramp + is the highest value of the reference ramp signal and Vramp- is the lowest value of the reference ramp signal, greater than or at least equal to the offset voltage produced by the D-converter. Method.
【請求項22】 前記補償値が、前記基準電圧が印加さ
れるときの前記対応するA/D変換器からの前記デジタ
ル信号に対してバイナリ補数である、請求項13に記載
の方法。
22. The method of claim 13, wherein the compensation value is a binary complement of the digital signal from the corresponding A / D converter when the reference voltage is applied.
【請求項23】 前記イメージセンサ装置が、CMOS
型イメージセンサである、請求項20に記載の方法。
23. The image sensor device, wherein the image sensor device is a CMOS.
21. The method according to claim 20, which is a type image sensor.
【請求項24】 請求項23に記載のイメージセンサで
あって、前記CMOS型イメージセンサが、モノリシッ
クCMOS型イメージセンサであるイメージセンサ。
24. The image sensor according to claim 23, wherein the CMOS image sensor is a monolithic CMOS image sensor.
【請求項25】 N個のアナログ信号をそれぞれ出力す
るためのN列の出力ラインを有する信号感知手段を有す
る信号センサ装置において使用される信号処理手段であ
って、それぞれが該N個のアナログ信号の1つに対応す
るN個のデジタル信号を生成するためのN個の入力ライ
ンを有し、 それぞれが該N個のデジタル信号の1つを生成するため
のカウンタをそれぞれ有するN個のA/D変換器をさら
に有し、該N個のデジタル信号が生成される前の初期化
期間において、所定の基準電圧が該N個のA/D変換器
の入力に結合され、該N個のA/D変換器のそれぞれに
対応する補償値が得られ、該N個のA/D変換器のそれ
ぞれにおける該カウンタが、該補償値で初期化され、該
対応するA/D変換器の該デジタル出力を補償し、それ
によって、該信号処理手段内の素子の不均一性を均衡化
する、信号処理手段。
25. Signal processing means for use in a signal sensor device having signal sensing means having N columns of output lines for respectively outputting N analog signals, each of said N analog signals. N input / output lines for generating N digital signals corresponding to one of the N digital signals, each having a counter for generating one of the N digital signals. A D-converter, wherein a predetermined reference voltage is coupled to an input of the N A / D converters during an initialization period before the N digital signals are generated; A compensation value corresponding to each of the A / D converters is obtained, the counter in each of the N A / D converters is initialized with the compensation value, and the digital value of the corresponding A / D converter is obtained. Compensates for the output, thereby , Balancing the non-uniformity of elements within the signal processing means, signal processing means.
【請求項26】 それぞれが前記補償値を前記対応する
カウンタにロードし、該対応するカウンタの前記デジタ
ル出力を補償するN個の初期化回路をさらに有する、請
求項25に記載の信号処理手段。
26. The signal processing means according to claim 25, further comprising N initialization circuits each loading said compensation value into said corresponding counter and compensating said digital output of said corresponding counter.
【請求項27】 それぞれが前記補償値をラッチし、該
補償値を前記対応するカウンタの前記出力に加え、該対
応するカウンタの前記デジタル出力を補償するN個の初
期化回路をさらに有する、請求項25に記載の信号処理
手段。
27. N initialization circuits each latching the compensation value, adding the compensation value to the output of the corresponding counter, and compensating the digital output of the corresponding counter. Item 29. The signal processing means according to Item 25.
【請求項28】 それぞれが、前記N個のアナログ信号
の対応する1つに応答して、サンプリングされたアナロ
グ信号を生成するN個のサンプリング回路をさらに有す
る、請求項25に記載の信号処理手段。
28. The signal processing means of claim 25, further comprising N sampling circuits each generating a sampled analog signal in response to a corresponding one of said N analog signals. .
【請求項29】 前記N個のA/D変換器のそれぞれ
が、基準ランプ信号を受信するための第1の入力端子お
よび該サンプリングされたアナログ信号を受信するため
の第2の入力端子を有する、請求項28に記載の信号処
理手段。
29. Each of the N A / D converters has a first input terminal for receiving a reference ramp signal and a second input terminal for receiving the sampled analog signal. The signal processing means according to claim 28.
【請求項30】 前記サンプリング回路のそれぞれが、
第1の入力端子および第2の入力端子を有し、前記初期
化期間に、前記所定の基準電圧が、該第1の入力端子お
よび該第2の入力端子にわたって印加され、前記N個の
A/D変換器のそれぞれに対応する前記補償値が該A/
D変換器の出力で得られる、請求項28に記載の信号処
理手段。
30. Each of said sampling circuits:
A first input terminal and a second input terminal, wherein the predetermined reference voltage is applied across the first input terminal and the second input terminal during the initialization period; The compensation value corresponding to each of the A / D converters is A / D converter.
29. The signal processing means according to claim 28, obtained at the output of the D converter.
【請求項31】 前記信号感知手段が画像感知アレイで
ある、請求項25に記載の信号処理手段。
31. The signal processing means according to claim 25, wherein said signal sensing means is an image sensing array.
【請求項32】 前記基準電圧は(Vramp+)−
(Vramp−)−Vshであり、Vshは、前記A/
D変換器によって生じるオフセット電圧よりも大きいか
または少なくとも等しく、Vramp+は、前記基準ラ
ンプ信号の最も高い値であり、Vramp−は、該基準
ランプ信号の最も低い値である、請求項31に記載の信
号処理手段。
32. The reference voltage is (Vramp +) −
(Vramp-)-Vsh, where Vsh is the A /
32. The ramp of claim 31, wherein Vramp + is the highest value of the reference ramp signal and Vramp- is the lowest value of the reference ramp signal, greater than or at least equal to the offset voltage created by the D-converter. Signal processing means.
【請求項33】 前記補償値が、前記初期化期間に前記
基準電圧が印加されるときの前記対応するA/D変換器
からの前記デジタル信号に対してバイナリ補数である、
請求項25に記載の装置。
33. The compensation value is a binary complement of the digital signal from the corresponding A / D converter when the reference voltage is applied during the initialization period.
An apparatus according to claim 25.
【請求項34】 N個のアナログ信号をそれぞれ出力す
るためのN列の出力ラインを有する信号センサ手段と、
N個の入力ラインを有し、それぞれが該N個のアナログ
信号の1つにそれぞれ対応するNデジタル信号を生成す
るためのN個のA/D変換器を有する信号処理手段とを
備えた信号感知装置において、該信号処理手段内の素子
の不均一性を最小限に抑えるために、該信号処理手段内
の該N個のA/D変換器の対応する1つの中のカウンタ
を初期化する方法であって、 (i)該N個のアナログ信号を生成する前の初期化期間
に、所定の基準電圧を該信号処理手段の該N個のA/D
変換器の出力に結合させ、該N個のA/D変換器のそれ
ぞれに対応する補償値を各セットのA/D変換器の出力
で得るステップと、 (ii)該N個のアナログ信号を生成する前に、該N個
のA/D変換器のそれぞれにおける該カウンタを該対応
する補償値で初期化し、該対応するA/D変換器の該デ
ジタル出力を補償し、それによって、該信号処理手段内
の素子の不均一性を均衡化するステップと、 を包含する方法。
34. Signal sensor means having N columns of output lines for respectively outputting N analog signals;
Signal processing means having N input lines, each having N A / D converters for generating N digital signals each corresponding to one of the N analog signals. In the sensing device, initialize a counter in a corresponding one of the N A / D converters in the signal processing means to minimize non-uniformity of elements in the signal processing means. (I) applying a predetermined reference voltage to the N A / Ds of the signal processing means during an initialization period before generating the N analog signals;
Coupling to the output of the converter to obtain at the output of each set of A / D converters a compensation value corresponding to each of the N A / D converters; Prior to generating, the counter in each of the N A / D converters is initialized with the corresponding compensation value to compensate for the digital output of the corresponding A / D converter, thereby producing the signal Balancing the non-uniformity of the elements in the processing means.
【請求項35】 前記ステップ(ii)が、N個の初期
化回路によって、前記補償値を1つの対応するカウンタ
にロードし、該カウンタからの前記デジタル信号出力を
補償するステップをさらに含む、請求項34に記載の方
法。
35. The step (ii) further comprising loading the compensation value into one corresponding counter by N initialization circuits and compensating the digital signal output from the counter. Item 34. The method according to Item 34.
【請求項36】 前記ステップ(ii)が、N個の初期
化回路によって、前記補償値をラッチし、前記対応する
カウンタの出力に該補償値を加えるステップをさらに含
む、請求項34に記載の方法。
36. The method of claim 34, wherein step (ii) further comprises the step of latching the compensation value by N initialization circuits and adding the compensation value to the output of the corresponding counter. Method.
【請求項37】 前記ステップ(i)の前に、前記N個
のサンプリング回路によって前記N個のアナログ信号の
それぞれをサンプリングし、該アナログ信号に対応する
サンプリングされたアナログ信号をそれぞれ生成するス
テップをさらに含む、請求項34に記載の方法。
37. Before the step (i), a step of sampling each of the N analog signals by the N sampling circuits and generating a sampled analog signal corresponding to the analog signal, respectively. 35. The method of claim 34, further comprising:
【請求項38】 前記N個のA/D変換器のそれぞれ
が、基準ランプ信号を受信するための第1の入力端子お
よび前記サンプリングされたアナログ信号を受信するた
めの第2の入力端子を有する、請求項37に記載の方
法。
38. Each of the N A / D converters has a first input terminal for receiving a reference ramp signal and a second input terminal for receiving the sampled analog signal. 38. The method of claim 37.
【請求項39】 前記ステップ(ii)が、前記所定の
基準電圧を、前記初期化期間の間に、前記サンプリング
回路のそれぞれの前記第1の入力端子および第2の入力
端子にわたって印加し、前記N個のA/D変換器のそれ
ぞれに対応する前記補償値を、該A/D変換器の前記出
力で得るステップをさらに含む、請求項37に記載の方
法。
39. The method according to claim 39, wherein the step (ii) comprises applying the predetermined reference voltage over the first input terminal and the second input terminal of each of the sampling circuits during the initialization period. 38. The method of claim 37, further comprising obtaining at the output of the A / D converter the compensation value corresponding to each of the N A / D converters.
【請求項40】 前記ステップ(ii)が、前記所定の
基準電圧を、前記初期化期間の間に、前記サンプリング
回路のそれぞれの出力にわたって印加し、前記N個のA
/D変換器のそれぞれに対応する前記補償値を、前記A
/D変換器の出力で得るステップをさらに含む、請求項
37に記載の方法。
40. The step (ii) of applying the predetermined reference voltage across respective outputs of the sampling circuit during the initialization period,
The compensation value corresponding to each of the
38. The method of claim 37, further comprising obtaining at an output of the / D converter.
【請求項41】 前記信号感知アレイが画像感知アレイ
である、請求項34に記載の方法。
41. The method of claim 34, wherein said signal sensing array is an image sensing array.
【請求項42】 前記基準電圧は(Vramp+)−
(Vramp−)−Vshであり、Vshは、前記A/
D変換器によって生じるオフセット電圧よりも大きいか
または少なくとも等しく、Vramp+は、前記基準ラ
ンプ信号の最も高い値であり、Vramp−は、該基準
ランプ信号の最も低い値である、請求項38に記載の方
法。
42. The reference voltage is (Vramp +) −
(Vramp-)-Vsh, where Vsh is the A /
39. The ramp of claim 38, wherein Vramp + is the highest value of the reference ramp signal and Vramp- is the lowest value of the reference ramp signal, greater than or at least equal to the offset voltage created by the D-converter. Method.
【請求項43】 前記補償値が、前記基準電圧が印加さ
れるときの前記対応するA/D変換器からの前記デジタ
ル信号に対してバイナリ補数である、請求項33に記載
の方法。
43. The method of claim 33, wherein said compensation value is a binary complement of said digital signal from said corresponding A / D converter when said reference voltage is applied.
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