JP2004357329A - Solid-state imaging element - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem that the extension of a dynamic range of an incident luminous quantity versus output signal quantity has a limit because of a limit of a signal electric charge amount storable in a unit pixel. <P>SOLUTION: For example, two load capacitors 18, 19 are provided to one vertical signal line 13, MOS transistors 16, 17 acting like operation switches read signals outputted from a plurality of rows of pixels whose storage time differs from each other through the vertical signal line 13 and stored in the load capacitors 18, 19, and the signals stored in the load capacitors 18, 19 are introduced from output terminals 25, 26 by MOS transistors 20, 21 acting like horizontal switches through horizontal signal lines 22, 23. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、固体撮像素子に関し、特に光電変換によって得られる画素情報を画素単位で読み出すことが可能なX‐Yアドレス型固体撮像素子に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly, to an XY address type solid-state imaging device capable of reading out pixel information obtained by photoelectric conversion in pixel units.

X‐Yアドレス型固体撮像素子の一種である増幅型固体撮像素子では、画素そのものに増幅機能を持たせるために、MOS構造等の能動素子(MOSトランジスタ)を用いて画素を構成している(例えば、特許文献1参照)。この増幅型固体撮像素子の従来例を図9に示す。図9において、画素トランジスタ81が行列状に多数配列され、各画素トランジスタ81のゲート電極が行単位で垂直選択線82に接続され、各ソース電極が列単位で垂直信号線83に接続され、さらに各ドレイン電極には電源電圧VDが印加されている。各垂直選択線82は、垂直スキャナ84の出力端に接続されている。   In an amplification type solid-state imaging device, which is a type of XY address type solid-state imaging device, a pixel is configured using an active device (MOS transistor) such as a MOS structure in order to give the pixel itself an amplification function ( For example, see Patent Document 1). FIG. 9 shows a conventional example of this amplification type solid-state imaging device. In FIG. 9, a large number of pixel transistors 81 are arranged in rows and columns, the gate electrode of each pixel transistor 81 is connected to a vertical selection line 82 in row units, and each source electrode is connected to a vertical signal line 83 in column units. A power supply voltage VD is applied to each drain electrode. Each vertical selection line 82 is connected to an output terminal of a vertical scanner 84.

各垂直信号線83は、動作スイッチであるNchMOSトランジスタ85のドレイン電極に接続されている。このMOSトランジスタ85のソース電極は、負荷容量86の一端に接続されるとともに、水平スイッチであるNchMOSトランジスタ87のドレイン電極に接続され、そのゲート電極には、動作パルスφOPが印加される。負荷容量86の他端は接地されている。MOSトランジスタ87のソース電極は水平信号線88に接続され、そのゲート電極は水平走査回路89の出力端に接続されている。水平信号線88の一端は、出力端子90に接続されている。   Each vertical signal line 83 is connected to a drain electrode of an NchMOS transistor 85 as an operation switch. The source electrode of the MOS transistor 85 is connected to one end of the load capacitor 86, and is connected to the drain electrode of an NchMOS transistor 87 which is a horizontal switch, and an operation pulse φOP is applied to its gate electrode. The other end of the load capacitance 86 is grounded. The source electrode of the MOS transistor 87 is connected to the horizontal signal line 88, and the gate electrode is connected to the output terminal of the horizontal scanning circuit 89. One end of the horizontal signal line 88 is connected to the output terminal 90.

上記構成の増幅型固体撮像素子において、入射光は画素トランジスタ81にてその光量に応じた電荷量の信号電荷に光電変換される。画素トランジスタ81からの入射光量に応じた信号は、垂直信号線83を経て動作スイッチであるMOSトランジスタ85を介して負荷容量86に保持される。この保持された信号は、水平走査回路89によって制御される水平スイッチであるMOSトランジスタ87を介して水平信号線88に出力され、さらにこの水平信号線88を通して出力端子90から外部へ導出される。   In the amplification type solid-state imaging device having the above configuration, the incident light is photoelectrically converted by the pixel transistor 81 into a signal charge having a charge amount corresponding to the light amount. A signal corresponding to the amount of incident light from the pixel transistor 81 is held in the load capacitance 86 via the vertical signal line 83 and the MOS transistor 85 as an operation switch. The held signal is output to a horizontal signal line 88 via a MOS transistor 87 which is a horizontal switch controlled by a horizontal scanning circuit 89, and is further led out from an output terminal 90 through the horizontal signal line 88.

このような増幅型固体撮像素子では、光電変換によって単位画素に蓄積された信号電荷に対してほぼ線形な出力信号が得られ、単位画素の蓄積できる信号電荷量によって撮像素子のダイナミックレンジが決定されてしまう。図10は、撮像素子の入射光量と出力信号量の関係を示す入出力特性図である。この入出力特性図から明らかなように、撮像素子のダイナミックレンジは、画素の飽和信号量とノイズレベルで決まってしまう。   In such an amplification type solid-state imaging device, an output signal that is substantially linear with respect to the signal charge accumulated in the unit pixel by the photoelectric conversion is obtained, and the dynamic range of the imaging device is determined by the amount of signal charge that can be accumulated in the unit pixel. Would. FIG. 10 is an input / output characteristic diagram showing the relationship between the amount of incident light and the amount of output signal of the image sensor. As is apparent from the input / output characteristic diagram, the dynamic range of the image sensor is determined by the saturation signal amount and the noise level of the pixel.

特開平5−167928号公報JP-A-5-167928

上述したように、従来の増幅型固体撮像素子では、単位画素の蓄積できる信号電荷量は、単位画素の大きさに応じて限界があることから、低輝度の被写体にカメラレンズの絞りを合わせると高輝度の被写体の信号は飽和してしまい、逆に高輝度の被写体にカメラレンズの絞りを合わせると低輝度の被写体の信号はノイズに埋もれてしまうため、画像認識等に要求されるダイナミックレンジを得ることができなかった。   As described above, in the conventional amplification-type solid-state imaging device, the signal charge amount that can be stored in a unit pixel is limited according to the size of the unit pixel. The signal of a high-brightness subject is saturated, and conversely, if the aperture of the camera lens is adjusted to a high-brightness subject, the signal of a low-brightness subject will be buried in noise. I couldn't get it.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、入射光量対出力信号量のダイナミックレンジを飛躍的に拡大することが可能な固体撮像素子を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of dramatically expanding a dynamic range of an incident light amount versus an output signal amount. is there.

本発明による固体撮像素子は、行列状に配列されて入射光量に応じた信号を出力する多数の画素と、同一列の画素を共通に接続した垂直信号線の各々に対して設けられた複数の記憶手段と、蓄積時間が異なる複数行の画素から出力される信号を垂直信号線を通して読み出して前記複数の記憶手段に記憶させる複数の第1のスイッチ手段と、前記複数の記憶手段に記憶された信号を複数の水平信号線を通して出力する複数の第2のスイッチ手段とを備えた構成となっている。   The solid-state imaging device according to the present invention includes a plurality of pixels arranged in a matrix and outputting signals according to the amount of incident light, and a plurality of pixels provided for each of the vertical signal lines commonly connected to the pixels in the same column. Storage means, a plurality of first switch means for reading out signals output from a plurality of rows of pixels having different accumulation times through a vertical signal line and storing the signals in the plurality of storage means, and a plurality of first switch means stored in the plurality of storage means. A plurality of second switch means for outputting a signal through a plurality of horizontal signal lines.

本発明によれば、1本の垂直信号線に対して記憶手段を複数設け、蓄積時間が異なる複数行の画素から出力される信号を垂直信号線を通して複数の記憶手段に記憶させる一方、これらの記憶手段に記憶された信号を複数の水平信号線を通して出力する構成としたことにより、画素が飽和してコントラストの得られない映像信号の他に、非常に広い範囲の入射光量に対してコントラストのある映像信号を得ることができるので、入射光量対出力信号量のダイナミックレンジを飛躍的に拡大することができる。   According to the present invention, a plurality of storage means are provided for one vertical signal line, and signals output from a plurality of rows of pixels having different accumulation times are stored in the plurality of storage means through the vertical signal lines. By outputting the signal stored in the storage means through a plurality of horizontal signal lines, in addition to a video signal in which a pixel is saturated and a contrast cannot be obtained, a contrast of a very wide range of incident light amount can be obtained. Since a certain video signal can be obtained, the dynamic range of the amount of incident light versus the amount of output signal can be greatly expanded.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明による固体撮像素子の一実施形態を示す構成図である。図1において、画素トランジスタ(本例では、NchMOSトランジスタを示す)11が行列状に多数配列され、各画素トランジスタ11のゲート電極が行単位で垂直選択線12に接続され、各ソース電極が列単位で垂直信号線13に接続され、さらに各ドレイン電極には電源電圧VDが印加されている。各垂直選択線12は、垂直走査回路14および電子シャッタ走査回路15の出力端に接続されている。   FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention. In FIG. 1, a large number of pixel transistors (in this example, NchMOS transistors) 11 are arranged in rows and columns, the gate electrode of each pixel transistor 11 is connected to a vertical selection line 12 in a row unit, and each source electrode is connected in a column unit. Are connected to the vertical signal line 13, and a power supply voltage VD is applied to each drain electrode. Each vertical selection line 12 is connected to output terminals of a vertical scanning circuit 14 and an electronic shutter scanning circuit 15.

垂直走査回路14はシフトレジスタ等で構成されており、垂直走査しつつ各ラインごとに画素情報を順に読み出すために、各垂直選択線12に対して垂直選択パルスφV(…,φVm,…,φVp,…)を与える。電子シャッタ走査回路15も同様にシフトレジスタ等で構成されており、各ラインごとに画素の蓄積時間を制御するためのものである。   The vertical scanning circuit 14 is composed of a shift register or the like. In order to sequentially read out pixel information for each line while performing vertical scanning, a vertical selection pulse φV (..., ΦVm,. ,…)give. The electronic shutter scanning circuit 15 is also formed of a shift register or the like, and controls the pixel accumulation time for each line.

各垂直信号線13は、動作スイッチ(第1のスイッチ手段)である例えば2つのNchMOSトランジスタ16,17の各ドレイン電極に接続されている。これらMOSトランジスタ16,17は同一サイズに形成されており、その各ゲート電極には動作パルスφOP1,φOP2が印加される。MOSトランジスタ16,17の各ソース電極は、記憶手段である2つの負荷容量18,19の各一端に接続されるとともに、水平スイッチ(第2のスイッチ手段)である2つのNchMOSトランジスタ20,21の各ドレイン電極に接続されている。負荷容量18,19の各他端は共に接地されている。   Each vertical signal line 13 is connected to each drain electrode of, for example, two NchMOS transistors 16 and 17 which are operation switches (first switch means). These MOS transistors 16 and 17 are formed in the same size, and operation pulses φOP1 and φOP2 are applied to their respective gate electrodes. Each source electrode of the MOS transistors 16 and 17 is connected to one end of each of two load capacitors 18 and 19 as storage means, and is connected to two NchMOS transistors 20 and 21 as horizontal switches (second switch means). It is connected to each drain electrode. The other ends of the load capacitors 18 and 19 are both grounded.

MOSトランジスタ20,21の各ソース電極は水平信号線22,23にそれぞれ接続され、各ゲート電極は水平走査回路24の出力端に共通に接続されている。この水平走査回路24はシフトレジスタ等で構成され、MOSトランジスタ20,21を導通状態にし、負荷容量18,19の各一端を水平信号線22,23に接続するために、MOSトランジスタ20,21の各ゲート電極に対して水平走査パルスφH(…,φHn,φHn+1,…)を与える。水平信号線22,23の各一端は、出力端子25,26にそれぞれ接続されている。以上により、増幅型固体撮像素子10が構成されている。   The source electrodes of the MOS transistors 20 and 21 are connected to horizontal signal lines 22 and 23, respectively, and the gate electrodes are commonly connected to the output terminal of the horizontal scanning circuit 24. The horizontal scanning circuit 24 is composed of a shift register or the like, and turns on the MOS transistors 20 and 21 to connect the one ends of the load capacitors 18 and 19 to the horizontal signal lines 22 and 23. A horizontal scanning pulse φH (..., ΦHn, φHn + 1,...) Is applied to each gate electrode. One ends of the horizontal signal lines 22 and 23 are connected to output terminals 25 and 26, respectively. Thus, the amplification type solid-state imaging device 10 is configured.

次に、上記構成の増幅型固体撮像素子10の動作について、図2のタイミングチャートを用いて説明する。
先ず、垂直走査期間にほぼ近い時間だけ蓄積したφVm行の垂直選択線12の画素トランジスタ11を、ある水平ブランキング期間に垂直信号線13から動作スイッチであるMOSトランジスタ16を介して読み出して負荷容量18に信号電圧として保持する。そして、読み出しが終わったφVm行の垂直選択線12の画素トランジスタ11については、当該画素トランジスタ11に蓄積した信号電荷をリセットする。なお、画素のリセットは、基板パルスφSUBが基板に印加されることによって行われる。また、画素の蓄積時間の制御は、電子シャッタ走査回路15によって行われる。
Next, the operation of the amplification type solid-state imaging device 10 having the above configuration will be described with reference to the timing chart of FIG.
First, the pixel transistors 11 of the vertical selection line 12 of the φVm row accumulated for a time almost close to the vertical scanning period are read out from the vertical signal line 13 via the MOS transistor 16 which is an operation switch during a certain horizontal blanking period, and the load capacitance is read. 18 as a signal voltage. Then, for the pixel transistor 11 of the vertical selection line 12 of the φVm row from which the reading has been completed, the signal charges accumulated in the pixel transistor 11 are reset. The reset of the pixel is performed by applying the substrate pulse φSUB to the substrate. The control of the pixel accumulation time is performed by the electronic shutter scanning circuit 15.

次に、同じ水平ブランキング期間に例えば1/1000秒前に一度読み出されてリセットされたφVp行の垂直選択線12の画素トランジスタ11の信号を、垂直信号線13からMOSトランジスタ17を介して負荷容量19に読み出して信号電圧として保持する。読み出しが終わったφVp行の垂直選択線12の画素トランジスタ11については、当該画素トランジスタ11に蓄積した信号電荷をリセットする。すると、垂直走査期間をいま仮に1/60秒であるとすると、負荷容量18,19にはそれぞれ(1/60−1/1000)秒と1/1000秒の蓄積時間の信号が保持される。これらの信号をそれぞれL信号、S信号と称することにする。   Next, in the same horizontal blanking period, for example, the signal of the pixel transistor 11 of the vertical selection line 12 of the φVp row that has been read and reset once 1/1000 second ago is sent from the vertical signal line 13 through the MOS transistor 17. The data is read out to the load capacitance 19 and held as a signal voltage. For the pixel transistor 11 of the vertical selection line 12 in the φVp row from which reading has been completed, the signal charges accumulated in the pixel transistor 11 are reset. Then, assuming that the vertical scanning period is 1/60 second, signals of accumulation times of (1 / 60-1 / 1000) second and 1/1000 second are held in the load capacitors 18 and 19, respectively. These signals will be referred to as an L signal and an S signal, respectively.

この負荷容量18,19に保持されたL,S信号は、水平スイッチであるMOSトランジスタ20,21を介して水平信号線22,23に出力され、さらに出力端子25,26を通して出力信号OUT1,OUT2としてそれぞれ外部へ導出される。ここで、入射光量に対する出力信号OUT1,OUT2の各信号量の関係を図示すると図3に示すようになる。すなわち、出力信号OUT1は従来例の場合と同等の入射光量R1で飽和してしまうのに対し、もう一方の出力信号OUT2は入射光量R2まで飽和しない。   The L and S signals held in the load capacitors 18 and 19 are output to horizontal signal lines 22 and 23 via MOS transistors 20 and 21 as horizontal switches, and further output signals OUT1 and OUT2 through output terminals 25 and 26. Respectively. FIG. 3 shows the relationship between the amount of incident light and the amount of each of the output signals OUT1 and OUT2. That is, the output signal OUT1 is saturated at the incident light amount R1 equivalent to that of the conventional example, while the other output signal OUT2 is not saturated up to the incident light amount R2.

このように、1本の垂直信号線13に対して例えば2つの負荷容量18,19を設け、蓄積時間が異なる複数行の画素から出力される信号を、垂直信号線13を通してMOSトランジスタ16,17によって読み出して負荷容量18,19に記憶させる一方、負荷容量18,19に記憶された信号をMOSトランジスタ20,21によって水平信号線22,23を通して出力する構成としたことで、単一の固体撮像素子10から同時に蓄積時間の異なる出力信号OUT1,OUT2が得られる。したがって、従来の固体撮像素子では画素が飽和してコントラストの得られない映像信号がもう一方の端子から出力され、別々の端子からではあるが非常に広い範囲の入射光量に対してコントラストのある信号が得られる。   Thus, for example, two load capacitors 18 and 19 are provided for one vertical signal line 13, and signals output from a plurality of rows of pixels having different storage times are passed through the vertical signal line 13 to the MOS transistors 16 and 17. In this configuration, the signals stored in the load capacitors 18 and 19 are stored in the load capacitors 18 and 19, while the signals stored in the load capacitors 18 and 19 are output through the horizontal signal lines 22 and 23 by the MOS transistors 20 and 21. Output signals OUT1 and OUT2 having different accumulation times are simultaneously obtained from the element 10. Therefore, the conventional solid-state imaging device outputs a video signal from which a pixel is saturated and a contrast cannot be obtained from the other terminal, and a signal having a contrast with respect to an incident light amount in a very wide range from different terminals. Is obtained.

なお、本実施形態では、1本の垂直信号線13に対して2つの負荷容量18,19を設けるとしたが、2つに限られるものではなく、3つ以上設けることも可能である。この場合、動作スイッチおよび水平スイッチについても同じ数だけ設ける必要がある。   In the present embodiment, two load capacitors 18 and 19 are provided for one vertical signal line 13, but the number is not limited to two, and three or more capacitors can be provided. In this case, it is necessary to provide the same number of operation switches and horizontal switches.

また、図1の構成の固体撮像素子10においては、出力信号OUT1,OUT2として、異なる行の画素からの信号が同時に導出されることになるため、表示や画像処理等をする場合に都合が悪い。これに対処できるようにしたのが、以下に述べる撮像装置である。   In addition, in the solid-state imaging device 10 having the configuration shown in FIG. 1, since signals from pixels in different rows are derived simultaneously as the output signals OUT1 and OUT2, it is not convenient to perform display or image processing. . The imaging device described below can deal with this.

図4は、本発明による固体撮像素子10を用いた撮像装置の構成を示すブロック図である。図4において、固体撮像素子10から出力される、映像信号として後で走査される行の画素信号(図1の説明では、出力信号OUT1)をFIFO(First In First Out)のN行分のラインメモリ31を通すことにより、出力信号OUT1と同一の行でかつ出力信号OUT1よりも遅れて出力される出力信号OUT2に時間を合わせ(同時化)、その後この同時化された出力信号OUT1,OUT2を加算器32で加算する構成の信号処理回路30を用いる。   FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of an imaging device using the solid-state imaging device 10 according to the present invention. In FIG. 4, a pixel signal (output signal OUT1 in the description of FIG. 1) of a row which is output later from the solid-state image sensor 10 and is scanned as a video signal is converted into a line for N rows of FIFO (First In First Out). By passing the signal through the memory 31, the output signal OUT2 is output in the same row as the output signal OUT1 and is delayed (synchronized) with the output signal OUT1. A signal processing circuit 30 configured to add by an adder 32 is used.

ここで、ラインメモリ31の容量としては、図1の構成の場合は、(m−p)行分だけあれば良い。このことは、図1で説明したように、蓄積時間を短くしたφVp行について、蓄積時間の長いφVm行よりも先に走査されるように設定しておけば、メモリの容量が少なくて済むことを意味している。何故ならば、φVp行の蓄積時間はφVm行との行差と水平走査時間の積で表されるため、先に走査されるφVp行の蓄積時間を短く設定すればφVp行とφVm行との行差が少なくなり、結果的にメモリの容量が少なくなるからである。   Here, the capacity of the line memory 31 only needs to be (mp) rows in the configuration of FIG. This is because, as described with reference to FIG. 1, the memory capacity can be reduced by setting the φVp row with the shorter storage time to be scanned before the φVm row with the longer storage time. Means Because the storage time of the φVp row is represented by the product of the row difference from the φVm row and the horizontal scanning time, if the storage time of the previously scanned φVp row is set to be short, the storage time between the φVp row and the φVm row is reduced. This is because the line difference is reduced, and as a result, the memory capacity is reduced.

このように、映像信号として後で走査される行の画素信号であるL信号(出力信号OUT1)をラインメモリ31に記憶し、もう一度同じ行の画素信号がS信号(出力信号OUT2)として出力されたら、L信号とS信号を加算して映像信号として出力することにより、図5に示すような入射光量対出力信号量の関係が得られる。その結果、図5の入出力特性図から明らかなように、入射光量R1を境に感度が変化して非線形の関係になるものの、入射光としてのダイナミックレンジが飛躍的に拡大する。   As described above, the L signal (output signal OUT1), which is a pixel signal of a row to be scanned later as a video signal, is stored in the line memory 31, and the pixel signal of the same row is output again as an S signal (output signal OUT2). Then, the relationship between the incident light amount and the output signal amount as shown in FIG. 5 is obtained by adding the L signal and the S signal and outputting the added signal as a video signal. As a result, as is apparent from the input / output characteristic diagram of FIG. 5, although the sensitivity changes at the boundary of the incident light amount R1 and a non-linear relationship is established, the dynamic range of the incident light is greatly expanded.

ところで、どのような固体撮像素子においても、画素の飽和信号量にバラツキがあることから、出力信号OUT1と出力信号OUT2とを単純に加算すると、図5の光量R1〜R2の範囲で画素の飽和信号量のバラツキがそのまま映像に現れてしまう。すなわち、光量R1〜R2の範囲では、出力信号OUT1は画素の飽和信号量のバラツキとなるので、加算信号(OUT1+OUT2)は出力信号OUT1の飽和信号量のバラツキ、即ち固定パターンノイズの上に出力信号OUT2が重畳された非常にSN比の悪い信号となってしまう。   By the way, in any solid-state imaging device, since the saturation signal amount of the pixel varies, simply adding the output signal OUT1 and the output signal OUT2 causes the saturation of the pixel in the range of the light amount R1 to R2 in FIG. The variation in the signal amount appears in the video as it is. That is, in the range of the light amounts R1 to R2, the output signal OUT1 has a variation in the saturation signal amount of the pixel. Therefore, the addition signal (OUT1 + OUT2) has a variation in the saturation signal amount of the output signal OUT1, that is, the output signal OUT1 OUT2 is superimposed on the signal having a very low SN ratio.

他の撮像装置では、これに対処できるような構成となっている。図6はその構成を示すブロック図であり、図中、図4と同等部分には同一符号を付して示してある。この他の撮像装置における信号処理回路30では、上述した画素の飽和信号量のバラツキを取り除くために、固体撮像素子10の出力信号OUT1の出力端とラインメモリ31との間にクリップ回路33を、さらに出力信号OUT2の出力端と加算器32との間にクリップ回路34をそれぞれ挿入した構成となっている。   Other imaging devices are configured to cope with this. FIG. 6 is a block diagram showing the configuration, and in the figure, the same parts as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. In the signal processing circuit 30 of this other imaging device, in order to remove the above-mentioned variation in the amount of saturation signal of the pixel, a clipping circuit 33 is provided between the output terminal of the output signal OUT1 of the solid-state imaging device 10 and the line memory 31. Further, a clip circuit 34 is inserted between the output terminal of the output signal OUT2 and the adder 32.

ここに、クリップ回路33,34とは、ある一定値以上の信号をその一定値で置き換える回路であり、そのある一定値としては、バラツキを持つ画素の飽和信号量のうち最も小さい値よりも小さくとるように設定する。なお、出力信号OUT2側にもクリップ回路34を挿入するとしたが、図5の入出力特性から明らかなように、出力信号OUT2については入射光量R2までは飽和レベルに達しないことから、それ以上のダイナミックレンジを望まない場合には、クリップ回路34を省略することも可能である。   Here, the clipping circuits 33 and 34 are circuits for replacing a signal having a certain value or more with the certain value, and the certain value is smaller than the smallest value among the saturation signal amounts of the pixels having the variation. Set to take. Although the clipping circuit 34 is also inserted on the output signal OUT2 side, as is apparent from the input / output characteristics of FIG. 5, the output signal OUT2 does not reach the saturation level up to the incident light amount R2. If a dynamic range is not desired, the clipping circuit 34 can be omitted.

図7に、クリップ回路33,34の入出力特性を示す。かかる入出力特性を持つクリップ回路33,34を挿入することで、出力信号OUT1が画素の飽和レベルに達しても、画素の飽和信号量よりも小さく設定されたクリップレベルでクリップされるため、画素の飽和信号量のバラツキ、即ち固定パターンノイズの影響を受けることがなく、よってSN比の高い映像信号を得ることができる。   FIG. 7 shows the input / output characteristics of the clip circuits 33 and 34. By inserting the clip circuits 33 and 34 having such input / output characteristics, even if the output signal OUT1 reaches the saturation level of the pixel, the output signal OUT1 is clipped at the clip level set smaller than the saturation signal amount of the pixel. , Which is not affected by the fixed pattern noise, and thus a video signal having a high SN ratio can be obtained.

また、図7に示す線形の入出力特性に代えて、図8に示す非線形の入出力特性をクリップ回路33に持たせることで、図5の入出力特性における入射光量R1での不自然な段差特性を解消し、その入出力特性を滑らかにすることができる。その結果、自然な階調を持つ映像信号を得ることができる。   Further, by providing the clipping circuit 33 with the non-linear input / output characteristics shown in FIG. 8 instead of the linear input / output characteristics shown in FIG. 7, an unnatural step at the incident light amount R1 in the input / output characteristics shown in FIG. The characteristics can be eliminated and the input / output characteristics can be smoothed. As a result, a video signal having a natural gradation can be obtained.

本発明による固体撮像素子の一実施形態を示す構成図である。1 is a configuration diagram illustrating an embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention. 本発明の動作説明のためのタイミングチャートである。5 is a timing chart for explaining the operation of the present invention. 本発明による固体撮像素子の入出力特性図である。FIG. 3 is an input / output characteristic diagram of the solid-state imaging device according to the present invention. 本発明による固体撮像素子を用いた撮像装置の構成を示すブロック図図である。1 is a block diagram illustrating a configuration of an imaging device using a solid-state imaging device according to the present invention. 撮像装置の入出力特性図である。FIG. 3 is an input / output characteristic diagram of the imaging device. 撮像装置の他の構成を示すブロック図図である。It is a block diagram showing other composition of an imaging device. クリップ回路の一例の入出力特性図である。FIG. 3 is an input / output characteristic diagram of an example of a clip circuit. クリップ回路の他の例の入出力特性図である。FIG. 11 is an input / output characteristic diagram of another example of the clip circuit. 従来例を示す構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram showing a conventional example. 従来例の入出力特性図である。FIG. 11 is an input / output characteristic diagram of a conventional example.

符号の説明Explanation of reference numerals

10…固体撮像素子、11…画素トランジスタ、12…垂直選択線、13…垂直信号線、14…垂直走査回路、15…電子シャッタ走査回路、16,17…MOSトランジスタ(動作スイッチ)、18,19…負荷容量、20,21…MOSトランジスタ(水平スイッチ)、22,23…水平信号線、24…水平走査回路、25,26…出力端子、30…信号処理回路、31…ラインメモリ、32…加算器、33,34…クランプ回路   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Solid-state image sensor, 11 ... Pixel transistor, 12 ... Vertical selection line, 13 ... Vertical signal line, 14 ... Vertical scanning circuit, 15 ... Electronic shutter scanning circuit, 16, 17 ... MOS transistor (operation switch), 18, 19 ... Load capacitance, 20, 21 ... MOS transistor (horizontal switch), 22, 23 ... horizontal signal line, 24 ... horizontal scanning circuit, 25,26 ... output terminal, 30 ... signal processing circuit, 31 ... line memory, 32 ... addition , 33, 34… Clamp circuit

Claims (3)

行列状に配列されて入射光量に応じた信号を出力する多数の画素と、
同一列の画素を共通に接続した垂直信号線の各々に対して設けられた複数の記憶手段と、
蓄積時間が異なる複数行の画素から出力される信号を垂直信号線を通して読み出して前記複数の記憶手段に記憶させる複数の第1のスイッチ手段と、
前記複数の記憶手段に記憶された信号を複数の水平信号線を通して出力する複数の第2のスイッチ手段と
を備えたことを特徴とする固体撮像素子。
A large number of pixels arranged in a matrix and outputting signals according to the amount of incident light,
A plurality of storage means provided for each of the vertical signal lines commonly connecting the pixels of the same column,
A plurality of first switch means for reading out signals output from a plurality of rows of pixels having different accumulation times through a vertical signal line and storing the signals in the plurality of storage means;
And a plurality of second switch means for outputting the signals stored in the plurality of storage means through a plurality of horizontal signal lines.
画素の蓄積時間を電子シャッタを用いて制御する
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein an accumulation time of the pixel is controlled using an electronic shutter.
前記複数行の画素のうち映像信号として先に走査される行の画素は、最も後に走査される行の画素よりも蓄積時間が短く設定された
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein, among the pixels in the plurality of rows, a pixel in a row that is scanned first as a video signal has a shorter accumulation time than a pixel in a row that is scanned last. .
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