JP2546833B2 - Solid-state imaging device - Google Patents

Solid-state imaging device

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JP2546833B2 JP62033247A JP3324787A JP2546833B2 JP 2546833 B2 JP2546833 B2 JP 2546833B2 JP 62033247 A JP62033247 A JP 62033247A JP 3324787 A JP3324787 A JP 3324787A JP 2546833 B2 JP2546833 B2 JP 2546833B2
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治久 安藤
寛次 加藤
信弥 大場
俊文 尾崎
秋元  肇
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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は固体撮像素子に関し、詳しくは、通常の撮像
機能に加えて、画像情報量を圧縮して転送することので
きる固体撮像素子に関する。
The present invention relates to a solid-state image pickup device, and more particularly to a solid-state image pickup device capable of compressing and transferring an image information amount in addition to a normal image pickup function.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第2図は従来のMOS型二次元固体撮像素子の原理図で
ある。図において、マトリツクス状に配列された多数の
ホトダイオード1からなる感光部と、ホトダイオード1
に蓄積された光信号を読み出すための垂直読み出しスイ
ツチ用MOSトランジスタ2および水平読み出しスイツチ
用MOSトランジスタ3と、それぞれのスイツチを順序よ
く切り換えるための垂直走査回路のシフトレジスタ4お
よび水平走査回路のシフトレジスタ5とからなり、6は
垂直ゲート線、7は垂直信号線、8は水平走査線、9は
水平出力線、10は出力端、11は出力負荷抵抗。12はビデ
オ電圧源である。垂直、水平のスイツチ用MOSトランジ
スタ2、3は、シフトレジスタ4、5によつてそれらの
ゲート電圧が制御され、スイツチ動作を得ている。この
ような撮像素子では、通常のTVカメラに使うことを考慮
して、各画素の読み出し順序が決められている。図中の
記号を用いて説明すると、まず第1行目のホトダイオー
ドa11,a12,…が順序よく読み出され、1H時間(約64μ
秒)後には第2行目のホトダイオードa21,a22,…と読み
出され、1フイールド時間(60分の1秒)後に再び第1
行目のホトダイオードa11,a12…に戻る訳である。
FIG. 2 is a principle diagram of a conventional MOS type two-dimensional solid-state imaging device. In the figure, a photosensitive portion including a large number of photodiodes 1 arranged in a matrix, and a photodiode 1
A vertical read switch MOS transistor 2 and a horizontal read switch MOS transistor 3 for reading the optical signal stored in the vertical scanning circuit, and a vertical scanning circuit shift register 4 and a horizontal scanning circuit shift register 5 for sequentially switching the respective switches. , 6 is a vertical gate line, 7 is a vertical signal line, 8 is a horizontal scanning line, 9 is a horizontal output line, 10 is an output end, and 11 is an output load resistance. 12 is a video voltage source. The gate voltages of the vertical and horizontal switching MOS transistors 2 and 3 are controlled by the shift registers 4 and 5, and a switching operation is obtained. In such an image pickup device, the reading order of each pixel is determined in consideration of use in a normal TV camera. Explaining with the symbols in the figure, first, the photodiodes a 11 , a 12 , ... In the first row are read out in order, and 1H time (about 64 μ
Second), the second row photodiodes a 21 , a 22 ... Are read, and after the first field time (1/60 second), the first photodiode is read again.
That is, the description returns to the photodiodes a 11 , a 12 ... In the row.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

ところで、このような固体撮像素子を画像信号処理装
置への入力装置として考えてみると、必ずしも各画素の
信号が逐一時系列的に出力されなくても良いことがわか
る。例えば、第3図(a)に示したように円状のものを
撮像した場合を考える。同図(b)は横軸にi座標、縦
軸に列方向(j座標方向)の画素の加算出力 をとつたものである。同図(b)の信号波形から、画面
の左側に丸い物体のあることが判る。同様にして同図
(c)には、横軸にj座標、縦軸に行方向(i座標方
向)の加算出力、 をとつたものである。第4図には、被写体として三角形
の場合についても例をあげている。このように、第3
図,第4図の(b),(c)図の投影像から、撮像しよ
うとしている物の位置、形状、大きさの把握が可能とな
ることがわかる。
By the way, considering such a solid-state image pickup device as an input device to the image signal processing device, it is understood that the signal of each pixel does not necessarily have to be output in a temporally sequential manner. For example, consider the case where a circular object is imaged as shown in FIG. In the same figure (b), the horizontal axis is the i coordinate and the vertical axis is the addition output of the pixels in the column direction (j coordinate direction). It is a collection of. It can be seen from the signal waveform in FIG. 7B that there is a round object on the left side of the screen. Similarly, in FIG. 7C, the horizontal axis is the j-coordinate, the vertical axis is the addition output in the row direction (i-coordinate direction), It is a collection of. FIG. 4 also shows an example of the case where the subject is a triangle. Thus, the third
It can be understood from the projected images of FIGS. 4 (b) and 4 (c) that the position, shape, and size of the object to be imaged can be grasped.

本発明の目的は従来の各画素独立読出し方式に加え、
列方向画素の加算出力あるいは行方向画素の加算出力の
読み出しが可能な固体撮像素子を提供することにある。
The object of the present invention is to add to each conventional pixel independent reading method,
An object of the present invention is to provide a solid-state image sensor capable of reading the addition output of column-direction pixels or the addition output of row-direction pixels.

〔問題点が解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的は、固体撮像素子の信号出力線を、水平およ
び垂直方向にそれぞれ独立に設け、これらの各信号出力
線を選択する機構を設けることにより、達成される。
The above object is achieved by providing signal output lines of the solid-state imaging device independently in the horizontal and vertical directions and providing a mechanism for selecting each of these signal output lines.

〔作用〕[Action]

本発明の構成によれば、各垂直信号線、あるいは各水
平信号線に、一列分あるいは一行分のホトダイオードの
信号が一括して転送されるので、加算処理が可能とな
る。
According to the configuration of the present invention, since the signals of the photodiodes for one column or one row are collectively transferred to each vertical signal line or each horizontal signal line, addition processing can be performed.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。図
中、符号1〜12は第2図におけるものと同じ要素を、そ
れぞれ示す。スイツチ用トランジスタ21はホトダイオー
ド1の信号を水平信号線22に伝えるためのものであり、
水平信号線22に転送された1行分の信号は、垂直シフト
レジスタ24によつて選択されるスイツチ用トランジスタ
23を介して垂直出力線25に移り、ビデオ電圧源26につな
がる検出抵抗27によつて電圧変換され、出力端28に出力
される。29は、垂直信号線7を介して信号転送する場合
に動作を確実にするためのシヤント用トランジスタであ
り省略してもよい。30は垂直バツフア回路である。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In the figure, reference numerals 1 to 12 respectively indicate the same elements as those in FIG. The switch transistor 21 is for transmitting the signal of the photodiode 1 to the horizontal signal line 22,
The signal for one row transferred to the horizontal signal line 22 is a switching transistor selected by the vertical shift register 24.
The signal is transferred to the vertical output line 25 via 23, converted into a voltage by the detection resistor 27 connected to the video voltage source 26, and output to the output end 28. Reference numeral 29 is a shunt transistor for ensuring the operation when a signal is transferred via the vertical signal line 7, and may be omitted. 30 is a vertical buffer circuit.

本実施例に示した素子は(A)通常の撮像動作、
(B)1列分の信号の加算出力動作、そして(C)1行
分の信号の加算出力動作が可能である。
The element shown in this embodiment is (A) a normal imaging operation,
(B) Addition and output operation of signals for one column and (C) Addition and output operation of signals for one row are possible.

まず(A)の動作を第5図に示すタイミング図を用い
て説明する。1行分の信号が各垂直信号線7に移された
後、水平スイツチトランジスタ3を介して外部10に出力
される。
First, the operation (A) will be described with reference to the timing chart shown in FIG. The signal for one row is transferred to each vertical signal line 7, and then output to the outside 10 via the horizontal switch transistor 3.

次いで、(B)の動作について、第6図に示すタイミ
ング図を用いて説明する。バツフア回路30から全ての垂
直ゲート線6を選択し、各一列分の信号が各垂直信号線
7に移され、水平スイツチトランジスタ3を介して外部
10に出力される。
Next, the operation (B) will be described with reference to the timing chart shown in FIG. All the vertical gate lines 6 are selected from the buffer circuit 30 and the signal for each column is transferred to each vertical signal line 7 and externally transmitted via the horizontal switch transistor 3.
Output to 10.

以上、(A),(B)の動作時には、垂直シフトレジ
スタ24の出力パルスは不要であり、動作を確実にするた
めにトランジスタ29のゲート電圧(VY′G)を高レベ
ルにしておけば良い。
As described above, during the operations of (A) and (B), the output pulse of the vertical shift register 24 is unnecessary, and the gate voltage (V Y'G ) of the transistor 29 is set to a high level to ensure the operation. good.

最後に(C)の動作を、第7図に示したタイミング図
を用いて説明する。バツフア回路30の出力VY1,VY2,…を
低レベルに電圧にしてトランジスタの非導通状態にセツ
トする。各ホトダイオードの信号はトランジスタ21を介
して水平信号線22に1行分が移され、レジスタ24によつ
て選択されるトランジスタ23を介して外部28に出力され
る。この時、トランジスタ29のゲート電圧(VY′G
を低レベル電圧にしておくのは勿論である。
Finally, the operation (C) will be described with reference to the timing chart shown in FIG. The outputs V Y1 , V Y2 , ... Of the buffer circuit 30 are set to a low level voltage to set the transistors in a non-conducting state. The signal of each photodiode is transferred for one row to the horizontal signal line 22 via the transistor 21, and is output to the outside 28 via the transistor 23 selected by the register 24. At this time, the gate voltage (V Y'G ) of the transistor 29
Is, of course, kept at a low level voltage.

以上のように、本実施例により、通常の撮像動作は言
うまでもなく、さらに、列方向画素および行方向画素の
加算出力を得られる。この結果、物体の位置、大きさ、
形状といつた画像認識が、従来の1フイールド時間(1/
60秒)単位から、1H時間(64μ秒)単位へと約250倍高
速化することができる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to obtain the addition output of the pixel in the column direction and the pixel in the row direction, not to mention the normal imaging operation. As a result, the position, size, and
Shape and image recognition are the same as conventional one-field time (1 /
The speed can be increased about 250 times from the unit of 60 seconds to the unit of 1H time (64 μs).

なお以上の実施例では、光電変換部としてpnダイオー
ドで説明したが、MOSダイオードあるいは光電変換膜で
も良い。またスイツチ用トランジスタとしてMOS−FETを
用いているが、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれ
ば、バイポーラトランジスタ、接合型FET等他の素子で
あつても良い。
In the above embodiments, the pn diode is used as the photoelectric conversion unit, but a MOS diode or a photoelectric conversion film may be used. Although a MOS-FET is used as the switch transistor, another element such as a bipolar transistor or a junction FET may be used as long as it does not depart from the gist of the present invention.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、画像認識のためのデータ取り込み時
間が1フイールド時間から1H時間へ短縮できるので、約
250倍の高速画像処理が可能となる。
According to the present invention, since the data acquisition time for image recognition can be shortened from 1 field time to 1H time,
250 times faster image processing is possible.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例である固体撮像素子の構成
図、第2図は従来素子の構成図、第3図と第4図は本発
明の目的である画像処理内容の説明図、第5図は従来の
信号出力タイミングチヤート、第6図,第7図は本発明
の実施例に対する信号出力タイミングチヤートである。 1……ホトダイオード、2……垂直スイツチトランジス
タ、21……スイツチ用トランジスタ、7……垂直信号
線、22……水平信号線。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of a solid-state image pickup device which is an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of a conventional device, and FIGS. 3 and 4 are objects of the present invention. FIG. 5 is an explanatory diagram of image processing contents, FIG. 5 is a conventional signal output timing chart, and FIGS. 6 and 7 are signal output timing charts for an embodiment of the present invention. 1 ... Photodiode, 2 ... Vertical switch transistor, 21 ... Switch transistor, 7 ... Vertical signal line, 22 ... Horizontal signal line.

フロントページの続き (72)発明者 尾崎 俊文 国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式 会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 秋元 肇 国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式 会社日立製作所中央研究所内Front page continued (72) Inventor Toshifumi Ozaki 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji City, Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Hajime Akimoto 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji City, Central Research Laboratory, Hitachi Ltd.

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】同一半導体基板上に二次元状に配置された
複数の受光素子と、当該受光素子からの信号を順次選択
して外部に出力する手段を具備した固体撮像素子におい
て、各行若しくは各列の信号を加算した後、加算した結
果を外部に出力する手段を具備することを特徴とする固
体撮像素子。
1. A solid-state imaging device comprising a plurality of light-receiving elements arranged two-dimensionally on the same semiconductor substrate and means for sequentially selecting signals from the light-receiving elements and outputting the signals to each row or each row. A solid-state image pickup device, comprising means for adding the signals of the columns and outputting the result of the addition to the outside.
【請求項2】上記複数の受光素子に、それぞれスイッチ
ング素子を介して接続された上記各行および各列の信号
出力線が互いに独立して設けられ、当該信号出力線を選
択する手段を具備していることを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載の固体撮像素子。
2. The plurality of light receiving elements are provided with signal output lines of each of the rows and columns independently connected to each other through switching elements, and means for selecting the signal output lines is provided. The solid-state image sensor according to claim 1, characterized in that:
【請求項3】上記複数の受光素子には、当該受光素子を
直接選択するためのスイッチング素子がそれぞれ接続さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第1項若しく
は第2項記載の固体撮像素子。
3. The solid-state imaging device according to claim 1 or 2, wherein a switching element for directly selecting the light receiving element is connected to each of the plurality of light receiving elements. element.
【請求項4】上記複数の受光素子には、上記スイッチン
グ素子がそれぞれ2個以上接続されていることを特徴と
する特許請求の範囲第3項記載の固体撮像素子。
4. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein two or more switching devices are connected to each of the plurality of light receiving devices.
【請求項5】上記受光素子は、pn接合ダイオード、MOS
ダイオード若しくは光電変換膜であることを特徴とする
特許請求の範囲第1項から第4項のいずれか一に記載の
固体撮像素子。
5. The light receiving element is a pn junction diode or a MOS.
The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 4, which is a diode or a photoelectric conversion film.
【請求項6】上記スイッチング素子は、MOSトランジス
タ、バイポーラトランジスタ若しくは接合型FETである
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項から第3項のい
ずれか一に記載の固体撮像素子。
6. The solid-state image pickup device according to claim 1, wherein the switching element is a MOS transistor, a bipolar transistor, or a junction FET.
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