JP3514663B2 - Semiconductor imaging device - Google Patents

Semiconductor imaging device

Info

Publication number
JP3514663B2
JP3514663B2 JP15367399A JP15367399A JP3514663B2 JP 3514663 B2 JP3514663 B2 JP 3514663B2 JP 15367399 A JP15367399 A JP 15367399A JP 15367399 A JP15367399 A JP 15367399A JP 3514663 B2 JP3514663 B2 JP 3514663B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
pixel
node
pixel circuit
semiconductor image
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP15367399A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2000340779A (en
Inventor
裕 有馬
博貴 宇井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP15367399A priority Critical patent/JP3514663B2/en
Publication of JP2000340779A publication Critical patent/JP2000340779A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3514663B2 publication Critical patent/JP3514663B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

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】本発明は受光量に応じた電圧
を出力する半導体撮像素子であって、屋外の監視用カメ
ラや車載用カメラ等の様々な環境下で使用される撮像装
置において用いられる撮像素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor image pickup device that outputs a voltage according to the amount of received light, and is used in an image pickup apparatus used in various environments such as an outdoor surveillance camera and a vehicle-mounted camera. The present invention relates to an image sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】人間の視覚系において、各々の視細胞
は、それ自身が受けた光量と、その周辺の各視細胞が受
けた光量の平均との差を、受けた光量に対する信号とし
て出力する機能を持っている。この機能により、図13
に示すように、各視細胞は受光感度範囲の幅は一定であ
るものの、その周辺に入射する光強度の平均に応じてそ
の受光感度範囲をシフトする。すなわち、極端に輝度の
異なる被写体が同一視野内にある場合でも、明るい被写
体を見る視細胞はその受光感度範囲を明るい側に、暗い
被写体を見る視細胞は暗い側にシフトさせる。このよう
な受光感度範囲をシフトする機能により、人間の視覚系
は個々の視細胞の受光感度より広い受光感度範囲を全体
として実現している。
2. Description of the Related Art In the human visual system, each photoreceptor cell outputs the difference between the amount of light received by itself and the average of the amount of light received by each peripheral photoreceptor cell as a signal for the received light quantity. Have a function. With this function, FIG.
As shown in, each photoreceptor cell has a constant width of the light receiving sensitivity range, but shifts the light receiving sensitivity range according to the average of the light intensity incident on the periphery thereof. That is, even when subjects with extremely different brightness are present in the same visual field, the photoreceptor cells that see a bright subject shift their light-receiving sensitivity range to the bright side, and the photoreceptor cells that see a dark subject shift to the dark side. Due to such a function of shifting the light receiving sensitivity range, the human visual system as a whole realizes a light receiving sensitivity range wider than the light receiving sensitivity of individual photoreceptor cells.

【0003】また、各視細胞は、それに近接する視細胞
の出力との差を出力するのであるから、人間の視覚系は
輝度変化の存在する部分に対して強く反応する。このた
め、人間の視覚系は被写体の輪郭を自動的に抽出し、見
ている対象に高いコントラストを与えて認識している。
Further, since each photoreceptor cell outputs a difference from the output of photoreceptor cells in the vicinity thereof, the human visual system strongly reacts to the portion where the brightness change exists. For this reason, the human visual system automatically extracts the outline of the subject, and recognizes it by giving a high contrast to the object being viewed.

【0004】一方、CCDやCMOSイメージャなどの
固体撮像素子により、同一視野内に極端に輝度の異なる
被写体が存在する対象を撮影する場合では、その対象の
輝度分布の広がりが人間の視覚によって十分に認識でき
る範囲内であっても、画像において、明るい被写体がハ
レーションを起こしたり、あるいは、暗い被写体が黒く
つぶれたりすることがしばしば見受けられる。
On the other hand, when a solid-state image sensor such as a CCD or CMOS imager is used to photograph an object in which a subject having extremely different brightness exists in the same field of view, the spread of the brightness distribution of the object is sufficiently wide by human vision. Even within a recognizable range, it is often found that a bright subject causes halation or a dark subject is crushed in black in an image.

【0005】CCDやCMOSイメージャなどの固体撮
像素子は、その素子上に入射する光を光強度と露光時間
に応じた電気信号に変換する機能単位(画素)が複数個
配列されてなる構造を持つ。一般に各画素はいずれも等
しい受光感度範囲を持ち、その受光感度範囲は固定され
ている。素子の受光感度範囲も各画素の受光感度範囲に
等しい。従って、各画素の受光感度範囲を超える輝度の
広がりを持つ対象を撮影しようとする場合、上述した明
るい被写体のハレーションや暗い被写体の黒つぶれなど
の現象を起こす。また、固体撮像素子によって撮影され
た画像は、人間が同じ対象を見た場合に比べ、対象の輪
郭が不明瞭である。このため、画像をブラウン管などに
表示する前にコントラストを明確にするための輪郭強調
処理を必要とする場合が多い。
A solid-state image pickup device such as a CCD or a CMOS imager has a structure in which a plurality of functional units (pixels) for converting light incident on the device into an electric signal according to light intensity and exposure time are arranged. . Generally, each pixel has the same light receiving sensitivity range, and the light receiving sensitivity range is fixed. The light receiving sensitivity range of the element is also equal to the light receiving sensitivity range of each pixel. Therefore, when an object having a brightness spread exceeding the light receiving sensitivity range of each pixel is to be photographed, the above-described phenomenon such as halation of a bright subject or blackout of a dark subject occurs. Further, in the image captured by the solid-state image sensor, the contour of the object is unclear as compared with the case where a human looks at the same object. For this reason, in many cases, the edge enhancement processing for clarifying the contrast is required before displaying the image on a cathode ray tube or the like.

【0006】従来の固体撮像素子は、受光感度範囲、コ
ントラスト検知機能において、人間の視覚系に大きく劣
っている。監視用カメラなど人間の視覚の代用,あるい
は画像を記録し後に人間がその画像を見る、といった使
用法が固体撮像素子の一般的な使用形態であることを勘
案すると、従来の固体撮像素子は受光感度範囲、コント
ラスト検知機能の面でその性能は不十分であることは明
白である。
The conventional solid-state image pickup device is far inferior to the human visual system in the light receiving sensitivity range and the contrast detecting function. Considering that the conventional solid-state image sensor is used as a substitute for the human vision such as a surveillance camera, or when the image is recorded and then viewed by a human, the conventional solid-state image sensor receives light. It is clear that the performance is insufficient in terms of sensitivity range and contrast detection function.

【0007】そこで、広い受光感度範囲を実現するため
に、これまでに各画素の受光感度範囲の幅を広げる研究
がなされている。
Therefore, in order to realize a wide light receiving sensitivity range, studies have been made so far to widen the width of the light receiving sensitivity range of each pixel.

【0008】一例として、異なる露光時間で撮影した画
像を重ねあわせることでダイナミックレンジを拡大する
手法がある。例えば、菰淵 寛仁による「広ダイナミッ
クレンジ撮像技術」(第7回画像入力技術シンポジウム
講演予稿集、pp.85-92)に開示された方法がある。この
方法は、同一視野内に極端に輝度の異なる被写体が存在
する対象を撮影する場合、暗い被写体を撮影するための
長い露光時間で撮影した画像と、明るい被写体を撮影す
るための短い露光時間で撮影した画像とを重ね合わせる
ことで、明暗いずれの被写体もハレーションや黒つぶれ
なく画像上に表す手法である。
As an example, there is a method of expanding the dynamic range by superimposing images taken at different exposure times. For example, there is a method disclosed in "Wide Dynamic Range Imaging Technology" by Hirohito Kobuchi (Proceedings of the 7th Image Input Technology Symposium, pp.85-92). With this method, when shooting a subject with extremely different brightness in the same field of view, you can use a long exposure time to shoot a dark subject and a short exposure time to shoot a bright subject. By superimposing it on the captured image, both bright and dark subjects are displayed on the image without halation or blackout.

【0009】または、トランジスタのサブスレッショル
ド領域における非線形な入出力特性を利用して各画素自
体の受光感度幅を広げる研究などもある。例えば、S.
G.チェンバーレイン(S.G.Chamberlain)とJ.P.
Y.リー(J.P.Y.Lee)による「新しい広ダイナミック
レンジのシリコンフォトディテクタ及び線形撮像アレイ
(A Novel Wide Dynamic Range Silicon Photodetector
and Linear Imaging Array)」(IEEE Trans on ED, v
ol.ED-31、No.2, pp.175-182, Feb., 1984)がある。
[0009] Alternatively, there is a study to expand the light receiving sensitivity width of each pixel itself by utilizing the nonlinear input / output characteristics in the subthreshold region of the transistor. For example, S.
G. SG Chamberlain and J. P.
Y. "A Novel Wide Dynamic Range Silicon Photodetector" by Lee (JPY)
and Linear Imaging Array) ”(IEEE Trans on ED, v
ol.ED-31, No.2, pp.175-182, Feb., 1984).

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかし、その手法に関
わらず、各画素のダイナミックレンジや受光感度幅を拡
大する手法では、撮影した画像を表示する際に画面全体
のコントラストが弱くなるという問題が発生する。そこ
で画像をいくつかの領域に分割し、各領域内で集中して
いる輝度範囲に表示系の階調を多く与える手法が提案さ
れている。例えば、森村 淳、吾妻 健夫、魚森 謙也に
よる「広ダイナミックレンジ画像合成処理技術」(映像
情報メディア学会誌vol.51、No.2、pp.228-232)があ
る。しかしながら、この手法は複雑な画像の後処理を必
要とする問題がある。
However, regardless of the method, the method of enlarging the dynamic range of each pixel and the light receiving sensitivity width has a problem that the contrast of the entire screen becomes weak when displaying a photographed image. Occur. Therefore, a method has been proposed in which an image is divided into several areas and a large number of gradations of the display system are given to the brightness range concentrated in each area. For example, there is "Wide dynamic range image synthesis processing technology" by Atsushi Morimura, Takeo Azuma, and Kenya Uomori (Journal of the Institute of Image Information and Television Engineers vol.51, No.2, pp.228-232). However, this method has a problem that complicated post-processing of images is required.

【0011】人間の網膜のように、各画素が周辺の画素
の出力に応じてその受光感度範囲をシフトする機能を有
する固体撮像素子も既にC.ミード(C.Mead)によって
試作されている(「順応性のある網膜(Adaptive Retin
a)」(Analog VLSI Implementations of Neural Syste
ms, 1989, pp.239-246))。この素子を構成する一つの
画素回路を図14に示す。この図に示すように、一つの
画素回路はフォトディテクタPDと作動増幅器OPとを
備え、抵抗Rを介して隣接する画素と接続されている。
このように構成される画素回路は、抵抗Rによる抵抗ネ
ットワークを介して周辺の画素との間で出力の平均化を
行い、この周辺画素出力の平均と、自分自身の出力との
差を差動増幅器OPを用いて演算している。この素子で
は人間の視覚系の視細胞のように、各画素が受光感度範
囲をシフトすることで素子全体として広い受光感度範囲
を実現している。各画素の受光感度範囲は広がっていな
いので、表示系において受光感度範囲を広げたことによ
る画面全体のコントラストが低下する問題は発生しな
い。しかしながら、この素子では各画素に作動増幅器O
Pを必要とするため、回路規模が大きくなり、また、消
費電力も大きくなるという実用上の問題がある。
A solid-state image pickup device, such as the human retina, which has a function of shifting the light-receiving sensitivity range of each pixel according to the output of peripheral pixels has already been described in C.I. Prototype by C. Mead ("Adaptive Retin (Adaptive Retin
a) ”(Analog VLSI Implementations of Neural Syste
ms, 1989, pp.239-246))). One pixel circuit which constitutes this element is shown in FIG. As shown in this figure, one pixel circuit includes a photodetector PD and an operational amplifier OP, and is connected to an adjacent pixel via a resistor R.
The pixel circuit configured in this way averages the output with the surrounding pixels via the resistance network of the resistor R, and differentiates the difference between the average of the peripheral pixel output and its own output. The operation is performed using the amplifier OP. In this device, each pixel shifts the light receiving sensitivity range like a photoreceptor cell of the human visual system, thereby realizing a wide light receiving sensitivity range as the entire device. Since the light receiving sensitivity range of each pixel is not widened, there is no problem that the contrast of the entire screen is lowered due to the widening of the light receiving sensitivity range in the display system. However, in this device, an operational amplifier O
Since P is required, there is a practical problem that the circuit scale becomes large and the power consumption also becomes large.

【0012】今後、人間の網膜に匹敵する広い受光感度
範囲と高いコントラスト検知機能を有し、高い環境適応
能力を有する撮像装置に使用される半導体撮像素子の需
要が益々高まることが予想される。
In the future, it is expected that the demand for semiconductor image pickup devices used in an image pickup device having a wide light receiving sensitivity range comparable to that of the human retina and a high contrast detection function and a high environmental adaptability will increase more and more.

【0013】本発明は上記課題を解決すべくなされたも
のであり、その目的とするところは、高集積可能でかつ
低消費電力で、広い受光感度範囲と高いコントラスト検
知機能を実現する固体撮像素子を提供することにある。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to realize a solid-state image pickup device which can be highly integrated, has low power consumption, and has a wide light receiving sensitivity range and a high contrast detecting function. To provide.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の半導体撮像素子は以下の構成を有する。本
発明に係る第1の半導体撮像素子は、複数の画素回路が
接続されてなる半導体撮像素子において、画素回路は第
1の光検出素子、第2の光検出素子及び第1の抵抗素子
を有し、第1の光検出素子と第2の光検出素子とは第1
の抵抗素子を介して直列に接続される。各画素回路は二
つの光検出素子のうちの一方と第1の抵抗素子との接続
ノードにおいて第2の抵抗を介して隣接する画素回路と
接続される。
In order to solve the above problems, the semiconductor image pickup device of the present invention has the following configuration. A first semiconductor image sensor according to the present invention is a semiconductor image sensor in which a plurality of pixel circuits are connected, and the pixel circuit includes a first photodetector element, a second photodetector element, and a first resistance element. However, the first photodetection element and the second photodetection element are the first
Are connected in series via the resistance element. Each pixel circuit is connected to an adjacent pixel circuit via a second resistor at a connection node between one of the two photo detection elements and the first resistance element.

【0015】本発明に係る第2の半導体撮像素子は、第
1の半導体撮像素子において、画素回路の第1の抵抗素
子の両端を異なった容量値に設定する。
A second semiconductor image pickup device according to the present invention is such that, in the first semiconductor image pickup device, both ends of the first resistance element of the pixel circuit are set to different capacitance values.

【0016】本発明に係る第3の半導体撮像素子は、第
1の半導体撮像素子において、画素回路における第1の
抵抗素子または第2の抵抗素子のうちの少なくともいず
れかをMOSトランジスタにより構成し、抵抗素子の抵
抗値はMOSトランジスタのゲート電圧に応じて設定さ
れる。
According to a third semiconductor image pickup device of the present invention, in the first semiconductor image pickup device, at least one of the first resistance element and the second resistance element in the pixel circuit is constituted by a MOS transistor, The resistance value of the resistance element is set according to the gate voltage of the MOS transistor.

【0017】本発明に係る第4の半導体撮像素子は、第
3の半導体撮像素子において、抵抗素子の抵抗値を設定
するためのゲート電圧は、第1及び第2の抵抗素子各々
について少なくとも二つ以上の画素回路に関して共通に
与えられる。
According to a fourth semiconductor image sensor of the present invention, in the third semiconductor image sensor, the gate voltage for setting the resistance value of the resistance element is at least two for each of the first and second resistance elements. It is commonly applied to the above pixel circuits.

【0018】本発明に係る第5の半導体撮像素子は、第
1の半導体撮像素子において、第1の抵抗素子の少なく
とも一端に画素回路の状態を初期化するためのリセット
電圧を印加することを特徴とする請求項2記載の半導体
撮像素子。
A fifth semiconductor image pickup device according to the present invention is characterized in that, in the first semiconductor image pickup device, a reset voltage for initializing a state of a pixel circuit is applied to at least one end of the first resistance element. The semiconductor image sensor according to claim 2.

【0019】本発明に係る第6の半導体撮像素子は、第
5の半導体撮像素子において、リセット電圧は少なくと
も二つ以上の画素回路に関して共通に与えられる。
According to the sixth semiconductor image pickup device of the present invention, in the fifth semiconductor image pickup device, the reset voltage is commonly applied to at least two or more pixel circuits.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明に係る半導体撮像素子の実施の形態を詳細に説明す
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a semiconductor image pickup device according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

【0021】実施の形態1.図1に実施の形態1の半導
体撮像素子を構成する一つの画素の回路構成を示す。図
1に示すように、一つの画素回路は、二つのフォトディ
テクタPD1、PD2と、抵抗Riと、増幅用トランジ
スタTr3と、読み出し用トランジスタTr4と、スイッチ
SW1、SW2とからなる。フォトディテクタPD1、
PD2はフォトダイオード等からなる光検出素子であ
り、受けた光の強度に応じた電流を発生させる。二つの
フォトディテクタPD1、PD2は等しい受光感度特性
を有する。
Embodiment 1. FIG. 1 shows a circuit configuration of one pixel which constitutes the semiconductor image sensor of the first embodiment. As shown in FIG. 1, one pixel circuit includes two photodetectors PD1 and PD2, a resistor Ri, an amplification transistor Tr3, a readout transistor Tr4, and switches SW1 and SW2. Photo detector PD1,
The PD 2 is a photo-detecting element including a photodiode and the like, and generates a current according to the intensity of the received light. The two photo detectors PD1 and PD2 have the same light receiving sensitivity characteristic.

【0022】フォトディテクタPD1とフォトディテク
タPD2とは、電源電圧Vddを与える電源と、基準電位
を与えるグランドGNDとの間に抵抗Riを介して逆バ
イアスとなるように直列に接続される。抵抗Riとフォ
トディテクタPD2とを接続するノード2に増幅用トラ
ンジスタTr3のゲートが接続され、この増幅用トランジ
スタTr3に対して直列に読み出し用トランジスタTr4が
接続される。フォトディテクタPD1と抵抗Riとを接
続するノード1には抵抗Rnが接続されている。ノード
1及びノード2にはそれぞれスイッチSW1、スイッチ
SW2が接続され、これらのスイッチSW1、SW2が
オンしたときにノード1及びノード2に対して所定のリ
セット電圧Vpdcが印加され、初期化されるようになっ
ている。
The photodetector PD1 and the photodetector PD2 are connected in series via a resistor Ri so as to be reverse-biased between a power supply for supplying a power supply voltage Vdd and a ground GND for supplying a reference potential. The gate of the amplifying transistor Tr3 is connected to a node 2 connecting the resistor Ri and the photodetector PD2, and the reading transistor Tr4 is connected in series to the amplifying transistor Tr3. A resistor Rn is connected to a node 1 which connects the photodetector PD1 and the resistor Ri. A switch SW1 and a switch SW2 are connected to the node 1 and the node 2, respectively. When these switches SW1 and SW2 are turned on, a predetermined reset voltage Vpdc is applied to the node 1 and the node 2 so that they are initialized. It has become.

【0023】図2は画像素子における画素間の接続を説
明した図である。図に示すように撮像素子においては、
複数の画素回路11がマトリクス状に接続され、一つの
画素回路11はノード1において抵抗Rnを介して隣接
する画素回路のノード1と接続される。
FIG. 2 is a diagram for explaining the connection between pixels in the image element. In the image sensor as shown in the figure,
A plurality of pixel circuits 11 are connected in a matrix, and one pixel circuit 11 is connected to a node 1 of an adjacent pixel circuit via a resistor Rn at a node 1.

【0024】図3は、図1に示す画素回路をさらに詳細
に示した回路図である。この図に示すように、本実施形
態においてはスイッチSW1、SW2はPMOSトラン
ジスタTr1、Tr2で構成されている。抵抗Ri、Rnは拡
散抵抗または高抵抗ポリシリコンによって実現される。
また、画素回路11において、読み出し用トランジスタ
Tr4の一端に接続された出力信号を取出すための信号線
21と、リセット電圧Vpdcを与える制御線23と、ト
ランジスタTr1、Tr2を制御する制御線25と、読み出
し用トランジスタTr4を制御する制御線27とが配線さ
れている。
FIG. 3 is a circuit diagram showing the pixel circuit shown in FIG. 1 in more detail. As shown in this figure, in the present embodiment, the switches SW1 and SW2 are composed of PMOS transistors Tr1 and Tr2. The resistors Ri and Rn are realized by diffused resistors or high resistance polysilicon.
Further, in the pixel circuit 11, a signal line 21 for extracting an output signal connected to one end of the readout transistor Tr4, a control line 23 for giving a reset voltage Vpdc, and a control line 25 for controlling the transistors Tr1 and Tr2, A control line 27 for controlling the read transistor Tr4 is wired.

【0025】このように構成される画素回路の動作を説
明する。なお、説明の便宜上、抵抗Ri、Rnの抵抗値を
Ri、Rnと表し、また、各ノードの電圧はグランドGN
Dの電位を基準としている。
The operation of the pixel circuit thus configured will be described. For convenience of description, the resistance values of the resistors Ri and Rn are represented as Ri and Rn, and the voltage of each node is ground GN.
The potential of D is used as a reference.

【0026】図1に示す画素回路11において、逆バイ
アスされたフォトディテクタPD1、PD2に光が入射
すると、その入射光量(または入射光強度)に応じて電
流が発生し、それにより、抵抗Riに逆方向電流Idが流
れ、ノード1、2間すなわち抵抗Rnに電位差が生ず
る。また、抵抗Rnを介した画素間接続により抵抗Rnを
介して周辺画素のノード1間で電荷が移動するため、ノ
ード1の電位は近傍画素間で平均化される。これによ
り、ノード2の電位はその画素が受けた光量とその画素
の近傍画素が受けた光量の平均値との差分を表す電位と
なる。このノード2の電位変化を増幅用トランジスタT
r3により増幅し、読み出し用トランジスタTr4を介して
出力信号として取り出す。以下に上記の動作をより詳し
く説明する。
In the pixel circuit 11 shown in FIG. 1, when light is incident on the reverse-biased photodetectors PD1 and PD2, a current is generated according to the amount of incident light (or the intensity of incident light), which causes a reverse current to the resistor Ri. The directional current Id flows, and a potential difference occurs between the nodes 1 and 2, that is, the resistor Rn. Further, since the pixel-to-pixel connection via the resistor Rn causes the charge to move between the nodes 1 of the peripheral pixels via the resistor Rn, the potential of the node 1 is averaged between the neighboring pixels. As a result, the potential of the node 2 becomes a potential representing the difference between the amount of light received by the pixel and the average value of the amount of light received by the pixels adjacent to the pixel. The potential change of the node 2 is amplified by the transistor T for amplification.
It is amplified by r3 and taken out as an output signal via the read transistor Tr4. The above operation will be described in more detail below.

【0027】画素回路は画像信号を出力する前に所定の
タイミングでリセットされる(このリセット動作のタイ
ミングについては後述する。)。具体的には、抵抗Ri
の両端のノード1とノード2は、スイッチSW1、SW
2が所定時間の間オンされることにより、所定の初期電
圧Vpdcが両ノード1、2に対してリセット電圧として
印加され、ノード1とノード2の電圧が電圧Vpdcにリ
セットされる。リセット電圧Vpdcは電源電圧と0Vと
の間の値をとる。その後、フォトディテクタPD1、P
D2が受光すると、その受光量に応じてノード1、2の
電位すなわちノード1、2の電圧V1、V2が変化する。
The pixel circuit is reset at a predetermined timing before outputting the image signal (the timing of this reset operation will be described later). Specifically, the resistance Ri
Nodes 1 and 2 at both ends of the switch are switches SW1 and SW
When 2 is turned on for a predetermined time, a predetermined initial voltage Vpdc is applied as a reset voltage to both nodes 1 and 2, and the voltages of node 1 and node 2 are reset to voltage Vpdc. The reset voltage Vpdc has a value between the power supply voltage and 0V. After that, the photo detectors PD1 and P
When D2 receives light, the potentials of the nodes 1 and 2, that is, the voltages V1 and V2 of the nodes 1 and 2 change according to the amount of received light.

【0028】図1に示す画素回路のノード1、2におけ
る電圧V1、V2の変化を説明するにあたり、まず、図1
に示す回路において増幅用トランジスタTr3及び抵抗R
nの接続を考慮しない場合のノード電圧V1、V2の変化
について説明する。すなわち、図4に示す回路における
ノード1、2の電圧V1、V2の変化について説明する。
In explaining the changes in the voltages V1 and V2 at the nodes 1 and 2 of the pixel circuit shown in FIG.
In the circuit shown in FIG. 1, an amplifying transistor Tr3 and a resistor R
Changes in the node voltages V1 and V2 when the connection of n is not taken into consideration will be described. That is, changes in the voltages V1 and V2 at the nodes 1 and 2 in the circuit shown in FIG. 4 will be described.

【0029】図5は、図4に示す画素回路においてノー
ド1の電圧V1とノード2の電圧V2の入射光量Dに対す
る変化を示した図である。なお、図5では、リセット終
了からの時間tが十分に経過した後の状態を示してい
る。また、時間tがほぼ0のときの電圧V1、V2の様子
を破線で示している。
FIG. 5 is a diagram showing changes in the voltage V1 at the node 1 and the voltage V2 at the node 2 with respect to the incident light amount D in the pixel circuit shown in FIG. Note that FIG. 5 shows a state after the time t from the end of the reset has sufficiently passed. The broken lines show the states of the voltages V1 and V2 when the time t is almost zero.

【0030】図5に示すように、電圧V1は、画素に入
射する光量Dに応じてその値が変化し、リセット電圧V
pdcから電流IdとRi/2との積で求められる電圧値だ
け高い値になる。ここで、電流Idは入射光量Dに比例
するため、電圧V1とリセット電圧Vpdcとの差は光量D
に比例して増加する。同様に、電圧V2も入射光量Dに
応じてその値が変化し、リセット電圧Vpdcから電流Id
とRi/2との積で求められる電圧値だけ低い値にな
る。すなわち、電圧V2は一定の割合で光量Dに比例し
て減少する。
As shown in FIG. 5, the value of the voltage V1 changes according to the amount D of light incident on the pixel, and the reset voltage V1
The value becomes higher by the voltage value obtained from pdc by the product of the current Id and Ri / 2. Since the current Id is proportional to the incident light amount D, the difference between the voltage V1 and the reset voltage Vpdc is the light amount D.
Increases in proportion to. Similarly, the voltage V2 also changes its value according to the incident light amount D, and the reset voltage Vpdc changes to the current Id.
And Ri / 2, the voltage value obtained is lower. That is, the voltage V2 decreases at a constant rate in proportion to the light amount D.

【0031】また、リセット時からの経過時間tが大き
いほど、電圧V1、V2の傾きの絶対値は大きくなる。
すなわち、リセット電圧Vpdcの印加終了直後(経過時
間tがほぼ0)では、電圧V1と電圧V2はともにリセッ
ト電圧Vpdcとほぼ等しく、時間tが経過するにつれて
回路の時定数にしたがいリセット電圧Vpdcからの差が
増大していく。したがって、画素回路から出力信号を読
み出す際には、この時間tが十分経過した後に読み出す
ようにする。
Further, the longer the elapsed time t from the time of reset, the larger the absolute value of the slope of the voltages V1 and V2.
That is, immediately after the completion of the application of the reset voltage Vpdc (the elapsed time t is substantially 0), both the voltage V1 and the voltage V2 are substantially equal to the reset voltage Vpdc, and as the time t elapses, the voltage from the reset voltage Vpdc is changed according to the time constant of the circuit. The difference is increasing. Therefore, when reading the output signal from the pixel circuit, the reading should be performed after the time t has sufficiently passed.

【0032】次に、ノード2に対する増幅用トランジス
タTr3の接続を考慮した場合のノード電圧V1、V2の変
化について図6を用いて説明する。
Next, changes in the node voltages V1 and V2 in consideration of the connection of the amplifying transistor Tr3 to the node 2 will be described with reference to FIG.

【0033】増幅用トランジスタTr3のゲートには寄生
容量Cmが存在する。このため、図6に示すようにノー
ド2にはトランジスタTr3のゲート容量Cmが接続され
ているのと等しくなる。また、二つのフォトディテクタ
PD1、PD2もそれぞれ寄生容量Cpdを有するため、
ノード1には容量Cpdが、ノード2には容量Cpdに加え
て容量Cmが接続されていることになる。このため、ノ
ード1とノード2に接続される容量値は異なり、ノード
2にはノード1よりも大きな容量が接続されたことにな
る。
A parasitic capacitance Cm exists at the gate of the amplifying transistor Tr3. Therefore, as shown in FIG. 6, the gate capacitance Cm of the transistor Tr3 is equal to the node 2 connected to the node 2. Further, since the two photodetectors PD1 and PD2 also have parasitic capacitance Cpd,
The capacity Cpd is connected to the node 1, and the capacity Cm is connected to the node 2 in addition to the capacity Cpd. Therefore, the capacitance values connected to the node 1 and the node 2 are different, and the node 2 has a larger capacitance than the node 1.

【0034】図7は、図6に示す画素回路におけるリセ
ット時からの時間tが十分に経過したときのノード1の
電圧V1とノード2の電圧V2とを示す。この場合も図5
に示す場合と同様に、電圧V1と電圧V2はそれらの差が
電流Idと抵抗値Riの積に応じた値となる。しかしなが
ら、図5に示す場合と異なり、光量Dに対する電圧V2
の傾きの絶対値は小さくなり、電圧V1の傾きの絶対値
は大きくなっている。これは、ノード2にはノード1に
接続される容量(Cpd)よりも大きな容量(Cpd+C
m)が接続されているためである。この回路構成におい
ても、経過時間tがほぼ0の場合は、破線で示すように
電圧V1と電圧V2はともにリセット電圧Vpdcとほぼ等
しいが、ノード1とノード2の時定数が異なることによ
り、電圧V1と電圧V2の傾きの絶対値は異なる。つま
り、接続される容量がノード1と比較して大きなノード
2は、ノード1よりもゆっくりと変化するため、光量D
に対する電圧V2の傾きの絶対値が小さくなる。
FIG. 7 shows the voltage V1 at the node 1 and the voltage V2 at the node 2 when the time t from the reset time in the pixel circuit shown in FIG. 6 has sufficiently elapsed. Also in this case, FIG.
Similar to the case shown in (1), the difference between the voltage V1 and the voltage V2 becomes a value according to the product of the current Id and the resistance value Ri. However, unlike the case shown in FIG. 5, the voltage V2 with respect to the light amount D is
The absolute value of the slope of the voltage V1 is small, and the absolute value of the slope of the voltage V1 is large. This is because the node 2 has a larger capacity (Cpd + C) than the capacity (Cpd) connected to the node 1.
m) is connected. Also in this circuit configuration, when the elapsed time t is almost 0, both the voltage V1 and the voltage V2 are substantially equal to the reset voltage Vpdc as shown by the broken line, but the voltage constants are different because the time constants of the node 1 and the node 2 are different. The absolute values of the slopes of V1 and voltage V2 are different. That is, since the node 2 having a larger connected capacity than the node 1 changes more slowly than the node 1, the light amount D
The absolute value of the slope of the voltage V2 with respect to is small.

【0035】以上の点を参考にして、図1に示す画素回
路について入射光量に対するノード1、2の電圧V1、
V2の変化を説明する。
With reference to the above points, in the pixel circuit shown in FIG. 1, the voltage V1 of the nodes 1 and 2 with respect to the amount of incident light,
The change in V2 will be described.

【0036】図1に示す画素回路は、図6に示す画素回
路にさらにノード1において抵抗Rnを介して隣接画素
と相互接続したものである。このように、隣接画素間で
ノード1どうしを抵抗Rnを介して接続することにより
近傍画素間で抵抗Rnを介して電荷が移動するため、ノ
ード1の電位は近傍画素のノード1の電位を平均した値
になる。この電位が平均化される近傍画素の範囲は抵抗
Rnの抵抗値により調整でき、その抵抗値Rnを大きくす
ることにより平均化される範囲を狭くでき、抵抗値Rn
を小さくすることによりその範囲を広くできる。また、
抵抗Riの値を変えることにより画素回路の感度が調整
できる。
The pixel circuit shown in FIG. 1 is obtained by further connecting the pixel circuit shown in FIG. 6 to an adjacent pixel at a node 1 via a resistor Rn. In this way, by connecting the nodes 1 between the adjacent pixels via the resistor Rn, the electric charges move between the adjacent pixels via the resistor Rn, so that the potential of the node 1 is equal to the potential of the node 1 of the adjacent pixels. It becomes the value. The range of neighboring pixels in which the potential is averaged can be adjusted by the resistance value of the resistor Rn, and the averaged range can be narrowed by increasing the resistance value Rn.
The range can be widened by decreasing. Also,
The sensitivity of the pixel circuit can be adjusted by changing the value of the resistor Ri.

【0037】今、一つの平均化される範囲内の画素に対
する入射光量が光量aから光量bの範囲に分布する場合
を考える。抵抗Rnによる画素間接続がない場合、入射
光量Dに対するノード電圧V1、V2は、図8において実
線V1'、V2'で示すように変化する。すなわち、画素間
接続がない場合、光量aを受光するとノード1の電圧V
1は電圧値V1aとなり、光量bを受光すると電圧V1は電
圧値V1bとなる。
Now, consider a case where the amount of incident light on pixels within one averaged range is distributed in the range of the amount of light a to the amount of light b. When there is no pixel-to-pixel connection by the resistor Rn, the node voltages V1 and V2 with respect to the incident light amount D change as shown by solid lines V1 'and V2' in FIG. That is, when there is no pixel-to-pixel connection, when the light amount a is received, the voltage V of the node 1 becomes V
1 becomes the voltage value V1a, and when the light amount b is received, the voltage V1 becomes the voltage value V1b.

【0038】ところが、抵抗Rnによる画素間接続があ
る場合、リセット後十分な時間が経過すると、ノード1
の電圧V1は、近傍画素のノード1間で平均化されて、
入射光量にかかわらずこの平均された値V1c(この値は
光量の分布具合で決まる)になる。すなわち、光量aを
受けたときのノード1の電圧V1は、画素間接続がない
ときの電圧V1aから平均値との差ΔVa(=V1c−V1
a)だけ上方にシフトし、また、光量bを受けたときのノ
ード1の電圧V1は、画素間接続がないときの電圧V1b
から平均値との差ΔVb(=V1b−V1c)だけ下方にシ
フトする。
However, in the case where there is a pixel-to-pixel connection by the resistor Rn, the node 1
Voltage V1 is averaged between nodes 1 of neighboring pixels,
This average value V1c (this value is determined by the distribution of the light quantity) regardless of the incident light quantity. That is, the voltage V1 of the node 1 when receiving the light quantity a is the difference ΔVa (= V1c−V1) from the average value of the voltage V1a when there is no pixel-to-pixel connection.
The voltage V1 of the node 1 when shifted upward by a) and receiving the light amount b is the voltage V1b when there is no pixel-to-pixel connection.
From the average value is shifted downward by ΔVb (= V1b−V1c).

【0039】その結果、ノード2の電圧V2はノード1
の電圧V1の変化にしたがいシフトする。すなわち、ノ
ード2の電圧V2は、画素間接続がないときの値から、
光量aを受けたときはΔVaだけ上方へシフトし、光量
bを受けたときは、ΔVbだけ下方へシフトする。ま
た、画素が近傍画素の受光量の平均値mと等しい光量を
受けたときは、電圧V1は画素間接続がない場合と同様
の値となり、電圧V2も画素間接続がない場合と同様の
値となる。
As a result, the voltage V2 at node 2 is
The voltage shifts according to the change in the voltage V1. That is, the voltage V2 of the node 2 is
When it receives the light amount a, it shifts upward by ΔVa, and when it receives the light amount b, it shifts downward by ΔVb. When the pixel receives a light amount equal to the average value m of the received light amount of the neighboring pixels, the voltage V1 becomes the same value as when there is no inter-pixel connection, and the voltage V2 also has the same value as when there is no inter-pixel connection. Becomes

【0040】すなわち、画素間接続がある場合、一つの
画素において、ノード2の電圧は、その近傍の画素が受
ける光量の平均値と、その画素が受ける光量との差分を
表した値となる。
That is, in the case where there is pixel-to-pixel connection, the voltage of the node 2 in one pixel is a value representing the difference between the average value of the amount of light received by a pixel in the vicinity thereof and the amount of light received by that pixel.

【0041】このように、各画素のノード1を抵抗Rnを
介して相互接続することによって、増幅用トランジスタ
Tr3のゲートに接続されたノード2の電圧V2は、画素近
傍の受光量の平均値を基準として、その画素の受光量と
近傍画素における平均値との差を示す信号を表す。ここ
で、その基準となる電圧値は、画素間接続がない場合の
ノード2の電圧値V2と等しく、この電圧V2とリセット
電圧Vpdcとのずれは光量が大きくなるにしたがって大
きくなる(図8参照)。このことは、ノード2の電圧V
2が入射光量に依存することを示し、平均値からの差分
に応じて一様に変化しないことを示す。このずれによる
受光量依存成分は小さい方が好ましく、電圧V2とリセ
ット電圧Vpdcとのずれはノード2に接続された容量値
を大きくすることで低減することができる。本実施形態
では、増幅用トランジスタTr3のゲート容量を利用する
ことにより、ノード1と比較してノード2に接続される
容量値を大きくし、出力信号の光量依存成分を低減して
いる。さらに、別途、所定容量値のコンデンサをノード
2に接続することにより、ノード2に接続される容量値
を大きくしてもよい。
As described above, by connecting the node 1 of each pixel to each other through the resistor Rn, the voltage V2 of the node 2 connected to the gate of the amplifying transistor Tr3 is the average value of the amount of light received in the vicinity of the pixel. As a reference, a signal indicating the difference between the amount of light received by the pixel and the average value of neighboring pixels is shown. Here, the reference voltage value is equal to the voltage value V2 of the node 2 when there is no pixel-to-pixel connection, and the difference between this voltage V2 and the reset voltage Vpdc increases as the light amount increases (see FIG. 8). ). This means that the voltage V
It is shown that 2 depends on the amount of incident light and that it does not change uniformly depending on the difference from the average value. It is preferable that the component dependent on the amount of received light due to this shift be small, and the shift between the voltage V2 and the reset voltage Vpdc can be reduced by increasing the capacitance value connected to the node 2. In the present embodiment, by utilizing the gate capacitance of the amplifying transistor Tr3, the capacitance value connected to the node 2 is increased as compared with the node 1 and the light amount dependent component of the output signal is reduced. Furthermore, the capacitance value connected to the node 2 may be increased by separately connecting a capacitor having a predetermined capacitance value to the node 2.

【0042】図9は各光量域での入射光量Dに対するノ
ード2における電圧V2の変化の一例を示した図であ
る。図9において、例えば、実線Pは、近傍画素の受光
光量範囲が光量aから光量bにあるときのノード2の電
圧V2の変化を示す。このとき、電圧V2は平均光量mを
基準とした平均光量との差分を示している。同様に、実
線P'は、近傍画素の受光光量範囲が光量a'から光量
b'にあるときのノード2の電圧V2の変化を示す。この
ように、本実施形態の画素回路は、人間の網膜と同様に
周囲の光量にしたがい、その受光感度範囲をシフトさせ
ることができる。
FIG. 9 is a diagram showing an example of changes in the voltage V2 at the node 2 with respect to the incident light quantity D in each light quantity region. In FIG. 9, for example, the solid line P shows the change in the voltage V2 of the node 2 when the light receiving amount range of the neighboring pixels is from the light amount a to the light amount b. At this time, the voltage V2 indicates a difference from the average light amount with the average light amount m as a reference. Similarly, the solid line P'indicates a change in the voltage V2 of the node 2 when the received light amount range of the neighboring pixels is from the light amount a'to the light amount b '. As described above, the pixel circuit according to the present embodiment can shift the light receiving sensitivity range according to the amount of ambient light as in the case of the human retina.

【0043】図10は、図9に示すノード2の電圧V2
を増幅用トランジスタTr3により読み出し、反転増幅し
て得られる出力信号を示した図である。この図に示すよ
うに、限られた光量aから光量bの範囲に対して大きな
振幅を割り当てることができるので、高いコントラスト
検知機能が実現される。増幅用トランジスタTr3の増幅
率を変えることで光量Dの変化に対する信号の変化(傾
き)を変えることができ、コントラストを調整すること
ができる。しかし、この増幅率と受光感度検知領域の限
界は画素間接続がない場合の光量Dに対する電圧V2の
傾きによって制限される。
FIG. 10 shows the voltage V2 of the node 2 shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing an output signal obtained by reading out by the amplifying transistor Tr3 and performing inverting amplification. As shown in this figure, since a large amplitude can be assigned to the limited range of the light amount a to the light amount b, a high contrast detection function is realized. By changing the amplification factor of the amplifying transistor Tr3, the change (slope) of the signal with respect to the change of the light amount D can be changed, and the contrast can be adjusted. However, the limit of the amplification factor and the light receiving sensitivity detection area is limited by the slope of the voltage V2 with respect to the light amount D when there is no inter-pixel connection.

【0044】図11は上記の画素回路に対する制御信号
のタイミングチャートである。図11の(a)は、ノー
ド1及びノード2をリセットするためのリセット信号を
示し、図11の(b)は、出力電圧を読み出すタイミン
グを与える読み出し制御信号を示す。図11の(a)に
示すように、時刻T0からT0'の間、リセット信号をL
ow(0V)とする。これによりトランジスタTr1、T
r2がオンし、制御線23を介してノード1及びノード2
にリセット電圧Vpdcが印加される。その後、フォトディ
テクタPD1、PD2の受光動作に伴い、時刻T0'から
時刻T1までの間ノード1の電圧V1は抵抗Rnを介して
隣接画素との間で平均化される。次に時刻T1で読み出
し制御信号をHigh(電源電圧Vdd)にすると、ノー
ド2の電圧V2がトランジスタTr3によって電流に変換
され、読み出し用トランジスタTr4及び信号線21を介
して外部に取り出される。各画素回路に対して、以上の
動作が所定の周期で行われることにより、リセット動
作、読み出し動作が繰り返して行われる。このように、
画素回路は読み出し動作前にリセットされることによ
り、光量に応じた電圧を出力する際の基準を常に一定に
保つことができ、安定した光量−電圧変換が可能とな
る。
FIG. 11 is a timing chart of control signals for the above pixel circuit. 11A shows a reset signal for resetting the node 1 and the node 2, and FIG. 11B shows a read control signal that gives a timing for reading the output voltage. As shown in FIG. 11A, the reset signal is set to L during the time T0 to T0 '.
ow (0V). As a result, the transistors Tr1 and T
r2 is turned on, and nodes 1 and 2 are connected via the control line 23.
The reset voltage Vpdc is applied to. After that, the voltage V1 of the node 1 is averaged between the adjacent pixels through the resistor Rn from the time T0 ′ to the time T1 in accordance with the light receiving operation of the photodetectors PD1 and PD2. Next, when the read control signal is set to High (power supply voltage Vdd) at time T1, the voltage V2 of the node 2 is converted into a current by the transistor Tr3, and is taken out through the read transistor Tr4 and the signal line 21. The reset operation and the read operation are repeatedly performed by performing the above operation for each pixel circuit in a predetermined cycle. in this way,
By resetting the pixel circuit before the reading operation, the reference when outputting the voltage according to the light amount can be always kept constant, and stable light amount-voltage conversion can be performed.

【0045】なお、上記リセット信号はノード1及びノ
ード2のうちのいずれか一方にのみ印加するようにして
もよい。また、上記リセット信号は、平均化される画素
間で各画素が一様に動作するように複数の画素回路に対
して共通に与えることが好ましい。少なくとも二つの隣
接する画素回路に対して一定値のリセット信号を与える
のが好ましい。これにより半導体撮像素子から得られる
出力信号の精度を向上できる。
The reset signal may be applied to only one of the node 1 and the node 2. Further, it is preferable that the reset signal is commonly given to a plurality of pixel circuits so that each pixel operates uniformly among the pixels to be averaged. It is preferable to apply a constant value reset signal to at least two adjacent pixel circuits. This can improve the accuracy of the output signal obtained from the semiconductor image sensor.

【0046】以上のように、本実施形態の撮像素子は、
二つのダイオードと一つの抵抗とからなる直列回路を有
する画素回路を備え、各画素回路が抵抗を介して隣接画
素回路と接続されている。このように、従来のように差
動増幅器を用いずに画素回路が構成できるため、簡単な
構成で撮像素子を実現でき、また、その受光感度範囲を
人間の網膜のように各画素が周辺の明るさに応じてシフ
トすることができるため、広い受光感度範囲と高いコン
トラストの検知が実現できる。
As described above, the image sensor of this embodiment is
A pixel circuit having a series circuit including two diodes and one resistor is provided, and each pixel circuit is connected to an adjacent pixel circuit via the resistor. As described above, since the pixel circuit can be configured without using a differential amplifier as in the conventional case, the image sensor can be realized with a simple configuration, and the light receiving sensitivity range of each pixel is the same as that of the human retina. Since the shift can be performed according to the brightness, a wide light receiving sensitivity range and high contrast detection can be realized.

【0047】実施の形態2.図12に実施の形態2の半
導体撮像素子を構成する画素回路の構成を示す。本実施
形態では、実施の形態1における画素回路の抵抗Rn及
び抵抗RiをMOSトランジスタで構成している。すな
わち、図12に示すように、画素間を結合する抵抗Rn
をPMOSトランジスタTrnで構成し、また、フォトデ
ィテクタPD1、PD2間に挿入された抵抗RiをPM
OSトランジスタTriで構成している。なお、本実施形
態の画素回路は、実施の形態1の画素回路と同様に動作
する。
Embodiment 2. FIG. 12 shows the configuration of a pixel circuit that constitutes the semiconductor image sensor of the second embodiment. In this embodiment, the resistors Rn and Ri of the pixel circuit according to the first embodiment are MOS transistors. That is, as shown in FIG. 12, a resistor Rn that couples the pixels is used.
Is a PMOS transistor Trn, and the resistance Ri inserted between the photodetectors PD1 and PD2 is PM.
It is composed of an OS transistor Tri. Note that the pixel circuit of this embodiment operates similarly to the pixel circuit of Embodiment 1.

【0048】MOSトランジスタTrn、Triにより実現
される抵抗値はそれぞれのゲート電圧を制御することに
より調整できる。具体的には、トランジスタTrnの抵抗
値は結合バイアス電圧Vnにより、トランジスタTriの
抵抗値は補正バイアス電圧Viにより調整できる。バイ
アス電圧Vn、Viはそれぞれ制御線29、31により与
えられ、回路動作中はそれらの値は固定されている。
The resistance value realized by the MOS transistors Trn and Tri can be adjusted by controlling the respective gate voltages. Specifically, the resistance value of the transistor Trn can be adjusted by the coupling bias voltage Vn, and the resistance value of the transistor Tri can be adjusted by the correction bias voltage Vi. Bias voltages Vn and Vi are given by control lines 29 and 31, respectively, and their values are fixed during circuit operation.

【0049】なお、トランジスタTrn、Triの抵抗値を
調整するためのバイアス電圧Vn、Viは平均化される近
傍画素間において同一の値が与えられるようにする。例
えば、隣接画素のうち少なくとも二つの画素において共
通のバイアス電圧Vn、Viを与えるようにするのが好ま
しい。これにより、平均化される画素範囲において各画
素の抵抗値が同じ値となり、各画素の特性が一様とな
る。
The bias voltages Vn and Vi for adjusting the resistance values of the transistors Trn and Tri are set to be the same between neighboring pixels to be averaged. For example, it is preferable to apply common bias voltages Vn and Vi to at least two of the adjacent pixels. As a result, the resistance value of each pixel becomes the same value in the averaged pixel range, and the characteristics of each pixel become uniform.

【0050】以上のように、抵抗Rn、Riをトランジス
タで構成することにより、半導体基板上において抵抗素
子を形成する場合に比べて、容易にかつ小規模で実現で
きる。さらに、トランジスタのゲート電位を変えること
により感度や平均化の範囲を変更でき、設計時の抵抗値
の設定における負担が軽減され、また、撮像装置への実
装時においても撮像対象に応じた調整が容易に行える。
As described above, by forming the resistors Rn and Ri with transistors, it can be realized easily and in a small scale as compared with the case where the resistance element is formed on the semiconductor substrate. In addition, the sensitivity and averaging range can be changed by changing the gate potential of the transistor, which reduces the burden of setting the resistance value at the time of design, and can be adjusted according to the imaging target even when mounted on the imaging device. Easy to do.

【0051】[0051]

【発明の効果】本発明の第1の半導体撮像素子によれ
ば、一つの画素回路を二つのフォトセンサと一つの抵抗
とからなる直列回路で構成し、各画素回路を抵抗を介し
て接続する。これにより、人間の網膜のように各画素が
周辺の画素への入射光量に応じて受光感度範囲をシフト
する機構を持つ撮像素子を容易な回路構成で実現でき
る。また、フォトセンサ間に抵抗を用いているため、そ
の抵抗値を変えることにより半導体撮像素子の感度等の
性能を容易に変更することができる。
According to the first semiconductor image pickup device of the present invention, one pixel circuit is composed of a series circuit including two photosensors and one resistor, and each pixel circuit is connected via the resistor. . This makes it possible to realize an image pickup device having a mechanism in which each pixel shifts the light receiving sensitivity range in accordance with the amount of light incident on peripheral pixels, such as a human retina, with a simple circuit configuration. Further, since a resistor is used between the photosensors, it is possible to easily change the performance such as the sensitivity of the semiconductor image sensor by changing the resistance value.

【0052】本発明の第2の半導体撮像素子によれば、
抵抗素子の両端を異なる容量値にすることにより、周辺
画素の平均の受光量とその画素の受光量との差を求める
際の基準値の入射光量依存性を抑制できるため、入射光
量の絶対値に影響されないで周辺画素の平均の受光量と
その画素の受光量との差分を表す電圧を出力することが
できる。これにより、受光感度範囲を入射光量に応じて
シフトする機構を実現できる。
According to the second semiconductor image sensor of the present invention,
By setting different capacitance values at both ends of the resistance element, it is possible to suppress the dependency of the reference value on the incident light amount when determining the difference between the average light receiving amount of the peripheral pixels and the light receiving amount of that pixel. It is possible to output a voltage representing the difference between the average amount of light received by the peripheral pixels and the amount of light received by the pixels, without being affected by. Thus, it is possible to realize a mechanism for shifting the light receiving sensitivity range according to the amount of incident light.

【0053】本発明の第3の半導体撮像素子によれば、
抵抗素子をMOSトランジスタで構成するため、回路規
模を増大させることなく半導体撮像素子を製造でき、さ
らにMOSトランジスタのゲート電圧を制御することに
よりその抵抗値を容易に変更できるため、感度調整等が
容易になり、また、抵抗値の設計時の負担が軽減され
る。
According to the third semiconductor image sensor of the present invention,
Since the resistance element is composed of MOS transistors, a semiconductor image pickup element can be manufactured without increasing the circuit scale, and the resistance value can be easily changed by controlling the gate voltage of the MOS transistor, so that sensitivity adjustment is easy. Also, the load at the time of designing the resistance value is reduced.

【0054】本発明の第4の半導体撮像素子によれば、
周辺画素において共通にゲート電圧を印加して抵抗値を
一定値にする。これにより、周辺画素において各画素の
一様な動作が可能となり、半導体撮像素子の精度を向上
できる。
According to the fourth semiconductor image sensor of the present invention,
A gate voltage is commonly applied to the peripheral pixels to make the resistance value a constant value. This enables uniform operation of each pixel in the peripheral pixels and improves the accuracy of the semiconductor image sensor.

【0055】本発明の第5の半導体撮像素子によれば、
リセット電圧を印加して各画素回路を初期化できるた
め、安定した出力を得ることができる。
According to the fifth semiconductor image sensor of the present invention,
Since a reset voltage can be applied to initialize each pixel circuit, a stable output can be obtained.

【0056】本発明の第6の半導体撮像素子によれば、
周辺画素において共通にリセット電圧を印加することに
より、周辺画素において各画素の一様な動作が可能とな
り、半導体撮像素子の精度を向上できる。
According to the sixth semiconductor image sensor of the present invention,
By applying the reset voltage in common to the peripheral pixels, each pixel can be uniformly operated in the peripheral pixels, and the accuracy of the semiconductor image sensor can be improved.

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

【図1】 本発明の実施の形態1の半導体撮像素子を構
成する画素の回路図。
FIG. 1 is a circuit diagram of a pixel forming a semiconductor image sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 実施の形態1の画素回路をアレイ状に配列し
た様子を説明した図。
FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which the pixel circuits according to the first embodiment are arranged in an array.

【図3】 実施の形態1の画素回路のさらに詳細な回路
図。
FIG. 3 is a more detailed circuit diagram of the pixel circuit according to the first embodiment.

【図4】 実施の形態1の画素回路において画素間接続
と読み出し用トランジスタを考慮しない画素回路の回路
図。
FIG. 4 is a circuit diagram of a pixel circuit in the pixel circuit according to the first embodiment in which inter-pixel connection and a read transistor are not considered.

【図5】 図4に示す画素回路の入射光量と各ノード電
圧との関係を示す図。
5 is a diagram showing a relationship between an incident light amount of the pixel circuit shown in FIG. 4 and each node voltage.

【図6】 実施の形態1の画素回路において各部の容量
を明示した回路図。
FIG. 6 is a circuit diagram in which the capacitance of each part is clearly shown in the pixel circuit according to the first embodiment.

【図7】 図6に示す画素回路の入射光量と各ノード電
圧との関係を示す図。
7 is a diagram showing the relationship between the amount of incident light and the voltage of each node of the pixel circuit shown in FIG.

【図8】 隣接画素との間で接続された画素回路におけ
る入射光量と各ノード電圧との関係を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between an incident light amount and each node voltage in a pixel circuit connected between adjacent pixels.

【図9】 実施の形態1の画素回路において、読み出し
トランジスタのゲートに接続するノードでの電圧と入射
光量との関係の一例を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing an example of a relationship between a voltage at a node connected to a gate of a reading transistor and an amount of incident light in the pixel circuit of Embodiment 1.

【図10】 図9に示すノード電圧を反転増幅し読み出
し信号として取出した場合の入射光量と出力電圧との関
係を示す図。
10 is a diagram showing a relationship between an incident light amount and an output voltage when the node voltage shown in FIG. 9 is inverted and amplified and taken out as a read signal.

【図11】 実施の形態1の画素回路の制御信号のタイ
ミングチャート。
11 is a timing chart of control signals of the pixel circuit of Embodiment 1. FIG.

【図12】 実施の形態2の半導体撮像素子を構成する
画素回路の回路図。
FIG. 12 is a circuit diagram of a pixel circuit included in the semiconductor image sensor according to the second embodiment.

【図13】 人間の網膜における局所的感度自動調整の
様子を示した図。
FIG. 13 is a diagram showing how local sensitivity is automatically adjusted in the human retina.

【図14】 従来の受光感度範囲をシフトする機能を有
する画素の回路図。
FIG. 14 is a circuit diagram of a pixel having a function of shifting a conventional light receiving sensitivity range.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,2 ノード、 11,11a 画素回路、 Cpd,
Cm 容量、 PD1,PD2 フォトディテクタ、
Rn 抵抗、 Ri 抵抗、 SW1,SW2スイッチ、
Tr1,Tr2,Tri,Trn MOSトランジスタ、 T
r3 増幅用トランジスタ、Tr4 読み出し用トランジス
1, 2 node, 11, 11a pixel circuit, Cpd,
Cm capacity, PD1, PD2 photo detector,
Rn resistance, Ri resistance, SW1, SW2 switches,
Tr1, Tr2, Tri, Trn MOS transistors, T
r3 amplification transistor, Tr4 readout transistor

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/146 H01L 31/10 H04N 5/335 Front page continued (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 27/146 H01L 31/10 H04N 5/335

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 複数の画素回路が接続されてなる半導体
撮像素子において、 上記画素回路は第1の光検出素子、第2の光検出素子及
び第1の抵抗素子を有し、第1の光検出素子と第2の光
検出素子とが第1の抵抗素子を介して直列に接続され、 上記各画素回路は、上記二つの光検出素子のうちの一方
と上記第1の抵抗素子との接続ノードにおいて第2の抵
抗素子を介して隣接する画素回路と接続されることを特
徴とする半導体撮像素子。
1. A semiconductor image pickup device comprising a plurality of pixel circuits connected to each other, wherein the pixel circuit has a first photo-detecting element, a second photo-detecting element and a first resistance element. A detection element and a second light detection element are connected in series via a first resistance element, and each of the pixel circuits connects one of the two light detection elements and the first resistance element. A semiconductor image pickup device characterized in that it is connected to an adjacent pixel circuit via a second resistance element at a node.
【請求項2】 上記画素回路において、上記第1の抵抗
素子の両端を異なった容量値に設定することを特徴とす
る請求項1記載の半導体撮像素子。
2. The semiconductor image sensor according to claim 1, wherein both ends of the first resistance element are set to different capacitance values in the pixel circuit.
【請求項3】 上記画素回路において、上記第1の抵抗
素子または第2の抵抗素子のうちの少なくともいずれか
をMOSトランジスタにより構成し、上記抵抗素子の抵
抗値は上記MOSトランジスタのゲート電圧に応じて設
定されることを特徴とする請求項1記載の半導体撮像素
子。
3. In the pixel circuit, at least one of the first resistance element and the second resistance element is composed of a MOS transistor, and the resistance value of the resistance element depends on the gate voltage of the MOS transistor. The semiconductor image pickup device according to claim 1, wherein the semiconductor image pickup device is set according to claim 1.
【請求項4】 上記抵抗値を設定するためのゲート電圧
は、第1及び第2の抵抗の抵抗素子各々について、少な
くとも二つ以上の画素回路に関して共通に与えられるこ
とを特徴とする請求項3記載の半導体撮像素子。
4. The gate voltage for setting the resistance value is commonly applied to at least two or more pixel circuits for each of the resistance elements of the first and second resistances. The semiconductor image pickup device described.
【請求項5】 上記第1の抵抗素子の少なくとも一端に
画素回路の状態を初期化するためのリセット電圧を印加
することを特徴とする請求項1記載の半導体撮像素子。
5. The semiconductor image sensor according to claim 1, wherein a reset voltage for initializing a state of the pixel circuit is applied to at least one end of the first resistance element.
【請求項6】 上記リセット電圧は少なくとも二つ以上
の画素回路に関して共通に与えられることを特徴とする
請求項5記載の半導体撮像素子。
6. The semiconductor image sensor according to claim 5, wherein the reset voltage is commonly applied to at least two or more pixel circuits.
JP15367399A 1999-06-01 1999-06-01 Semiconductor imaging device Expired - Fee Related JP3514663B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15367399A JP3514663B2 (en) 1999-06-01 1999-06-01 Semiconductor imaging device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15367399A JP3514663B2 (en) 1999-06-01 1999-06-01 Semiconductor imaging device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000340779A JP2000340779A (en) 2000-12-08
JP3514663B2 true JP3514663B2 (en) 2004-03-31

Family

ID=15567680

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP15367399A Expired - Fee Related JP3514663B2 (en) 1999-06-01 1999-06-01 Semiconductor imaging device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3514663B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4195802B2 (en) 2001-09-21 2008-12-17 イーエヌジー株式会社 Semiconductor image sensor
JP3691050B2 (en) 2003-10-30 2005-08-31 総吉 廣津 Semiconductor image sensor
JP3996618B1 (en) 2006-05-11 2007-10-24 総吉 廣津 Semiconductor image sensor
JP4538528B2 (en) 2008-12-26 2010-09-08 廣津 和子 Solid-state image sensor
WO2018211366A1 (en) 2017-05-18 2018-11-22 株式会社半導体エネルギー研究所 Image detection module and information management system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2000340779A (en) 2000-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6486504B1 (en) CMOS image sensor with extended dynamic range
US7586487B2 (en) Solid state imaging apparatus and method for driving the same
KR100659443B1 (en) Variable collection of blooming charge to extend dynamic range
US8520107B2 (en) Analog-digital converter, image sensor system and camera device
CN100499145C (en) CMOS APS with stacked avalanche multiplication layer and low voltage readout electronics
CN100391241C (en) Image sensor for removing horizontal noise
JP5107442B2 (en) System and method for a high dynamic range image sensor sensing array
US8063963B2 (en) Imaging device having a pixel structure with high dynamic range read-out signal
EP0957630A2 (en) Column amplifier architecture in an active pixel sensor
EP1475961B1 (en) Combined linear-logarithmic image sensor
JPH08149376A (en) Solid-state image pickup device
US20070132867A1 (en) Multimode CMOS Image Sensor
US20040169740A1 (en) Photodiode CMOS imager with column-feedback soft-reset for imaging under ultra-low illumination and with high dynamic range
US6836291B1 (en) Image pickup device with integral amplification
EP1528597A2 (en) Semiconductor image pickup device capable of sensing light over wider range
JP2005332880A (en) Imaging element and image input processor
JP3664035B2 (en) Solid-state imaging device
US20020154233A1 (en) Imaging device ,and its drive control method
JP3514663B2 (en) Semiconductor imaging device
JP2001036822A (en) Solid-state image pickup device
US7098951B2 (en) Image pickup device with high contrast detection capability
JP2001103379A (en) Solid-state image pickup device
JP2755150B2 (en) Infrared imaging device
JP2001203941A (en) Solid-state image pickup element
JP2001008111A (en) Solid state image pickup device

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20040106

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040113

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090123

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090123

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100123

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110123

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110123

Year of fee payment: 7

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110123

Year of fee payment: 7

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110123

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120123

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130123

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130123

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140123

Year of fee payment: 10

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees