JP2001251558A - 高感度ｃｍｏｓ画像センサのためのインタレース型交互ピクセル設計 - Google Patents
高感度ｃｍｏｓ画像センサのためのインタレース型交互ピクセル設計Info
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
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- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
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- H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 改善された感度、ダイナミックレンジ、解像
度を有するＣＭＯＳ画像センサを提供する。 【解決手段】 本発明の画像センサは、入射した画像の
光を検出し、該画像を標準テレビジョンフォーマットに
変換し、ロウおよびカラム状に配置された複数の第１お
よび第２の光検出素子であって、該光検出素子の各々に
それぞれ入射した光の強度に応じたアナログ信号をそれ
ぞれ生成する光検出素子を含み、各ロウ内の該第１およ
び第２の光検出素子が、交互に配置され、第１の読み出
し線によってアクティブにされて、奇数フィールド信号
を生成すること、ならびに、鋸刃状に配置された２つの
隣接するロウ内の該第１および第２の光検出素子が、第
２の読み出し線によってアクティブにされて、偶数フィ
ールド信号を生成することを特徴とする。
度を有するＣＭＯＳ画像センサを提供する。 【解決手段】 本発明の画像センサは、入射した画像の
光を検出し、該画像を標準テレビジョンフォーマットに
変換し、ロウおよびカラム状に配置された複数の第１お
よび第２の光検出素子であって、該光検出素子の各々に
それぞれ入射した光の強度に応じたアナログ信号をそれ
ぞれ生成する光検出素子を含み、各ロウ内の該第１およ
び第２の光検出素子が、交互に配置され、第１の読み出
し線によってアクティブにされて、奇数フィールド信号
を生成すること、ならびに、鋸刃状に配置された２つの
隣接するロウ内の該第１および第２の光検出素子が、第
２の読み出し線によってアクティブにされて、偶数フィ
ールド信号を生成することを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＭＯＳタイプの
画像センサーに関し、詳細には、ＣＭＯＳタイプの画像
センサーの感度および画質を向上するための特別なピク
セル配列に関する。
画像センサーに関し、詳細には、ＣＭＯＳタイプの画像
センサーの感度および画質を向上するための特別なピク
セル配列に関する。
【０００２】
【従来の技術】画像センサーは、センサーで結像した光
学的画像を電気信号に変換するために用いられる。画像
センサーは、典型的に光検出素子のアレイを含み、各素
子は、画像がアレイで結像されるときに、その素子に当
たっている画像の輝度に応答して、アナログ信号を生成
する。センサーアレイからの信号は、次いで、モニター
に対応する画像を表示するために用いられ得る。
学的画像を電気信号に変換するために用いられる。画像
センサーは、典型的に光検出素子のアレイを含み、各素
子は、画像がアレイで結像されるときに、その素子に当
たっている画像の輝度に応答して、アナログ信号を生成
する。センサーアレイからの信号は、次いで、モニター
に対応する画像を表示するために用いられ得る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】周知のタイプの画像セ
ンサーの１つが、電荷結合素子（ＣＣＤ）である。ＣＣ
Ｄ画像センサーを含む集積回路チップは、特殊な製造プ
ロセスが必要とされるので高価である。ＣＣＤはまた、
必要なクロック信号、および通常必要とされる高い電圧
のために、比較的大きな電力消費を伴う。ＣＣＤ画像セ
ンサーと比較して、制御、駆動、および信号処理の回路
を単一のセンサーチップへとモノリシックに統合する能
力があるため、ＣＭＯＳアクティブピクセルセンサー
（ＡＰＳ）が、最近大いに注目を集めてきた。ＣＭＯＳ
ＡＰＳ画像装置の利点には、従来のＣＣＤと比較する
と、低電圧での作動、低電力消費、オンチップエレクト
ロニクスとのプロセスの互換性、および潜在的により低
価格であることがあげられる。これは、標準的なＣＭＯ
Ｓの製造プロセスが広く利用可能であることに由来す
る。
ンサーの１つが、電荷結合素子（ＣＣＤ）である。ＣＣ
Ｄ画像センサーを含む集積回路チップは、特殊な製造プ
ロセスが必要とされるので高価である。ＣＣＤはまた、
必要なクロック信号、および通常必要とされる高い電圧
のために、比較的大きな電力消費を伴う。ＣＣＤ画像セ
ンサーと比較して、制御、駆動、および信号処理の回路
を単一のセンサーチップへとモノリシックに統合する能
力があるため、ＣＭＯＳアクティブピクセルセンサー
（ＡＰＳ）が、最近大いに注目を集めてきた。ＣＭＯＳ
ＡＰＳ画像装置の利点には、従来のＣＣＤと比較する
と、低電圧での作動、低電力消費、オンチップエレクト
ロニクスとのプロセスの互換性、および潜在的により低
価格であることがあげられる。これは、標準的なＣＭＯ
Ｓの製造プロセスが広く利用可能であることに由来す
る。
【０００４】しかしながら、ＣＭＯＳ画像センサーが、
逆に性能を下げるノイズに弱いことは周知である。この
ノイズには、画像データのサンプリングと関連づけられ
たＫＴＣノイズ、画像信号を増幅するために用いられる
回路と関連づけられたｌ／ｆノイズ、および主にアレイ
内のカラムの間に見られる、不均一性と関連づけられた
固定パターンのノイズが含まれる。これらのノイズは、
ＣＭＯＳアクティブセンサーがＣＣＤと比較して、より
低い感度、またはより低いダイナミックレンジを有する
ことになる大きな主因となる。
逆に性能を下げるノイズに弱いことは周知である。この
ノイズには、画像データのサンプリングと関連づけられ
たＫＴＣノイズ、画像信号を増幅するために用いられる
回路と関連づけられたｌ／ｆノイズ、および主にアレイ
内のカラムの間に見られる、不均一性と関連づけられた
固定パターンのノイズが含まれる。これらのノイズは、
ＣＭＯＳアクティブセンサーがＣＣＤと比較して、より
低い感度、またはより低いダイナミックレンジを有する
ことになる大きな主因となる。
【０００５】図１Ａは、単一の集積回路チップに形成さ
れた５１２×５１２のアクティブピクセルの従来のＣＭ
ＯＳ画像センサーの構造を示す。従来のＣＭＯＳ画像セ
ンサーのいくつかの例が、米国特許出願番号第０９／１
０３，９５９号、「ＩＮＴＥＲＬＡＣＥ ＯＶＥＲＬＡ
Ｐ ＰＩＸＥＬ ＤＥＳＩＧＮ ＦＯＲ ＨＩＧＨＳＥ
ＮＳＩＴＩＶＩＴＹ ＣＭＯＳ ＩＭＡＧＥ ＳＥＮＳ
ＯＲＳ」と題された米国特許出願、（これらは共に、本
願と同じ譲受人に譲渡されている）、および米国特許番
号第５，９００，６２３号で見られる。画像センサーコ
ア１９は、図１Ｂに示す同様の回路を含む光検出素子１
０の二次元ピクセルアレイを含む。感知するときには、
画像の異なる部分が各光検出素子１０に当たるように、
画像が画像センサーコア１９で結像される。図１Ｂに示
すとおり、各光検出素子１０は、フォトダイオード２
０、またはフォトゲート（ｐｈｏｔｏｇａｔｅ）、バイ
ポーラフォトトランジスタ、その他等の同等の光検出素
子（伝導する電流が、光検出素子の接合部に当たる光の
輝度と比例する）を含む。
れた５１２×５１２のアクティブピクセルの従来のＣＭ
ＯＳ画像センサーの構造を示す。従来のＣＭＯＳ画像セ
ンサーのいくつかの例が、米国特許出願番号第０９／１
０３，９５９号、「ＩＮＴＥＲＬＡＣＥ ＯＶＥＲＬＡ
Ｐ ＰＩＸＥＬ ＤＥＳＩＧＮ ＦＯＲ ＨＩＧＨＳＥ
ＮＳＩＴＩＶＩＴＹ ＣＭＯＳ ＩＭＡＧＥ ＳＥＮＳ
ＯＲＳ」と題された米国特許出願、（これらは共に、本
願と同じ譲受人に譲渡されている）、および米国特許番
号第５，９００，６２３号で見られる。画像センサーコ
ア１９は、図１Ｂに示す同様の回路を含む光検出素子１
０の二次元ピクセルアレイを含む。感知するときには、
画像の異なる部分が各光検出素子１０に当たるように、
画像が画像センサーコア１９で結像される。図１Ｂに示
すとおり、各光検出素子１０は、フォトダイオード２
０、またはフォトゲート（ｐｈｏｔｏｇａｔｅ）、バイ
ポーラフォトトランジスタ、その他等の同等の光検出素
子（伝導する電流が、光検出素子の接合部に当たる光の
輝度と比例する）を含む。
【０００６】露光サイクルの開始時には、アクセストラ
ンジスタＴ３が、読み出し信号（ＲＤ）がインアクティ
ブ状態であるためにオフにされるので、内部カラムライ
ン２４が絶縁される。フォトダイオード２０は、最初
は、ロウアドレスシフトレジスタ（図示せず）から出力
されるリセット信号ＲＳＴのアクティブハイ状態により
オンされるリセットトランジスタＴ１により、Ｖｒｅｆ
レベル付近の値にリセットされる。従来のＣＭＯＳ画像
コア１９の全ての動作は、同一出願人により１９９８年
６月２４日に出願された米国特許出願番号第０９／１０
３，９５９号を参照して例示され得、これを本明細書中
において参考として援用する。
ンジスタＴ３が、読み出し信号（ＲＤ）がインアクティ
ブ状態であるためにオフにされるので、内部カラムライ
ン２４が絶縁される。フォトダイオード２０は、最初
は、ロウアドレスシフトレジスタ（図示せず）から出力
されるリセット信号ＲＳＴのアクティブハイ状態により
オンされるリセットトランジスタＴ１により、Ｖｒｅｆ
レベル付近の値にリセットされる。従来のＣＭＯＳ画像
コア１９の全ての動作は、同一出願人により１９９８年
６月２４日に出願された米国特許出願番号第０９／１０
３，９５９号を参照して例示され得、これを本明細書中
において参考として援用する。
【０００７】信号ＲＳＴの非アクティブ状態によって、
リセットトランジスタＴ１がオフになり、露光が開始さ
れる。これによって、フォトダイオード電流が、その上
に入射する光に起因して浮動ノードＮｄのキャパシタン
スを放電することが可能になり、ノードＮｄの電荷が減
少される。露光時間は、ＲＳＴ信号の立ち下がりエッジ
で開始し、続くＲＳＴ信号の立ち上がりエッジで停止す
る。異なる画像感度または露光制御を提供するために変
動し得る、露光時間の開始から十分な時間の後、ロウ用
のアクティブＲＤ信号によって、ロウ内のアクセストラ
ンジスタＴ３はオンになる。これによって、ソースホロ
ワートランジスタＴ２およびアクセストランジスタＴ３
を通じて変換される、ノードＮｄでのフォトダイオード
電圧が、内部カラムライン２４に結合される。電圧は、
ソースホロワートランジスタＴ２によって相殺され、当
然、トランジスタＴ２の特徴によって異なり得る。この
電圧は、カラムライン２４の端の後続の相関二重サンプ
リング（ＣＤＳ）回路（図示せず）において、サンプリ
ングされ、保持される。露光間隔の終わりで、ロウ内の
リセットトランジスタＴ１がその後再度オンになること
によって、フォトダイオード２０のカソードノードＰに
結合されているソースホロワーＴ２の入力が、Ｖｒｅｆ
に近い値にリセットされる。ＣＤＳ回路によって感知さ
れる実際の信号は、リセット信号ＲＳＴがアクティブに
される前と後とのノードＣでの信号の差であり、Ｖｃと
して示される。異なる瞬間でノードＣの信号の減算は、
周知のＣＤＳ回路部によって達成される。この周知のＣ
ＤＳ回路部は、本発明においては詳細に説明しない。上
記の原理によって、図１Ｂに示すように、各ロウにおけ
るフォトダイオード２０が露光されて、ロウ用のリセッ
ト信号、すなわち、ＲＳＴｎ（ｎ＝１．．．５１２）、
および対応する読み出し信号ＲＤｎに応答して、電圧信
号をカラムラインに生成し、各ロウ用のリセット信号
は、全てのロウについて電圧差を入手する時間に、連続
的にアクティブにされる。
リセットトランジスタＴ１がオフになり、露光が開始さ
れる。これによって、フォトダイオード電流が、その上
に入射する光に起因して浮動ノードＮｄのキャパシタン
スを放電することが可能になり、ノードＮｄの電荷が減
少される。露光時間は、ＲＳＴ信号の立ち下がりエッジ
で開始し、続くＲＳＴ信号の立ち上がりエッジで停止す
る。異なる画像感度または露光制御を提供するために変
動し得る、露光時間の開始から十分な時間の後、ロウ用
のアクティブＲＤ信号によって、ロウ内のアクセストラ
ンジスタＴ３はオンになる。これによって、ソースホロ
ワートランジスタＴ２およびアクセストランジスタＴ３
を通じて変換される、ノードＮｄでのフォトダイオード
電圧が、内部カラムライン２４に結合される。電圧は、
ソースホロワートランジスタＴ２によって相殺され、当
然、トランジスタＴ２の特徴によって異なり得る。この
電圧は、カラムライン２４の端の後続の相関二重サンプ
リング（ＣＤＳ）回路（図示せず）において、サンプリ
ングされ、保持される。露光間隔の終わりで、ロウ内の
リセットトランジスタＴ１がその後再度オンになること
によって、フォトダイオード２０のカソードノードＰに
結合されているソースホロワーＴ２の入力が、Ｖｒｅｆ
に近い値にリセットされる。ＣＤＳ回路によって感知さ
れる実際の信号は、リセット信号ＲＳＴがアクティブに
される前と後とのノードＣでの信号の差であり、Ｖｃと
して示される。異なる瞬間でノードＣの信号の減算は、
周知のＣＤＳ回路部によって達成される。この周知のＣ
ＤＳ回路部は、本発明においては詳細に説明しない。上
記の原理によって、図１Ｂに示すように、各ロウにおけ
るフォトダイオード２０が露光されて、ロウ用のリセッ
ト信号、すなわち、ＲＳＴｎ（ｎ＝１．．．５１２）、
および対応する読み出し信号ＲＤｎに応答して、電圧信
号をカラムラインに生成し、各ロウ用のリセット信号
は、全てのロウについて電圧差を入手する時間に、連続
的にアクティブにされる。
【０００８】ＮＴＳＣ（全国テレビジョン方式委員会）
テレビシステムにおいて、例えば半導体センサに採用さ
れるテレビ映像は、５００のオーダーの水平のロウに配
置された複数の画像ピクセルからなる。映像は、奇数フ
ィールドおよび偶数フィールドに分割される。テレビ映
像の奇数番号が付いたライン１、３、５等が、まずスキ
ャンされ、奇数フィールドに表示される。奇数フィール
ドがスキャンされた後、テレビ映像の偶数番号が付いた
ライン２、４、６等がスキャンされ、偶数フィールドに
表示される。奇数フィールドが偶数フィールドとインタ
ーレースされるスキャン方式は、いわゆるインターレー
ススキャンである。
テレビシステムにおいて、例えば半導体センサに採用さ
れるテレビ映像は、５００のオーダーの水平のロウに配
置された複数の画像ピクセルからなる。映像は、奇数フ
ィールドおよび偶数フィールドに分割される。テレビ映
像の奇数番号が付いたライン１、３、５等が、まずスキ
ャンされ、奇数フィールドに表示される。奇数フィール
ドがスキャンされた後、テレビ映像の偶数番号が付いた
ライン２、４、６等がスキャンされ、偶数フィールドに
表示される。奇数フィールドが偶数フィールドとインタ
ーレースされるスキャン方式は、いわゆるインターレー
ススキャンである。
【０００９】両立性のために、ＮＴＳＣスキャン方式
が、ＣＭＯＳ画像センサを利用するデジタルカメラにお
いても用いられてきた。従来のＮＴＳＣインターレース
スキャン方式について、例えば、５１２×５１２ピクセ
ルのピクセルアレイが、ロウアドレスシフトレジスタの
制御の下で、連続的にリセット信号ＲＳＴｍ（ｍ＝１、
３、５、７、．．．５１１）をアクティブにすることに
よって、奇数フィールド時間についてロウ１、３、５、
７、．．．５１１の順番でまずスキャンされ、その後、
連続的にリセット信号ＲＳＴｍ（ｍ＝２、４、６、
８、．．．５１２）をアクティブにすることによって、
偶数フィールド時間についてロウ２、４、６、
８、．．．５１２がスキャンされる。ここで、各フィー
ルドは、１／３０秒フレーム時間のうち、約１／６０秒
かかる。この従来の方法においては、図１Ｂに示すよう
に、アレイ内のロウにつき、５１２個のアクセストラン
ジスタＴ３、およびソースホロワー増幅器Ｔ２、５１２
個の浮動感知ノードＮｄがある。各浮動感知ノードＮｄ
は、１つのフォトダイオードによって駆動される。
が、ＣＭＯＳ画像センサを利用するデジタルカメラにお
いても用いられてきた。従来のＮＴＳＣインターレース
スキャン方式について、例えば、５１２×５１２ピクセ
ルのピクセルアレイが、ロウアドレスシフトレジスタの
制御の下で、連続的にリセット信号ＲＳＴｍ（ｍ＝１、
３、５、７、．．．５１１）をアクティブにすることに
よって、奇数フィールド時間についてロウ１、３、５、
７、．．．５１１の順番でまずスキャンされ、その後、
連続的にリセット信号ＲＳＴｍ（ｍ＝２、４、６、
８、．．．５１２）をアクティブにすることによって、
偶数フィールド時間についてロウ２、４、６、
８、．．．５１２がスキャンされる。ここで、各フィー
ルドは、１／３０秒フレーム時間のうち、約１／６０秒
かかる。この従来の方法においては、図１Ｂに示すよう
に、アレイ内のロウにつき、５１２個のアクセストラン
ジスタＴ３、およびソースホロワー増幅器Ｔ２、５１２
個の浮動感知ノードＮｄがある。各浮動感知ノードＮｄ
は、１つのフォトダイオードによって駆動される。
【００１０】第２の従来の方法において、インターレー
ススキャンは、奇数フィールドと偶数フィールドとの両
方について同じロウを単純に再スキャンすることによっ
て達成される。この方法によって、必要なロウの数が２
分の１に減少されて、画像装置が簡略化され、画像装置
のサイズ、複雑性、およびコストが低減される。しか
し、問題点として、偶数フィールドについてのロウの垂
直位置が、例えば、ロウ間隔の二分の一不正確であるこ
とがある。従って、センサの垂直解像度が必然的に低減
する。この方法は、２５６のオーダーのロウを有する、
全ての現行のＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサによって用い
られる。動作の詳細は、このような装置の製造業者の技
術的情報において見受けられ得る。
ススキャンは、奇数フィールドと偶数フィールドとの両
方について同じロウを単純に再スキャンすることによっ
て達成される。この方法によって、必要なロウの数が２
分の１に減少されて、画像装置が簡略化され、画像装置
のサイズ、複雑性、およびコストが低減される。しか
し、問題点として、偶数フィールドについてのロウの垂
直位置が、例えば、ロウ間隔の二分の一不正確であるこ
とがある。従って、センサの垂直解像度が必然的に低減
する。この方法は、２５６のオーダーのロウを有する、
全ての現行のＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサによって用い
られる。動作の詳細は、このような装置の製造業者の技
術的情報において見受けられ得る。
【００１１】光検出素子１０によって生成されるアナロ
グ信号は、上述のタイプのノイズによって汚染されやす
く、それにより、ＣＭＯＳアクティブピクセルセンサの
感度またはダイナミックレンジがＣＣＤよりも低くな
る。
グ信号は、上述のタイプのノイズによって汚染されやす
く、それにより、ＣＭＯＳアクティブピクセルセンサの
感度またはダイナミックレンジがＣＣＤよりも低くな
る。
【００１２】従って、感度、ダイナミックレンジ、解像
度を改善することが、ＣＭＯＳ画像センサ設計者にとっ
て重要な技術的課題となる。本発明の目的は、特別なピ
クセル設計配置によって、ピクセル感度を高め、全体の
画質を改善することである。
度を改善することが、ＣＭＯＳ画像センサ設計者にとっ
て重要な技術的課題となる。本発明の目的は、特別なピ
クセル設計配置によって、ピクセル感度を高め、全体の
画質を改善することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の画像センサは、
入射した画像の光を検出し、該画像を標準テレビジョン
フォーマットに変換する画像センサであって、該画像セ
ンサは、ロウおよびカラム状に配置された複数の第１お
よび第２の光検出素子であって、該光検出素子の各々に
それぞれ入射した光の強度に応じたアナログ信号をそれ
ぞれ生成する光検出素子を含み、各ロウ内の該第１およ
び第２の光検出素子が、交互に配置され、第１の読み出
し線によってアクティブにされて、奇数フィールド信号
を生成すること、ならびに、鋸刃状に配置された２つの
隣接するロウ内の該第１および第２の光検出素子が、第
２の読み出し線によってアクティブにされて、偶数フィ
ールド信号を生成することを特徴とする。
入射した画像の光を検出し、該画像を標準テレビジョン
フォーマットに変換する画像センサであって、該画像セ
ンサは、ロウおよびカラム状に配置された複数の第１お
よび第２の光検出素子であって、該光検出素子の各々に
それぞれ入射した光の強度に応じたアナログ信号をそれ
ぞれ生成する光検出素子を含み、各ロウ内の該第１およ
び第２の光検出素子が、交互に配置され、第１の読み出
し線によってアクティブにされて、奇数フィールド信号
を生成すること、ならびに、鋸刃状に配置された２つの
隣接するロウ内の該第１および第２の光検出素子が、第
２の読み出し線によってアクティブにされて、偶数フィ
ールド信号を生成することを特徴とする。
【００１４】本発明の画像センサは、前記第１および第
２の光検出素子の各々が、該第１および第２の光検出素
子の各々に含まれるフォトダイオードの初期状態をリセ
ットするリセットトランジスタを含む変換手段と、前記
アナログ信号をバッファリングするソースフォロワトラ
ンジスタと、該ソースフォロワに並列に結合された２つ
のアクセストランジスタとをさらに含んでもよい。
２の光検出素子の各々が、該第１および第２の光検出素
子の各々に含まれるフォトダイオードの初期状態をリセ
ットするリセットトランジスタを含む変換手段と、前記
アナログ信号をバッファリングするソースフォロワトラ
ンジスタと、該ソースフォロワに並列に結合された２つ
のアクセストランジスタとをさらに含んでもよい。
【００１５】本発明の画像センサは、前記第２の読み出
し線によってアクティブにされた、鋸刃状に配置された
２つの隣接するロウ内の光検出素子が、該２つの隣接す
るロウ間の平均垂直位置を実質的に有し、前記第１およ
び第２のフィールド信号の成分が互いに相関しており、
それらの時間差が１／６０秒未満であり、そのことによ
り、テレビに表示された前記画像の質を向上させてもよ
い。
し線によってアクティブにされた、鋸刃状に配置された
２つの隣接するロウ内の光検出素子が、該２つの隣接す
るロウ間の平均垂直位置を実質的に有し、前記第１およ
び第２のフィールド信号の成分が互いに相関しており、
それらの時間差が１／６０秒未満であり、そのことによ
り、テレビに表示された前記画像の質を向上させてもよ
い。
【００１６】本発明の画像センサは、前記第１の光検出
素子の各々が、並列に結合され、それぞれのゲートに接
続された前記第１の読み出し線および前記第２の読み出
し線によってそれぞれアクティブにされた２つのアクセ
ストランジスタをさらに含み、前記第２の光検出素子の
各々が、並列に結合され、それぞれのゲートに接続され
た前記第１の読み出し線および別の第２の読み出し線に
よってアクティブにされた２つのアクセストランジスタ
をさらに含んでもよい。
素子の各々が、並列に結合され、それぞれのゲートに接
続された前記第１の読み出し線および前記第２の読み出
し線によってそれぞれアクティブにされた２つのアクセ
ストランジスタをさらに含み、前記第２の光検出素子の
各々が、並列に結合され、それぞれのゲートに接続され
た前記第１の読み出し線および別の第２の読み出し線に
よってアクティブにされた２つのアクセストランジスタ
をさらに含んでもよい。
【００１７】本発明の光検出素子は、ＣＭＯＳアクティ
ブピクセル画像センサにおいて使用する光検出素子であ
って、それぞれに入射した光の強度に応じたアナログ信
号を生成する光検出素子であって、該光検出素子は、該
光検出素子内のフォトダイオードの初期状態をリセット
するリセットトランジスタを含む変換手段と、前記アナ
ログ信号をバッファリングするソースフォロワトランジ
スタと、該ソースフォロワに並列に結合された２つのア
クセストランジスタと、をさらに含む。
ブピクセル画像センサにおいて使用する光検出素子であ
って、それぞれに入射した光の強度に応じたアナログ信
号を生成する光検出素子であって、該光検出素子は、該
光検出素子内のフォトダイオードの初期状態をリセット
するリセットトランジスタを含む変換手段と、前記アナ
ログ信号をバッファリングするソースフォロワトランジ
スタと、該ソースフォロワに並列に結合された２つのア
クセストランジスタと、をさらに含む。
【００１８】本発明の光検出素子は、並列に結合された
前記２つのアクセストランジスタが、それぞれのゲート
に接続された第１の読み出し線および第２の読み出し線
によってそれぞれアクティブにされてもよい。
前記２つのアクセストランジスタが、それぞれのゲート
に接続された第１の読み出し線および第２の読み出し線
によってそれぞれアクティブにされてもよい。
【００１９】本発明の方法は、入射した画像の光を検知
し、該画像を選択されたテレビジョンフォーマットに変
換する画像センサにおいて使用する方法であって、該画
像センサは、ロウおよびカラム状に配置された複数の第
１および第２の光検出素子であって、該光検出素子の各
々にそれぞれ入射した光の強度に応じたアナログ信号を
それぞれ生成する光検出素子を含み、該方法は、（１）
ロウおよびカラム状に配置された複数の第１および第２
の光検出素子であって、該光検出素子の各々にそれぞれ
入射した光の強度に応じたアナログ信号をそれぞれ生成
する光検出素子を提供するステップであって、各ロウ内
の該第１および第２の光検出素子が、交互に配置され、
且つ、第１の読み出し線に共通に結合され、２つの隣接
するロウ内の該第１および第２の光検出素子が、鋸刃状
に配置され、且つ、第２の読み出し線に共通に結合され
る、ステップと、（２）該第１および第２の光検出素子
の各々にそれぞれ入射した光の強度に応じたアナログ信
号をそれぞれ生成するステップと、（３）該第１の読み
出し線および該第２の読み出し線を順次アクティブにす
るステップと、（４）該第１および第２の読み出し線の
該順次アクティブ化に応答して、該第１および第２の光
検出素子において得られた該アナログ信号を取得して、
奇数フィールド信号および偶数フィールド信号をそれぞ
れ生成するステップと、を含む。
し、該画像を選択されたテレビジョンフォーマットに変
換する画像センサにおいて使用する方法であって、該画
像センサは、ロウおよびカラム状に配置された複数の第
１および第２の光検出素子であって、該光検出素子の各
々にそれぞれ入射した光の強度に応じたアナログ信号を
それぞれ生成する光検出素子を含み、該方法は、（１）
ロウおよびカラム状に配置された複数の第１および第２
の光検出素子であって、該光検出素子の各々にそれぞれ
入射した光の強度に応じたアナログ信号をそれぞれ生成
する光検出素子を提供するステップであって、各ロウ内
の該第１および第２の光検出素子が、交互に配置され、
且つ、第１の読み出し線に共通に結合され、２つの隣接
するロウ内の該第１および第２の光検出素子が、鋸刃状
に配置され、且つ、第２の読み出し線に共通に結合され
る、ステップと、（２）該第１および第２の光検出素子
の各々にそれぞれ入射した光の強度に応じたアナログ信
号をそれぞれ生成するステップと、（３）該第１の読み
出し線および該第２の読み出し線を順次アクティブにす
るステップと、（４）該第１および第２の読み出し線の
該順次アクティブ化に応答して、該第１および第２の光
検出素子において得られた該アナログ信号を取得して、
奇数フィールド信号および偶数フィールド信号をそれぞ
れ生成するステップと、を含む。
【００２０】本明細書中、ＣＭＯＳプロセスにより作製
されるアクティブなピクセル画像センサについて説明す
る。この画像センサは、フォトダイオードからなる２次
元のピクセルアレイコアを含み、画像センサの導電性
は、各フォトダイオードに入射する光の強度に関連す
る。このように生成されるアナログ信号は、ソースフォ
ロワ増幅器を通じてバッファリングされ、ロウトランジ
スタによりアクセスされ、アレイ内の各カラムに結合さ
れる。
されるアクティブなピクセル画像センサについて説明す
る。この画像センサは、フォトダイオードからなる２次
元のピクセルアレイコアを含み、画像センサの導電性
は、各フォトダイオードに入射する光の強度に関連す
る。このように生成されるアナログ信号は、ソースフォ
ロワ増幅器を通じてバッファリングされ、ロウトランジ
スタによりアクセスされ、アレイ内の各カラムに結合さ
れる。
【００２１】本発明の１つの好適な実施形態において、
従来のＣＭＯＳイメージセンサと比較して、カラム方向
で２つの隣接するロウピクセルフォトダイオードのそれ
ぞれを結合する別のアクセストランジスタと、アクセス
トランジスタおよびソースフォロワーの半分のみとが必
要であるため、ＣＭＯＳセンサの素子数が有意に低減す
る。
従来のＣＭＯＳイメージセンサと比較して、カラム方向
で２つの隣接するロウピクセルフォトダイオードのそれ
ぞれを結合する別のアクセストランジスタと、アクセス
トランジスタおよびソースフォロワーの半分のみとが必
要であるため、ＣＭＯＳセンサの素子数が有意に低減す
る。
【００２２】本発明の１つの好適な実施形態において、
本発明のアクセススキームの変更は、別のアクセストラ
ンジスタＴ４と、図１Ａの各光検出素子１０中のオリジ
ナルのアクセストランジスタＴ３とを並列に結合するこ
とにより行われ、同じロウの２つの隣接する光検出素子
１０中のアクセストランジスタＴ４を各２つのＲＤ信号
に結合する。本発明によれば、アレイの走査は、奇数フ
ィールドについて交互のロウアクティブ化信号ＲＤＯ
１、ＲＤＯ２、．．．、ＲＤＯ２５６により連続的に行
われ、偶数フィールドについてＲＤＥ１、ＲＤＥ
２、．．．、ＲＤＥ２５６により連続的に行われ、偶数
フィールドアクティブ化信号ＲＤＥｎ（ｎ＝１．．．２
５６）によりアクティブ化されるロウ中の光検出素子１
０は、交互に配列され、「ジグザグ」すなわち鋸刃状の
構成を有する。これにより、偶数フィールドラインの平
均的な上下方向位置は、上述した第１の従来の方法と同
一となる。このアプローチは、奇数フィールドおよび偶
数フィールドについて同じロウを繰り返し走査する従来
技術よりも良い画像品質を提供する。また、上記にて詳
述した第１の従来の方法に比べて半分のロウ数のみを用
いるため、画像装置のサイズおよびコストが有意に低減
する。
本発明のアクセススキームの変更は、別のアクセストラ
ンジスタＴ４と、図１Ａの各光検出素子１０中のオリジ
ナルのアクセストランジスタＴ３とを並列に結合するこ
とにより行われ、同じロウの２つの隣接する光検出素子
１０中のアクセストランジスタＴ４を各２つのＲＤ信号
に結合する。本発明によれば、アレイの走査は、奇数フ
ィールドについて交互のロウアクティブ化信号ＲＤＯ
１、ＲＤＯ２、．．．、ＲＤＯ２５６により連続的に行
われ、偶数フィールドについてＲＤＥ１、ＲＤＥ
２、．．．、ＲＤＥ２５６により連続的に行われ、偶数
フィールドアクティブ化信号ＲＤＥｎ（ｎ＝１．．．２
５６）によりアクティブ化されるロウ中の光検出素子１
０は、交互に配列され、「ジグザグ」すなわち鋸刃状の
構成を有する。これにより、偶数フィールドラインの平
均的な上下方向位置は、上述した第１の従来の方法と同
一となる。このアプローチは、奇数フィールドおよび偶
数フィールドについて同じロウを繰り返し走査する従来
技術よりも良い画像品質を提供する。また、上記にて詳
述した第１の従来の方法に比べて半分のロウ数のみを用
いるため、画像装置のサイズおよびコストが有意に低減
する。
【００２３】従って、本発明の１つの利点は、特別なピ
クセル設計構成によって、ＣＭＯＳセンサのサイズおよ
び製造コストを有意に低減すると同時に、そのピクセル
感度および画像品質を保持し、さらには向上させること
である。
クセル設計構成によって、ＣＭＯＳセンサのサイズおよ
び製造コストを有意に低減すると同時に、そのピクセル
感度および画像品質を保持し、さらには向上させること
である。
【００２４】本発明の別の利点は、ピクセル感度を上昇
させ、特別なピクセル設計構成により画像品質全体を向
上させることである。
させ、特別なピクセル設計構成により画像品質全体を向
上させることである。
【００２５】本発明の他の局面および利点は、以下の記
載を添付の図面と共に見れば明らかである。
載を添付の図面と共に見れば明らかである。
【００２６】本願は、以下でより詳しく（以下におい
て、添付の図面の参照しながら）本発明の実施形態を示
して説明される。例示された実施形態のうちの１つはＣ
ＭＯＳ画像センサ用途に関連するが、当業者であれば、
本明細書中に記載される多くの異なる形態で本発明が実
施され得ることを認識する。むしろこれらの実施形態
は、この開示内容が完全になり、かつ本発明の範囲を当
業者に完全に伝達するように提供される。
て、添付の図面の参照しながら）本発明の実施形態を示
して説明される。例示された実施形態のうちの１つはＣ
ＭＯＳ画像センサ用途に関連するが、当業者であれば、
本明細書中に記載される多くの異なる形態で本発明が実
施され得ることを認識する。むしろこれらの実施形態
は、この開示内容が完全になり、かつ本発明の範囲を当
業者に完全に伝達するように提供される。
【００２７】添付の図面に示すように、本発明の好適な
実施形態を詳細に参照する。全図面にわたり、同一の参
照符号は、同一または対応する素子を示す。
実施形態を詳細に参照する。全図面にわたり、同一の参
照符号は、同一または対応する素子を示す。
【００２８】
【発明の実施の形態】図２Ａに、好適な実施形態の１つ
による、２５６×２５６のアクティブピクセルのＣＭＯ
Ｓ画像センサアレイを示す。例示のために、これらのピ
クセルの数を削減しているが、より典型的な数のカラム
およびロウが、典型的なテレビシステムの用途に採用さ
れることが理解されなければならない。画像センサコア
２１は、光検出素子２２および２３からなる２次元ピク
セルアレイを備え、各光検出素子は、図２Ｂに示すよう
な回路要素を同一に備える。
による、２５６×２５６のアクティブピクセルのＣＭＯ
Ｓ画像センサアレイを示す。例示のために、これらのピ
クセルの数を削減しているが、より典型的な数のカラム
およびロウが、典型的なテレビシステムの用途に採用さ
れることが理解されなければならない。画像センサコア
２１は、光検出素子２２および２３からなる２次元ピク
セルアレイを備え、各光検出素子は、図２Ｂに示すよう
な回路要素を同一に備える。
【００２９】図２Ａに示すように、本発明の１つの実施
形態において、ＣＭＯＳ画像センサコア２１は、複数の
第１の光検出素子２２および第２の光検出素子２３を備
える幾何学的構成のピクセルを有する。これらの光検出
素子２２および２３は、ロウおよびカラムに構成され
る。光検出素子２２および２３の各１つの素子は、それ
ぞれに入射する光の強度に比例してそれぞれのアナログ
信号を発生する。
形態において、ＣＭＯＳ画像センサコア２１は、複数の
第１の光検出素子２２および第２の光検出素子２３を備
える幾何学的構成のピクセルを有する。これらの光検出
素子２２および２３は、ロウおよびカラムに構成され
る。光検出素子２２および２３の各１つの素子は、それ
ぞれに入射する光の強度に比例してそれぞれのアナログ
信号を発生する。
【００３０】図１Ａの従来の光検出素子１０と同様に、
第１および第２の光検出素子２２および２３はそれぞ
れ、ノードＮｄにおいてリセットトランジスタＴ１に接
続されたフォトダイオードＰｄを備える。ノードＮｄ
は、浮動感知ポイントＮｄの初期状態をリセットし、フ
ォトダイオードＰｄによって得られたアナログ信号をカ
ラムライン２４に読み出すために浮動感知ポイントＮｄ
に接続された、変換手段２５または２６を備える。変換
手段２５または２６は、実質的にソースフォロワＴ２お
よびアクセストランジスタＴ３からなる。従来技術と異
なり、変換手段２５または２６は、さらにアクセストラ
ンジスタＴ３に並列に接続された別のアクセストランジ
スタＴ４、およびソースフォロワＴ２のノードＮｄとゲ
ートＮｇとの間に接続された増幅器トランジスタＴ５を
備える。ここで、１つのロウにおける２つの隣接する光
検出素子２２および２３におけるアクセストランジスタ
Ｔ４は、ロウ起動信号ＲＤＯｎおよびＲＤＥｎ（ｎ＝
１，．．．，２５６）にそれぞれ接続される。増幅器ト
ランジスタＴ５のゲートに接続される信号ＲＸは、偶数
または奇数フレーム時間に関わらず、ＤＣバイアス電圧
である。用途または製造処理に依存する信号ＲＸの電圧
は、トランジスタＴ５が、ノードＮｄおよびＮｇ間を流
れる信号をさらに増幅する増幅器として機能を果たすよ
うに構成される。変換手段２５および２６一般的な動作
は、上記で詳細に記載した。
第１および第２の光検出素子２２および２３はそれぞ
れ、ノードＮｄにおいてリセットトランジスタＴ１に接
続されたフォトダイオードＰｄを備える。ノードＮｄ
は、浮動感知ポイントＮｄの初期状態をリセットし、フ
ォトダイオードＰｄによって得られたアナログ信号をカ
ラムライン２４に読み出すために浮動感知ポイントＮｄ
に接続された、変換手段２５または２６を備える。変換
手段２５または２６は、実質的にソースフォロワＴ２お
よびアクセストランジスタＴ３からなる。従来技術と異
なり、変換手段２５または２６は、さらにアクセストラ
ンジスタＴ３に並列に接続された別のアクセストランジ
スタＴ４、およびソースフォロワＴ２のノードＮｄとゲ
ートＮｇとの間に接続された増幅器トランジスタＴ５を
備える。ここで、１つのロウにおける２つの隣接する光
検出素子２２および２３におけるアクセストランジスタ
Ｔ４は、ロウ起動信号ＲＤＯｎおよびＲＤＥｎ（ｎ＝
１，．．．，２５６）にそれぞれ接続される。増幅器ト
ランジスタＴ５のゲートに接続される信号ＲＸは、偶数
または奇数フレーム時間に関わらず、ＤＣバイアス電圧
である。用途または製造処理に依存する信号ＲＸの電圧
は、トランジスタＴ５が、ノードＮｄおよびＮｇ間を流
れる信号をさらに増幅する増幅器として機能を果たすよ
うに構成される。変換手段２５および２６一般的な動作
は、上記で詳細に記載した。
【００３１】ＮＴＳＣテレビシステムに採用されるＣＭ
ＯＳ画像センサについて、ピクセルアレイは、奇数フィ
ールドと偶数フィールドを交互に、１秒につき６０フィ
ールド走査し、１秒につき３０フレームの動作を得る。
図３に示すように、奇数フィールド時間の間、第１のロ
ウについて、撮影された画像の露光時間は、アクティブ
ハイ信号ＲＳＴ１が第１のロウのトランジスタＴ１が短
時間にオンすると、直ちに開始する。トランジスタＴ１
がアクティブハイ信号ＲＳＴ１によってオンになる構成
は、第１のロウのノードＮｄの電圧レベルを、基準電圧
Ｖｒｅｆとほぼ等しくし、また、フォトダイオードＰｄ
１の電圧を初期基準レベルに設定する。ここで、第１の
ロウのノードＮｇの電圧レベルは、ソースフォロワトラ
ンジスタＴ２のゲート電圧である。
ＯＳ画像センサについて、ピクセルアレイは、奇数フィ
ールドと偶数フィールドを交互に、１秒につき６０フィ
ールド走査し、１秒につき３０フレームの動作を得る。
図３に示すように、奇数フィールド時間の間、第１のロ
ウについて、撮影された画像の露光時間は、アクティブ
ハイ信号ＲＳＴ１が第１のロウのトランジスタＴ１が短
時間にオンすると、直ちに開始する。トランジスタＴ１
がアクティブハイ信号ＲＳＴ１によってオンになる構成
は、第１のロウのノードＮｄの電圧レベルを、基準電圧
Ｖｒｅｆとほぼ等しくし、また、フォトダイオードＰｄ
１の電圧を初期基準レベルに設定する。ここで、第１の
ロウのノードＮｇの電圧レベルは、ソースフォロワトラ
ンジスタＴ２のゲート電圧である。
【００３２】図３を参照して、本発明によれば、第１の
ロウにおいて、リセットトランジスタＴ１をアクティブ
にさせるための、アクティブハイであるパルスタイプの
リセット信号ＲＳＴ１は、ロウ１の走査ライン時間の開
始を短い期間（ｔ１として示す）だけ遅らせる。ロウ１
における２つの隣接するリセット信号間の期間を、ロウ
１についての露光時間と呼ぶ。露光時間は通常、１つの
フィールド時間を超えないように設計される。アクティ
ブハイであるリセット信号ＲＳＴ１は、ロウ１の走査時
間の開始をわずかに遅らせることにより、上述した後段
の相関２重サンプリング（ＣＤＳ）回路が、２つの必要
な電圧サンプルを十分な正確さで取得できるようにす
る。同様に、第２のロウにおいて、ＲＳＴ１がイネーブ
ルされてからちょうど１走査ライン時間が経過したとき
に、信号ＲＳＴ２がＲＳＴ１と同様にオンにされる。Ｒ
ＳＴ３、．．．ＲＳＴ２５６についても同様な動作が順
次時間通り行われる。また第１のロウにおいて、ＲＳＴ
１における露出時間よりわずかな期間（ｔ２として示
す）だけ先行する時刻において、読み出し信号ＲＤＯ１
が論理ハイ「１」になることにより、アクセストランジ
スタＴ３をオンにして、ソースフォロワトランジスタＴ
２をカラムライン２４に結合する。そして短い期間後、
アクティブハイであるＲＤＯ１信号の立ち上がりエッジ
の後でＲＳＴ１が再び論理ハイ「１」レベルになり、リ
セットトランジスタＴ１をオンにすることにより、Ｎｇ
の基準条件をリセットする。ＲＤＯ１の先行時間ｔ２
は、アクセストランジスタＴ３がオンにされて信号がこ
のカラムを介してＣＤＳ回路の入力に転送されるため
に、十分な時間を与えるものである。ＲＳＴ１がアサー
トされる前後におけるカラムライン２４の信号電圧の差
は、ｒｏｗ１のピクセルフォトダイオードのアナログ電
圧信号を表す。１走査ライン時間後、ＲＤＯ２およびＲ
ＳＴ２がアクティブにされ、ＲＳＴ３、ＲＤＯ
３、．．．ＲＳＴ２５６、ＲＤＯ２５６についても同様
な動作が順次時間通り行われる。偶数フレームについて
のタイミング動作も、図３に示す奇数フレームについて
の動作と同様である。
ロウにおいて、リセットトランジスタＴ１をアクティブ
にさせるための、アクティブハイであるパルスタイプの
リセット信号ＲＳＴ１は、ロウ１の走査ライン時間の開
始を短い期間（ｔ１として示す）だけ遅らせる。ロウ１
における２つの隣接するリセット信号間の期間を、ロウ
１についての露光時間と呼ぶ。露光時間は通常、１つの
フィールド時間を超えないように設計される。アクティ
ブハイであるリセット信号ＲＳＴ１は、ロウ１の走査時
間の開始をわずかに遅らせることにより、上述した後段
の相関２重サンプリング（ＣＤＳ）回路が、２つの必要
な電圧サンプルを十分な正確さで取得できるようにす
る。同様に、第２のロウにおいて、ＲＳＴ１がイネーブ
ルされてからちょうど１走査ライン時間が経過したとき
に、信号ＲＳＴ２がＲＳＴ１と同様にオンにされる。Ｒ
ＳＴ３、．．．ＲＳＴ２５６についても同様な動作が順
次時間通り行われる。また第１のロウにおいて、ＲＳＴ
１における露出時間よりわずかな期間（ｔ２として示
す）だけ先行する時刻において、読み出し信号ＲＤＯ１
が論理ハイ「１」になることにより、アクセストランジ
スタＴ３をオンにして、ソースフォロワトランジスタＴ
２をカラムライン２４に結合する。そして短い期間後、
アクティブハイであるＲＤＯ１信号の立ち上がりエッジ
の後でＲＳＴ１が再び論理ハイ「１」レベルになり、リ
セットトランジスタＴ１をオンにすることにより、Ｎｇ
の基準条件をリセットする。ＲＤＯ１の先行時間ｔ２
は、アクセストランジスタＴ３がオンにされて信号がこ
のカラムを介してＣＤＳ回路の入力に転送されるため
に、十分な時間を与えるものである。ＲＳＴ１がアサー
トされる前後におけるカラムライン２４の信号電圧の差
は、ｒｏｗ１のピクセルフォトダイオードのアナログ電
圧信号を表す。１走査ライン時間後、ＲＤＯ２およびＲ
ＳＴ２がアクティブにされ、ＲＳＴ３、ＲＤＯ
３、．．．ＲＳＴ２５６、ＲＤＯ２５６についても同様
な動作が順次時間通り行われる。偶数フレームについて
のタイミング動作も、図３に示す奇数フレームについて
の動作と同様である。
【００３３】本発明の一実施形態において、図２Ｂに示
すように、２５６個のリセット信号（ＲＳＴ１、ＲＳＴ
２、．．．、ＲＳＴ２５６）、奇数フィールド読み出し
信号（ＲＤＯ１、ＲＤＯ２、．．．、ＲＤＯ２５６）お
よび偶数フィールド読み出し信号（ＲＤＥ１、ＲＤＥ
２、．．．、ＲＤＥ２５６）が、ロウアドレスシフトレ
ジスタ（図示せず）に接続される。その詳細は当該分野
において周知であり、本明細書においては説明しない。
奇数フィールド時間の間、第１のピクセルロウのピクセ
ルイメージ信号は、奇数フィールド読み出し信号ＲＤＯ
１のアクティブ化により、カラムライン２４に接続され
る。変換手段２５を介してカラムライン２４に送達され
る信号は従って、フォトダイオードＰｄ上に入射する光
の強度に比例した電圧である。次にリセット信号ＲＳＴ
１がアクティブにされて、従来の相関２重サンプリング
（ＣＤＳ）信号処理スキームに必要とされるような基準
レベルを提供する。第２ロウ以下は、奇数フィールド信
号ＲＤＯ２、ＲＤＯ３、．．．、ＲＤＯ２５６を用い、
奇数フィールドの残りについて上述のように処理され
る。
すように、２５６個のリセット信号（ＲＳＴ１、ＲＳＴ
２、．．．、ＲＳＴ２５６）、奇数フィールド読み出し
信号（ＲＤＯ１、ＲＤＯ２、．．．、ＲＤＯ２５６）お
よび偶数フィールド読み出し信号（ＲＤＥ１、ＲＤＥ
２、．．．、ＲＤＥ２５６）が、ロウアドレスシフトレ
ジスタ（図示せず）に接続される。その詳細は当該分野
において周知であり、本明細書においては説明しない。
奇数フィールド時間の間、第１のピクセルロウのピクセ
ルイメージ信号は、奇数フィールド読み出し信号ＲＤＯ
１のアクティブ化により、カラムライン２４に接続され
る。変換手段２５を介してカラムライン２４に送達され
る信号は従って、フォトダイオードＰｄ上に入射する光
の強度に比例した電圧である。次にリセット信号ＲＳＴ
１がアクティブにされて、従来の相関２重サンプリング
（ＣＤＳ）信号処理スキームに必要とされるような基準
レベルを提供する。第２ロウ以下は、奇数フィールド信
号ＲＤＯ２、ＲＤＯ３、．．．、ＲＤＯ２５６を用い、
奇数フィールドの残りについて上述のように処理され
る。
【００３４】偶数フィールドにおいて、同じ動作シーケ
ンスが実行されるが、読み出し信号は順にＲＤＥ１、Ｒ
ＤＥ２、．．．、ＲＤＥ２５６である。読み出し信号Ｒ
ＤＥｎ（ｎ＝１．．．２５６）を用いることの効果は、
ピクセルを図４に示すような鋸刃状構成でアクセスする
ことにある。特に、例えば偶数フィールド時間中におい
ては、奇数カラム（例えば第１カラム）における奇数フ
ィールド時間中と同じピクセルがアクティブにされる。
ただし、偶数カラム（例えば第２カラム）においては、
奇数フィールド時間において用いられたピクセルの下方
にある次のロウのピクセルがアクティブにされる。結果
として、偶数フィールド時間中において、２つの隣接す
るロウ内に交互に位置するピクセルによって達成される
走査効果は、線４３によって表される仮想平均ロウ位置
におけるそれと同等になる。すなわち、図４に示す偶数
フィールド中においてアクティブにされるロウのそれに
対し、２分の１ロウ下と同等である。
ンスが実行されるが、読み出し信号は順にＲＤＥ１、Ｒ
ＤＥ２、．．．、ＲＤＥ２５６である。読み出し信号Ｒ
ＤＥｎ（ｎ＝１．．．２５６）を用いることの効果は、
ピクセルを図４に示すような鋸刃状構成でアクセスする
ことにある。特に、例えば偶数フィールド時間中におい
ては、奇数カラム（例えば第１カラム）における奇数フ
ィールド時間中と同じピクセルがアクティブにされる。
ただし、偶数カラム（例えば第２カラム）においては、
奇数フィールド時間において用いられたピクセルの下方
にある次のロウのピクセルがアクティブにされる。結果
として、偶数フィールド時間中において、２つの隣接す
るロウ内に交互に位置するピクセルによって達成される
走査効果は、線４３によって表される仮想平均ロウ位置
におけるそれと同等になる。すなわち、図４に示す偶数
フィールド中においてアクティブにされるロウのそれに
対し、２分の１ロウ下と同等である。
【００３５】本発明によると、奇数フィールドに対して
は奇数フィールド読み出し信号ＲＤＯ１、ＲＤＯ
２、．．．ＲＤＯ２５６によりアレイを連続走査し、偶
数フィールドに対しては偶数フィールド読み出し信号Ｒ
ＤＥ１、ＲＤＥ２、．．．ＲＤＥ２５６によりアレイを
連続走査することにより、得られる走査効果は、従来の
飛越し走査方法（奇数フレームに対してロウ１、２、
３、４、．．．２５５そして２５６、その後偶数フレー
ムに対してロウ１．５、２．５、３．５、４．
５、．．．２４５．５そして２５５．５）の効果と同等
なものとなる。奇数フィールド走査期間または偶数フィ
ールド走査期間以内に、列線２４から連続的に受信され
たアナログ信号が、ＣＤＳ回路、ＮＴＳＣエンコーダと
組み合わされたアナログ乗算器などの回路によって処理
され、対応するアナログ信号が生成される。
は奇数フィールド読み出し信号ＲＤＯ１、ＲＤＯ
２、．．．ＲＤＯ２５６によりアレイを連続走査し、偶
数フィールドに対しては偶数フィールド読み出し信号Ｒ
ＤＥ１、ＲＤＥ２、．．．ＲＤＥ２５６によりアレイを
連続走査することにより、得られる走査効果は、従来の
飛越し走査方法（奇数フレームに対してロウ１、２、
３、４、．．．２５５そして２５６、その後偶数フレー
ムに対してロウ１．５、２．５、３．５、４．
５、．．．２４５．５そして２５５．５）の効果と同等
なものとなる。奇数フィールド走査期間または偶数フィ
ールド走査期間以内に、列線２４から連続的に受信され
たアナログ信号が、ＣＤＳ回路、ＮＴＳＣエンコーダと
組み合わされたアナログ乗算器などの回路によって処理
され、対応するアナログ信号が生成される。
【００３６】図４に示すように、奇数フィールド期間内
に奇数読み出し線ＲＤＯｎ（ｎ＝１、．．．２５６）に
よってイネーブルされたデジタル信号は、実際に、線４
１によって示されるロウからの奇数画像情報を含んでい
る。同様に、偶数フィールド期間内に偶数読み出し線Ｒ
ＤＥｎ（ｎ＝１、．．．２５６）によってイネーブルさ
れたデジタル信号は、実際に、鋸刃状の破線４２により
示される奇数ロウおよび偶数ロウからの偶数画像情報を
含んでいる。その結果、偶数フィールド期間内におい
て、鋸刃状の破線４２によって示される位置内のピクセ
ルによって達成される走査効果は、ロウの間の線４３に
よって示される仮想平均ロウ、すなわち、アクティブに
されたロウの１／２ロウ下のピクセルの走査効果と同等
である。このように、奇数画像情報は、偶数画像情報と
相関している。奇数フィールドの成分および偶数フィー
ルドの成分は、互いに部分的に相関し、その時間差は、
１／６０秒未満である。本発明のこのアプローチは、奇
数フィールドおよび偶数フィールドの両方において同一
のロウを繰り返し走査する公知技術よりも良好な画質を
提供する。なぜなら、ピクセルの位置が、垂直方向によ
り正確に示されるからである。従って、好適な実施形態
において、図２Ａに示す本明細書のＣＭＯＳアクティブ
ピクセル画像センサ２１は、図１Ａに示す従来技術より
も、はるかに容易かつ低価格で製造され、さらにその見
かけ上の解像度を向上させ得る。
に奇数読み出し線ＲＤＯｎ（ｎ＝１、．．．２５６）に
よってイネーブルされたデジタル信号は、実際に、線４
１によって示されるロウからの奇数画像情報を含んでい
る。同様に、偶数フィールド期間内に偶数読み出し線Ｒ
ＤＥｎ（ｎ＝１、．．．２５６）によってイネーブルさ
れたデジタル信号は、実際に、鋸刃状の破線４２により
示される奇数ロウおよび偶数ロウからの偶数画像情報を
含んでいる。その結果、偶数フィールド期間内におい
て、鋸刃状の破線４２によって示される位置内のピクセ
ルによって達成される走査効果は、ロウの間の線４３に
よって示される仮想平均ロウ、すなわち、アクティブに
されたロウの１／２ロウ下のピクセルの走査効果と同等
である。このように、奇数画像情報は、偶数画像情報と
相関している。奇数フィールドの成分および偶数フィー
ルドの成分は、互いに部分的に相関し、その時間差は、
１／６０秒未満である。本発明のこのアプローチは、奇
数フィールドおよび偶数フィールドの両方において同一
のロウを繰り返し走査する公知技術よりも良好な画質を
提供する。なぜなら、ピクセルの位置が、垂直方向によ
り正確に示されるからである。従って、好適な実施形態
において、図２Ａに示す本明細書のＣＭＯＳアクティブ
ピクセル画像センサ２１は、図１Ａに示す従来技術より
も、はるかに容易かつ低価格で製造され、さらにその見
かけ上の解像度を向上させ得る。
【００３７】上述したように、増幅器トランジスタＴ４
は、信号ＲＸによってバイアスをかけられ、それにより
ノードＮｄおよびＮｇ間の信号を増幅させる。ソフトウ
ェアシミュレーション結果によると、本発明の全体的な
感度は、従来スキームよりも８倍良好である。本発明の
追加の利点は、奇数および偶数フィールドが同一の増幅
器トランジスタＴ４、ソースフォロワＴ２、およびアク
セストランジスタＴ３を通過し、このことがこれらのト
ランジスタの製造におけるプロセスばらつきによるパタ
ーンノイズを大幅に減少させることである。さらに注目
すべきは、本発明の特定のスキームによると、従来のア
プローチの場合の５１２個のトランジスタではなく、リ
セットトランジスタＴ５、ソースフォロワトランジスタ
Ｔ２、およびアクセストランジスタＴ３として僅か２５
６個のトランジスタしか必要とされず、このことが製造
コストを大幅に低下させ、画像センサコアを小型化し、
さらに消費電力を低減するということである。その結
果、好適な実施形態の方法は、ＣＭＯＳアクティブピク
セル画像センサの感度を大幅に向上させ得、その性能を
ＣＣＤの性能に近いものにする。
は、信号ＲＸによってバイアスをかけられ、それにより
ノードＮｄおよびＮｇ間の信号を増幅させる。ソフトウ
ェアシミュレーション結果によると、本発明の全体的な
感度は、従来スキームよりも８倍良好である。本発明の
追加の利点は、奇数および偶数フィールドが同一の増幅
器トランジスタＴ４、ソースフォロワＴ２、およびアク
セストランジスタＴ３を通過し、このことがこれらのト
ランジスタの製造におけるプロセスばらつきによるパタ
ーンノイズを大幅に減少させることである。さらに注目
すべきは、本発明の特定のスキームによると、従来のア
プローチの場合の５１２個のトランジスタではなく、リ
セットトランジスタＴ５、ソースフォロワトランジスタ
Ｔ２、およびアクセストランジスタＴ３として僅か２５
６個のトランジスタしか必要とされず、このことが製造
コストを大幅に低下させ、画像センサコアを小型化し、
さらに消費電力を低減するということである。その結
果、好適な実施形態の方法は、ＣＭＯＳアクティブピク
セル画像センサの感度を大幅に向上させ得、その性能を
ＣＣＤの性能に近いものにする。
【００３８】本発明を好適な実施形態に照らして開示し
てきたが、上記開示内容は、本発明を限定するためのも
のではない。本発明は、上記の特許請求の範囲により決
定される本発明の範囲および精神から逸脱することな
く、当業者によって改変または変更され得る。
てきたが、上記開示内容は、本発明を限定するためのも
のではない。本発明は、上記の特許請求の範囲により決
定される本発明の範囲および精神から逸脱することな
く、当業者によって改変または変更され得る。
【００３９】入射した画像の光を検知し、この画像を標
準テレビジョンフォーマットに変換する画像センサの構
成を開示する。この構成は、ロウおよび列の数がテレビ
ジョンフォーマットの走査線の半分であるロウおよび列
状に配置された複数の第１および第２の光検出素子（２
２，２３）であって、上記第１および第２の光検出素子
（２２，２３）の各々にそれぞれ入射した光の強度に応
じたアナログ信号をそれぞれ生成する光検出素子を含
み、各ロウ内の上記第１および第２の光検出素子が、交
互に配置され、第１の読み出し線ＲＤＯｎ（ｎ＝
１．．．２５６）によってアクティブにされて、奇数フ
ィールド信号を生成し、ジグザグ状または鋸刃状に配置
された２つの隣接するロウの上記第１および第２の光検
出素子（２２，２３）が、第２の読み出し線ＲＤＥｎ
（ｎ＝１．．．２５６）によってアクティブにされて、
偶数フィールド信号を生成する。
準テレビジョンフォーマットに変換する画像センサの構
成を開示する。この構成は、ロウおよび列の数がテレビ
ジョンフォーマットの走査線の半分であるロウおよび列
状に配置された複数の第１および第２の光検出素子（２
２，２３）であって、上記第１および第２の光検出素子
（２２，２３）の各々にそれぞれ入射した光の強度に応
じたアナログ信号をそれぞれ生成する光検出素子を含
み、各ロウ内の上記第１および第２の光検出素子が、交
互に配置され、第１の読み出し線ＲＤＯｎ（ｎ＝
１．．．２５６）によってアクティブにされて、奇数フ
ィールド信号を生成し、ジグザグ状または鋸刃状に配置
された２つの隣接するロウの上記第１および第２の光検
出素子（２２，２３）が、第２の読み出し線ＲＤＥｎ
（ｎ＝１．．．２５６）によってアクティブにされて、
偶数フィールド信号を生成する。
【００４０】
【発明の効果】本発明の特別なピクセル設計配置によっ
て、従来の光検出素子１０によって生成されるアナログ
信号に伴うノイズによる感度、ダイナミックレンジ、解
像度の低下を改善する。従って本発明によって、ＣＭＯ
Ｓアクティブピクセルセンサの、ピクセル感度を高め、
全体の画質を改善することができる。
て、従来の光検出素子１０によって生成されるアナログ
信号に伴うノイズによる感度、ダイナミックレンジ、解
像度の低下を改善する。従って本発明によって、ＣＭＯ
Ｓアクティブピクセルセンサの、ピクセル感度を高め、
全体の画質を改善することができる。
【図１Ａ】図１Ａは、５１２×５１２のアクティブなピ
クセルからなる従来のＣＭＯＳ画像センサの簡単な模式
的ブロック図を示す。
クセルからなる従来のＣＭＯＳ画像センサの簡単な模式
的ブロック図を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａで用いられるアクティブな
ピクセルのフォトセル構造の模式図を示す。
ピクセルのフォトセル構造の模式図を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の１つの実施形態による、
２５６×２５６のアクティブなピクセルからなるＣＭＯ
Ｓ画像センサの簡単な模式的ブロック図を示す。
２５６×２５６のアクティブなピクセルからなるＣＭＯ
Ｓ画像センサの簡単な模式的ブロック図を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２ＡのＣＭＯＳ画像センサで用
いられるアクティブなピクセルのフォトセル構造の模式
図を示す。
いられるアクティブなピクセルのフォトセル構造の模式
図を示す。
【図３】図３は、図２ＢのＣＭＯＳ画像センサで用いら
れる信号のタイミング図を示す。
れる信号のタイミング図を示す。
【図４】図４は、本発明による、奇数フィールドおよび
偶数フィールドにわたるピクセルのロウのイネーブル図
を示す。
偶数フィールドにわたるピクセルのロウのイネーブル図
を示す。
２２ 光検出素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 500512760 ４Ｆ．，Ｎｏ． 75， Ｓｅｃ． １， Ｈｓｉｎ Ｔａｉ Ｗｕ Ｒｏａｄ， Ｈ ｓｉ−Ｃｈｉｈ， Ｔａｉｐｅｉ Ｈｓｉ ｅｎ， Ｔａｉｗａｎ， Ｒ．Ｏ．Ｃ. (71)出願人 500406148 デイビッド ウェイン Ｄａｖｉｄ Ｗａｙｎｅ アメリカ合衆国 アリゾナ 85255， ス コッツデイル， エヌ． ハートフォード ドライブ， 17350 17350 Ｎ． Ｈａｒｔｆｏｒｄ Ｄｒｉ ｖｅ， Ｓｃｏｔｔｓｄａｌｅ， ＡＺ 85255， Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 シウェ， エヌ． リー アメリカ合衆国 アリゾナ 85255， ス コッツデイル， エヌ． ハートフォード ドライブ 17350 (72)発明者 デイビッド ウェイン アメリカ合衆国 アリゾナ 85255， ス コッツデイル， エヌ． ハートフォード ドライブ 17350
Claims (7)
- 【請求項１】 入射した画像の光を検知し、該画像を標
準テレビジョンフォーマットに変換する画像センサであ
って、該画像センサは、ロウおよびカラム状に配置され
た複数の第１および第２の光検出素子であって、該光検
出素子の各々にそれぞれ入射した光の強度に応じたアナ
ログ信号をそれぞれ生成する光検出素子を含み、 各ロウ内の該第１および第２の光検出素子が、交互に配
置され、第１の読み出し線によってアクティブにされ
て、奇数フィールド信号を生成すること、ならびに、鋸
刃状に配置された２つの隣接するロウ内の該第１および
第２の光検出素子が、第２の読み出し線によってアクテ
ィブにされて、偶数フィールド信号を生成することを特
徴とする、画像センサ。 - 【請求項２】 前記第１および第２の光検出素子の各々
が、該第１および第２の光検出素子の各々に含まれるフ
ォトダイオードの初期状態をリセットするリセットトラ
ンジスタを含む変換手段と、前記アナログ信号をバッフ
ァリングするソースフォロワトランジスタと、該ソース
フォロワに並列に結合された２つのアクセストランジス
タとをさらに含む、請求項１に記載の画像センサ。 - 【請求項３】 前記第２の読み出し線によってアクティ
ブにされた、鋸刃状に配置された２つの隣接するロウ内
の光検出素子が、該２つの隣接するロウ間の平均垂直位
置を実質的に有し、前記第１および第２のフィールド信
号の成分が互いに相関しており、それらの時間差が１／
６０秒未満であり、そのことにより、テレビに表示され
た前記画像の質を向上させる、請求項１に記載の画像セ
ンサ。 - 【請求項４】 前記第１の光検出素子の各々が、並列に
結合され、それぞれのゲートに接続された前記第１の読
み出し線および前記第２の読み出し線によってそれぞれ
アクティブにされた２つのアクセストランジスタをさら
に含み、前記第２の光検出素子の各々が、並列に結合さ
れ、それぞれのゲートに接続された前記第１の読み出し
線および別の第２の読み出し線によってアクティブにさ
れた２つのアクセストランジスタをさらに含む、請求項
１に記載の画像センサ。 - 【請求項５】 ＣＭＯＳアクティブピクセル画像センサ
において使用する光検出素子であって、それぞれに入射
した光の強度に応じたアナログ信号を生成する光検出素
子であって、該光検出素子は、 該光検出素子内のフォトダイオードの初期状態をリセッ
トするリセットトランジスタを含む変換手段と、 前記アナログ信号をバッファリングするソースフォロワ
トランジスタと、 該ソースフォロワに並列に結合された２つのアクセスト
ランジスタと、をさらに含む、光検出素子。 - 【請求項６】 並列に結合された前記２つのアクセスト
ランジスタが、それぞれのゲートに接続された第１の読
み出し線および第２の読み出し線によってそれぞれアク
ティブにされる、請求項５に記載の光検出素子。 - 【請求項７】 入射した画像の光を検知し、該画像を選
択されたテレビジョンフォーマットに変換する画像セン
サにおいて使用する方法であって、該画像センサは、ロ
ウおよびカラム状に配置された複数の第１および第２の
光検出素子であって、該光検出素子の各々にそれぞれ入
射した光の強度に応じたアナログ信号をそれぞれ生成す
る光検出素子を含み、該方法は、 （１）ロウおよびカラム状に配置された複数の第１およ
び第２の光検出素子であって、該光検出素子の各々にそ
れぞれ入射した光の強度に応じたアナログ信号をそれぞ
れ生成する光検出素子を提供するステップであって、各
ロウ内の該第１および第２の光検出素子が、交互に配置
され、且つ、第１の読み出し線に共通に結合され、２つ
の隣接するロウ内の該第１および第２の光検出素子が、
鋸刃状に配置され、且つ、第２の読み出し線に共通に結
合される、ステップと、 （２）該第１および第２の光検出素子の各々にそれぞれ
入射した光の強度に応じたアナログ信号をそれぞれ生成
するステップと、 （３）該第１の読み出し線および該第２の読み出し線を
順次アクティブにするステップと、 （４）該第１および第２の読み出し線の該順次アクティ
ブ化に応答して、該第１および第２の光検出素子におい
て得られた該アナログ信号を取得して、奇数フィールド
信号および偶数フィールド信号をそれぞれ生成するステ
ップと、を含む方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/497,051 US6876388B1 (en) | 2000-02-02 | 2000-02-02 | Interlaced alternating pixel design for high sensitivity CMOS Image sensors |
| US09/497.051 | 2000-02-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001251558A true JP2001251558A (ja) | 2001-09-14 |
Family
ID=23975264
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001027559A Withdrawn JP2001251558A (ja) | 2000-02-02 | 2001-02-02 | 高感度ｃｍｏｓ画像センサのためのインタレース型交互ピクセル設計 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6876388B1 (ja) |
| EP (1) | EP1137262A3 (ja) |
| JP (1) | JP2001251558A (ja) |
| KR (1) | KR20010078308A (ja) |
| TW (1) | TW558898B (ja) |
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| CN108230975A (zh) * | 2018-02-27 | 2018-06-29 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种显示面板和显示面板的检测方法 |
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| FR2855326B1 (fr) * | 2003-05-23 | 2005-07-22 | Atmel Grenoble Sa | Capteur d'image matriciel en technologie cmos |
| JP2005130382A (ja) * | 2003-10-27 | 2005-05-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体撮像装置 |
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| TWI423670B (zh) * | 2009-11-13 | 2014-01-11 | Sywe Neng Lee | 影像取樣及處理方法 |
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| KR20150072817A (ko) | 2013-12-20 | 2015-06-30 | 에스케이하이닉스 주식회사 | 이미지 센싱 장치 |
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- 2001-02-02 KR KR1020010005183A patent/KR20010078308A/ko not_active Application Discontinuation
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