JPH01205680A - Solid-state image pickup device - Google Patents
Solid-state image pickup deviceInfo
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Landscapes
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
この発明は、カメラの自動焦点検出装置などに用いられ
る固体撮像装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a solid-state imaging device used in an automatic focus detection device of a camera or the like.
〈従来の技術〉
カメラの自動焦点検出装置に用いられる固体撮像装置は
、その使用する輝度範囲が広いため、低輝度時において
光電出力に増幅器で所定のゲインをかけて低輝度時にお
いても所定のレベルの出力が得られるようにするのが一
般的である。そして、この増幅器のゲインは輝度に応じ
て多段階に切り換えて、常に適正なレベルの輝度情報が
得られるようになされる。<Prior art> Solid-state imaging devices used in automatic focus detection devices of cameras use a wide brightness range, so the photoelectric output is multiplied by a predetermined gain in an amplifier at low brightness times, so that a predetermined value can be maintained even at low brightness times. It is common to make it possible to obtain a level output. The gain of this amplifier is switched in multiple stages depending on the luminance, so that luminance information at an appropriate level can always be obtained.
従来、このような固体撮像装置としては、各画素に対応
した電荷を発生する光電変換部と、この光電変換部にお
いて発生した電荷を蓄積する蓄積部と、この蓄積部に蓄
えられた電荷を逐次転送する転送レジスタと、上記光電
変換部に照射される光量をモニタする輝度モニタ手段と
、輝度モニタ手段の出力に基づいて輝度を判定する輝度
判定回路と、それに接続される複数の抵抗がスイッチに
よって切り換えられて多段階にゲインが調整される一つ
のオペアンプとを備えて、転送レジスタからの輝度信号
を上記オペアンプで増幅して適正なレベルの輝度信号を
得るようにしたものがある(特開昭60−125817
号公報)。Conventionally, such a solid-state imaging device has a photoelectric conversion section that generates charges corresponding to each pixel, an accumulation section that accumulates the charges generated in the photoelectric conversion section, and a storage section that sequentially stores the charges stored in this accumulation section. A transfer register to be transferred, a brightness monitor means for monitoring the amount of light irradiated to the photoelectric conversion section, a brightness determination circuit for determining brightness based on the output of the brightness monitor means, and a plurality of resistors connected thereto are connected by a switch. There is a device that is equipped with an operational amplifier whose gain is adjusted in multiple stages by being switched, and the brightness signal from the transfer register is amplified by the operational amplifier to obtain a brightness signal at an appropriate level (Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-125817
Publication No.).
〈発明が解決しようとする課題〉
しかしながら、上記従来の固体撮像装置では一つのオペ
アンプに小さい抵抗値から大きい抵抗値まで段数分の抵
抗値を有する複数の抵抗を接続し、この抵抗を切り換え
ることによって、ゲインを多段階に調整して適正なレベ
ルの輝度信号を得るようにしているため、小さな抵抗値
の抵抗から太きな抵抗値の抵抗まで段数分の抵抗が必要
となり、チップにおける抵抗の占める面積が大きくなる
という問題がある。<Problems to be Solved by the Invention> However, in the above-mentioned conventional solid-state imaging device, a plurality of resistors having resistance values corresponding to the number of stages from small resistance values to large resistance values are connected to one operational amplifier, and by switching these resistances. Since the gain is adjusted in multiple stages to obtain a brightness signal at an appropriate level, a number of resistors are required, ranging from small resistance values to large resistance value resistances. There is a problem that the area becomes large.
そこで、この発明の目的は、増幅回路における抵抗の占
める面積を小さくすることができる固体撮像装置を提供
することにある。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device that can reduce the area occupied by a resistor in an amplifier circuit.
また、この発明の目的は増幅後におけるトータルのオフ
セットを小さくできる固体撮像装置を提供することにあ
る。Another object of the present invention is to provide a solid-state imaging device that can reduce the total offset after amplification.
〈課題を解決するための手段〉
上記目的を達成するため、この発明の固体撮像装置は、
第1.2.11図に例示するように、各画素に対応した
電荷を発生する光電変換部(PD)と、上記光電変換部
(PD)において発生した電荷を蓄積する蓄積部(ST
)と、この蓄積部(ST)に蓄えられた電荷を逐次転送
する転送レジスタ(RG)と、入射する光量に応じて電
荷を発生して、上記光電変換部(PD)に照射される光
量をモニタする輝度モニタ手段(9)と、この輝度モニ
タ手段(9)に発生した電荷を蓄積する蓄積手段(10
−1)と、上記蓄積手段(10−1)からの出力に基づ
いて輝度を判定する輝度判定回路(24)と、上記輝度
判定回路(24)からの出力に基づいて、ゲインが切り
換えられ、上記転送レジスタ(RG)の出力を増幅する
第1段の増幅回路(25)と、上記輝度判定回路(24
)の出力に基づいてゲインが切り換えられ、上記第1段
の増幅回路(25)の出力を増幅する第2段の増幅回路
(26)とを備えたことを特徴としている。<Means for Solving the Problems> In order to achieve the above object, the solid-state imaging device of the present invention has the following features:
As illustrated in Figure 1.2.11, there is a photoelectric conversion section (PD) that generates charges corresponding to each pixel, and a storage section (ST) that accumulates the charges generated in the photoelectric conversion section (PD).
), a transfer register (RG) that sequentially transfers the charges stored in the storage section (ST), and a transfer register (RG) that generates charges according to the amount of incident light and adjusts the amount of light irradiated to the photoelectric conversion section (PD). A brightness monitor means (9) for monitoring, and an accumulation means (10) for accumulating charges generated in the brightness monitor means (9).
-1), a brightness determination circuit (24) that determines brightness based on the output from the storage means (10-1), and a gain is switched based on the output from the brightness determination circuit (24), A first-stage amplifier circuit (25) that amplifies the output of the transfer register (RG), and a brightness determination circuit (24) that amplifies the output of the transfer register (RG).
), the gain is switched based on the output of the first stage amplifier circuit (25), and a second stage amplifier circuit (26) amplifies the output of the first stage amplifier circuit (25).
また、第1段の増幅回路(25)のゲインは第2段の増
幅回路(26)のゲインよりも高くするのが望ましい。Further, it is desirable that the gain of the first stage amplifier circuit (25) is higher than the gain of the second stage amplifier circuit (26).
〈作用〉
光電変換部(PD)に光が照射されるとそれに応じた電
荷が発生し、蓄積部(ST)に蓄積される。<Operation> When the photoelectric conversion section (PD) is irradiated with light, a corresponding charge is generated and accumulated in the storage section (ST).
上記蓄積部(ST)に蓄えられた電荷は転送レジスタ(
RG)によって逐次転送される。The charges stored in the storage section (ST) are transferred to the transfer register (
RG).
一方、上記光電変換部(PD)に照射される光量は輝度
モニタ手段(9)によってモニタされる。この輝度モニ
タ手段(9)に発生した電荷は蓄積手段(10−1)に
蓄積され、この蓄積手段(10−1)からの出力に基づ
いて輝度判定回路(24)は光電変換部(PD)に照射
される光の輝度を判定する。On the other hand, the amount of light irradiated to the photoelectric conversion section (PD) is monitored by a brightness monitor means (9). The charges generated in the brightness monitor means (9) are stored in the storage means (10-1), and based on the output from the storage means (10-1), the brightness determination circuit (24) is connected to the photoelectric conversion unit (PD). Determine the brightness of the light irradiated.
上記転送レジスタ(RG)の出力は、輝度判定回路(2
4)の出力に基づいてゲインが切り換えられる第1段の
増幅回路(25)によって増幅され、さらにこの第1段
の増幅回路(25)の出力は、輝度判定回路(24)の
出力に基づいてゲインが切り換えられる第2段の増幅回
路(26)によって増幅される。このように、転送レジ
スタ(RG)から出力される輝度を表わす信号は、第1
段の増幅回路(25)と第2段の増幅回路(26)との
2段によって増幅されるため、各段の増幅回路(25,
26)における切り換える段数が小さくても、トータル
としては各段のゲインの段数を互いに掛は合わせた段数
のゲインを得ることができ、各段の増幅回路(25,2
6)における抵抗値の幅は小さくてすみ、この固体撮像
装置のチップに占める抵抗の面積が小さくなる。The output of the transfer register (RG) is the brightness determination circuit (2
The output of the first stage amplifier circuit (25) is amplified by a first stage amplifier circuit (25) whose gain is switched based on the output of the brightness determination circuit (24). It is amplified by a second stage amplifier circuit (26) whose gain is switched. In this way, the signal representing the luminance output from the transfer register (RG) is
Since the amplification is performed by two stages, the first stage amplifier circuit (25) and the second stage amplifier circuit (26), each stage amplifier circuit (25,
Even if the number of stages to be switched in 26) is small, it is possible to obtain a total gain equal to the total number of stages multiplied by the number of gain stages in each stage.
The width of the resistance value in 6) can be small, and the area occupied by the resistance on the chip of this solid-state imaging device is reduced.
また、この2段の増幅回路(25)、(26)で増幅す
る場合、第1段の増幅回路(25)のゲインを第2段の
増幅回路(26)のゲインよりら高くすると、各段の増
幅回路(25,26)にオフセ・ソトがあるとき、)・
−タルのゲインは各段のゲインを掛は合わせたものとな
るから、トータルのオフセットが小さくなる。In addition, when amplifying with these two stage amplifier circuits (25) and (26), if the gain of the first stage amplifier circuit (25) is higher than the gain of the second stage amplifier circuit (26), each stage When there is an offset in the amplifier circuit (25, 26), )・
- Since the total gain is the sum of the gains of each stage, the total offset becomes small.
〈実施例〉 以下、この発明を図示の実施例により詳細に説明する。<Example> Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to illustrated embodiments.
まず、第1実施例について説明する。第1図にCODと
して作製されたイメージセンサ(13)の構成を示す。First, a first example will be described. FIG. 1 shows the configuration of an image sensor (13) manufactured as a COD.
(1)は入射する光量に応じた電荷を発生する複数の光
電変換手段としてのフォトダイオード(FD)からなる
フォトダイオードアレイ、(ST)はフォトダイオード
(PD)により発生する電荷を蓄積する蓄積部、(BG
)はフォトダイオード(PD)と蓄積部(ST)の間に
設けられたゲートである電界効果トランジスタ(以下、
FETという。)からなるバリアゲートであり、このバ
リアゲート(BG)は電圧印加時にはフォトダイオード
(FD)と蓄積部(ST)を接続して、フォトダイオ−
1”(PD)で発生した電荷を蓄積部(ST)へ流入さ
せる一方、電圧を印加しない時にはフォトダイオード(
PD)と蓄積部(ST)を分断し、フォトダイオード(
PD)で発生した電荷の蓄積部(ST)への流入を中止
する。また、(RG)は二相駆動により図面左から右へ
電荷の転送を行う転送レジスタ、(Sl−[)は蓄積部
(ST)と転送レノスタ(RG)との間に設けられたゲ
ートであるFETからなる移送ゲートである。この移送
ゲート(S)()は電圧印加時には蓄積部(ST)と転
送レジスタ(RG)とを接続して、蓄積部(ST)に蓄
積された電荷を転送レジスタ(RG)へ移送する一方、
電圧を印加しない時には蓄積部(S T)と転送レジス
タ(RG)を分断し、蓄積部(ST)に蓄積された電荷
が転送レジスタ(RG)へ流入しないようにする。また
、(RGICG)はゲートであるFETからなる積分ク
リアゲートである。この積分クリアゲート(RGICG
)は、電圧印加時には転送レジスタ(RG)とオーバー
フロードレイン(ODI)を接続して、積分に先立ち、
各画素のフォトダイオード(FD)および蓄積部(ST
)の不要電荷を転送レジスタ(RG)からオーバーフロ
ードルイン(ODI)へ排出する。上記オーバーフロー
ドレイン(ODI)は電源電圧VDDに接続され、最も
低いポテンシャルになっている。(1) is a photodiode array consisting of a plurality of photodiodes (FD) as photoelectric conversion means that generate charges according to the amount of incident light, and (ST) is a storage unit that accumulates charges generated by the photodiodes (PD). , (B.G.
) is a field-effect transistor (hereinafter referred to as a field-effect transistor), which is a gate provided between a photodiode (PD) and a storage section (ST).
It is called FET. ), and this barrier gate (BG) connects the photodiode (FD) and the storage section (ST) when voltage is applied, and the photodiode
1" (PD) is caused to flow into the storage section (ST), while when no voltage is applied, the photodiode (
PD) and storage section (ST) are separated, and the photodiode (PD) is separated from the storage section (ST).
The charge generated in PD) stops flowing into the storage section (ST). In addition, (RG) is a transfer register that transfers charge from left to right in the drawing by two-phase drive, and (Sl-[) is a gate provided between the storage section (ST) and the transfer renoster (RG). This is a transfer gate consisting of a FET. This transfer gate (S) () connects the storage section (ST) and transfer register (RG) when voltage is applied, and transfers the charge accumulated in the storage section (ST) to the transfer register (RG), while
When no voltage is applied, the storage section (ST) and transfer register (RG) are separated to prevent charges accumulated in the storage section (ST) from flowing into the transfer register (RG). Further, (RGICG) is an integral clear gate consisting of an FET as a gate. This integral clear gate (RGICG
) connects the transfer register (RG) and overflow drain (ODI) when voltage is applied, and before integration,
Photodiode (FD) and storage section (ST) of each pixel
) is discharged from the transfer register (RG) to the overflow drain-in (ODI). The overflow drain (ODI) is connected to the power supply voltage VDD and has the lowest potential.
一方、上記フォトダイオード(PD)とオーバーフロー
ドレイン(OD2)との間には、オーバーフローゲート
(OG)を設けており、このオーバーフローゲート(O
G)には電圧を印加せず、常に電圧無印加時のバリアゲ
ート(BG)のポテンシャルよりも低いポテンシャルに
固定している。上記転送レジスタ(RG)へ移送された
各画素の電荷は転送りロックφ1.φ、により図面上右
側からコンデンサ(8−1)に順次転送される。コンデ
ンサ(8−1)は、電荷が転送されるのに先立ち、FE
T(8−3)のゲートに与えられるosns信号により
電源電圧に充電リセットされる。その後、コンデンサ(
8−1)は転送された電荷分だけ、充電電圧から電位が
下がる。このコンデンサ(8−1)の端子間電圧はバッ
ファ(8−2)によりO8信号として取り出される。な
お、ここで(8−1)を説明の便宜上コンデンサである
と説明したが、タイオードのPN接合に置換できるもの
であり、回路を集積化する場合は、このコンデンサはダ
イオードとして作製する。以下、コンデンサという場合
は同様である。On the other hand, an overflow gate (OG) is provided between the photodiode (PD) and the overflow drain (OD2).
No voltage is applied to G), and the potential is always fixed to be lower than the potential of the barrier gate (BG) when no voltage is applied. The charge of each pixel transferred to the transfer register (RG) is transferred to the transfer lock φ1. φ is sequentially transferred to the capacitor (8-1) from the right side in the drawing. The capacitor (8-1) is connected to the FE prior to the charge being transferred.
Charging is reset to the power supply voltage by the osns signal applied to the gate of T(8-3). Then the capacitor (
8-1), the potential decreases from the charging voltage by the transferred charge. The voltage between the terminals of this capacitor (8-1) is taken out as an O8 signal by a buffer (8-2). Although (8-1) has been described here as a capacitor for convenience of explanation, it can be replaced with a PN junction of a diode, and when the circuit is integrated, this capacitor is manufactured as a diode. Hereinafter, the same applies when referring to a capacitor.
上記フォトダイオードアレイ(+)の端の複数のフォト
ダイオード(PD)上には、遮光用Ai2膜(l−1)
を、後述の黒基準画素出力を取り出すために設けている
。上記フォトダイオードアレイ(+)は、自動焦点検出
ンステム上必要な画素を中央付近を除く両側のブロック
によって検出するので、上記フォトダイオードアレイ(
+)の中央付近は自動焦点検出システム上不要な不使用
画素に対応する。このため、上記不使用画素に対応する
フォトダイオードアレイ(1)の中央のフォトダイオー
ド(PD)を除去して、この除去した部分に後述する輝
度モニタ用フォトダイオード(9)の出力処理のための
回路の一部を挿入している(第21図参照)。A light-shielding Ai2 film (l-1) is placed on the plurality of photodiodes (PDs) at the end of the photodiode array (+).
is provided to extract the black reference pixel output, which will be described later. The above-mentioned photodiode array (+) detects the necessary pixels on the automatic focus detection system using blocks on both sides excluding the central area, so the above-mentioned photodiode array (+)
The area around the center of +) corresponds to unused pixels that are unnecessary for the automatic focus detection system. For this reason, the central photodiode (PD) of the photodiode array (1) corresponding to the unused pixel is removed, and a photodiode (9) for brightness monitoring (to be described later) is installed in this removed portion for output processing. A part of the circuit is inserted (see Figure 21).
また、上記イメージセンサ(13)の積分時間を制御す
るために、上記フォトダイオード(PD)へ入射する光
量をモニタする輝度モニタ手段である輝度モニタ用フォ
トダイオード(9)を設けている。Further, in order to control the integration time of the image sensor (13), a brightness monitoring photodiode (9) is provided as brightness monitoring means for monitoring the amount of light incident on the photodiode (PD).
この輝度モニタ用フォトダイオード(9)は、自動焦点
検出システム上必要な画素を検知するフォトダイオード
アレイ(+)の両側の2つのブロックにまたがって形成
しているので、細長い形状をしている。また、この輝度
モニタ用フォトダイオード(9)は、上記不使用画素に
対応する領域に照射される光量をモニタしないように、
上記不使用画素に対応する部分にはAg膜(9−1)で
遮光がなされている。このように輝度モニタ用フォトダ
イオード(9)はフォトダイオードアレイ(+)の整列
方向を長平方向として配置され、そのフォトダイオード
アレイ(1)の両端の2つのブロックにまたがって構成
されると共に、不使用画素に対応する部分をAg膜(9
−1)で覆っているので、使用画素に対応する部分の平
均出力レベルを正確にモニタするができる。この輝度モ
ニタ用フォトダイオード(9)の出力処理のための回路
の一部は第21図に示すように、フ第1・ダイオードア
レイ(1)のフォトダイオード(FD)を除去した中央
に挿入している。This brightness monitor photodiode (9) has an elongated shape because it is formed across two blocks on both sides of the photodiode array (+) that detects pixels necessary for the automatic focus detection system. In addition, this brightness monitoring photodiode (9) is configured so as not to monitor the amount of light irradiated to the area corresponding to the unused pixel.
The portions corresponding to the unused pixels are shielded from light by an Ag film (9-1). In this way, the brightness monitoring photodiode (9) is arranged with the alignment direction of the photodiode array (+) in the elongated direction, and is configured to straddle the two blocks at both ends of the photodiode array (1). Ag film (9
-1), it is possible to accurately monitor the average output level of the portion corresponding to the used pixel. A part of the circuit for output processing of the brightness monitor photodiode (9) is inserted in the center of the first diode array (1) from which the photodiode (FD) has been removed, as shown in Figure 21. ing.
上記輝度モニタ用フォトダイオード(9)は前述の如く
、細長い形状をしているが、その長さをQとし、その一
端から出力を取り出す場合、一般に長さaと応答時間τ
との間にはτcx: (1”という関係が成り立ち、長
さρが長くなる程、応答性が急速に悪化する。したがっ
て、応答性悪化を防ぐために、輝度モニタ用フォトダイ
オード(9)の中央付近の取出電極から出力を取り出し
ている。このため、応答時間はフォトダイオード(9)
の端にコンタクトを設けた場合に比べて、下記の式のよ
うに、1/4となっている。As mentioned above, the brightness monitoring photodiode (9) has an elongated shape, and when its length is Q and the output is taken out from one end, generally the length a and the response time τ
The relationship τcx: (1" holds true, and the longer the length ρ, the more rapidly the responsiveness deteriorates. Therefore, in order to prevent the responsiveness from deteriorating, the center of the brightness monitoring photodiode (9) is The output is extracted from the nearby extraction electrode.For this reason, the response time is shorter than that of the photodiode (9).
Compared to the case where a contact is provided at the end of the contact point, it is 1/4 as shown in the following equation.
このように、中央付近に取出電極を設けて、輝度モニタ
用フォトダイオード(9)の応答性が早いために、輝度
モニタ用フォトダイオード(9)の出力に基づいて積分
時間を定めても過度に蓄積部(ST)に電荷を蓄える過
剰積分を行うことがなく、適正な積分を行うことができ
る。In this way, since the extraction electrode is provided near the center and the response of the brightness monitoring photodiode (9) is fast, even if the integration time is determined based on the output of the brightness monitoring photodiode (9), it will not be excessive. Appropriate integration can be performed without performing excessive integration that stores charges in the storage section (ST).
上記輝度モニタ用フォトダイオード(9)には蓄積手段
であるコンデンサ(10−1)が接続されており、イメ
ージセンサ(13)の積分に先立ち、FET(10−3
)のゲートにAGCR8信号が印加されると、上記コン
デンサ(10−1)は電源電圧VDDに充電される。A
GCRS信号の除去後は、光照射に応じて発生する電荷
により、コンデンサ(10−1)における電位が降下す
る。この電位は出力手段であるバッファ(10−2)を
介してAGCO8信号として出力される。A capacitor (10-1), which is a storage means, is connected to the brightness monitoring photodiode (9), and prior to the integration of the image sensor (13), an FET (10-3
), the capacitor (10-1) is charged to the power supply voltage VDD. A
After the GCRS signal is removed, the potential at the capacitor (10-1) drops due to charges generated in response to light irradiation. This potential is outputted as an AGCO8 signal via a buffer (10-2) which is an output means.
補償用ダイオード(11)は輝度モニタ用フォトダイオ
ード(9)の暗時出力を除去するために設けられたもの
であり、この上には遮光用A[膜(11−1)が設けら
れている。この補償用ダイオード(11)は輝度モニタ
用フォトダイオード(9)の暗時出力と同量の出力が得
られるように設計されているが、輝度モニタ用フォトダ
イオード(9)と同構造とした場合には、輝度モニタ用
フォトダイオード(9)と同じ面積を必要とし、チップ
サイズの増大を招いてしまう。このため、この補償用ダ
イオード(11)は、第7図(a)に示すように、N型
部を互いに分離され一定間隔をおいて整列された多数の
部分からなるようにし、これらをP型部に埋め込むこと
によって、暗時出力の発生源である表面におけるPN接
合部の長さ(周辺長)Laを増大させて、輝度モニタ用
フォトダイオード(9)より小さなサイズで同量の暗時
出力が得られるように設計している。The compensation diode (11) is provided to remove the dark output of the brightness monitor photodiode (9), and a light-shielding A film (11-1) is provided on top of the compensation diode (11). . This compensation diode (11) is designed to obtain the same amount of output as the dark output of the brightness monitor photodiode (9), but if it has the same structure as the brightness monitor photodiode (9). requires the same area as the brightness monitoring photodiode (9), leading to an increase in chip size. Therefore, as shown in FIG. 7(a), this compensating diode (11) consists of a large number of parts whose N-type parts are separated from each other and arranged at regular intervals, and these are made into P-type parts. By embedding it in the dark area, the length (peripheral length) La of the PN junction on the surface, which is the source of the dark output, is increased, and the same amount of dark output can be achieved with a smaller size than the brightness monitor photodiode (9). It is designed to provide the following.
上記補償用ダイオード(lりはコンデンサ(12−1)
に接続している。このコンデンサ(12−1)はイメー
ジセンサ(I3)の積分に先立ち、FET(12−3)
のゲートに印加されるAGCR9信号によって、電源電
圧VDDに充電される。しかし、AGCR8信号の除去
後は、補償用ダイオード(11)の暗時出力電荷により
、コンデンサ(12−1)の電位は徐々に下がる。この
電位はバッファ(12−3)を介してDOS信号として
出力される。以上でイメージセンサ(13)の構成の説
明を終了する。The above compensation diode (the other is a capacitor (12-1)
is connected to. This capacitor (12-1) is connected to the FET (12-3) before integration of the image sensor (I3).
It is charged to the power supply voltage VDD by the AGCR9 signal applied to the gate of. However, after the AGCR8 signal is removed, the potential of the capacitor (12-1) gradually decreases due to the dark output charge of the compensation diode (11). This potential is output as a DOS signal via a buffer (12-3). This concludes the description of the configuration of the image sensor (13).
次に、第2図のブロック図に沿って全体の71−ドウエ
ア構成を説明する。第2図中布の(14)は上記イメー
ジセンサ(13)の駆動制御を行う演算制御手段である
マイクロコンピュータ(μCom)である。このマイク
ロコンピュータ(14)のイメージセンザ制御部(16
)は、イメージセンサ(13)の後述する4つのモード
を切り換えるための2つの信号MD、、MDtの出力お
よび動作タイミングを与えるための2つの信号NB、、
NB、の出力を行うと共に、I10バッファ(22)よ
り、積分完了か否かを示すTINT信号とイメージセン
サ出力のA/D変換開始を示すADS信号との論理和で
あるA D T信号が入力され、またゲイン情報Gl。Next, the overall 71-ware configuration will be explained along the block diagram of FIG. (14) in the middle of FIG. 2 is a microcomputer (μCom) which is an arithmetic control means for controlling the drive of the image sensor (13). The image sensor control section (16) of this microcomputer (14)
) are two signals MD, , MDt for switching the image sensor (13) between the four modes to be described later, and two signals NB for providing the output and operation timing of MDt.
At the same time, an ADT signal is input from the I10 buffer (22), which is the logical sum of the TINT signal indicating whether integration is completed or not, and the ADS signal indicating the start of A/D conversion of the image sensor output. and gain information Gl.
G3信号が、NB、、NB、信号の信号ラインを用いて
入力される。The G3 signal is input using the NB, , NB, signal line.
上記マイクロコンピュータ(14)より左側の回路は、
1デツプのIC上に構成されている。この内で、上記I
10バッファ(22)は次の機能を有する。すなわち、
上記TINT信号とADS信号のオアを取り、マイクロ
コンピュータ(14)にADT信号として出力する機能
、N B 1. N B を信号の信号ラインの入出力
を切り換えて入力時にはNB、。The circuit on the left side of the microcomputer (14) is
It is configured on a 1-deep IC. Among these, the above I
The 10 buffer (22) has the following functions: That is,
N B 1. A function of ORing the TINT signal and ADS signal and outputting the result to the microcomputer (14) as an ADT signal. NB When inputting, switch the input/output of the signal line of the signal.
NB2信号をマイクロコンピュータ(14)から入力し
、出力時にはGl、G3信号をマイクロコンピュータ(
14)へ出力する機能、さらに、マイクロコンピュータ
(14)の信号レベルと、分周回路(19)、積分時間
制御部(20)、信号処理タイミング発生部(21)お
よび転送りロック発生部(30)等の回路内の信号レベ
ルとのインターフェース機能を有している。The NB2 signal is input from the microcomputer (14), and at the time of output, the Gl and G3 signals are input to the microcomputer (14).
14), the signal level of the microcomputer (14), the frequency dividing circuit (19), the integration time control section (20), the signal processing timing generation section (21), and the transfer lock generation section (30). ), etc., has an interface function with the signal level in the circuit.
一方、モード選択回路(23)は、MDl、MDt信号
をデコードし、下記の4つのモードのうち1つのモード
を選択する回路である。M D +−“L”。On the other hand, the mode selection circuit (23) is a circuit that decodes the MDl and MDt signals and selects one of the following four modes. M D +-“L”.
M D t−“L”の場合、モード選択回路(23)は
INl信号のみを“H′とし、INIモードを選択する
。INIモードはイメージセンサ(13)のイニシャラ
イズ動作を行うモードである。MD、−“L″、M D
t−“H”の場合、モート選択回路(23)は■NT
信号のみを“H”とし、TNTモードを選択する。TN
Tモードはイメージセンサ(13)の積分を行うモード
である。M D +−“H”、MD、=“■4“の場合
、モード選択回路(23)はDD+信号のみを“I(”
とし、DD+モードを選択する。DDIモードはイメー
ジセンサ(13)の読み出しを開始するモードであり、
また、NB、、NBt信号により、後述の黒基準画素の
サンプルホールドを行うモードでもある。MD 、=“
H“、MD2=“L”の場合、モード選択回路(23)
はDD2信号のみを“H”とし、DD2モードを選択す
る。DD2モードはイメージセンサ(13)の読み出し
を行い、読み出され、処理を加えられたイメージセンサ
(13)の出力をマイクロコンピュータ(14)のA/
D変換部(15)へ送信するモードである。各モードの
動作および機能に関しては後述する。In the case of MD t-“L”, the mode selection circuit (23) sets only the INl signal to “H” and selects the INI mode. The INI mode is a mode for initializing the image sensor (13). MD , -“L”, M D
In the case of t-“H”, the mote selection circuit (23) is ■NT
Set only the signal to "H" and select TNT mode. TN
T mode is a mode for performing integration of the image sensor (13). When MD + - “H”, MD = “■4”, the mode selection circuit (23) selects only the DD+ signal as “I(”
and select DD+ mode. DDI mode is a mode to start reading out the image sensor (13),
It is also a mode in which sample and hold of black reference pixels, which will be described later, is performed using the NB, , NBt signals. MD,=“
H", in the case of MD2="L", the mode selection circuit (23)
sets only the DD2 signal to "H" and selects the DD2 mode. In the DD2 mode, the image sensor (13) is read out, and the read and processed output of the image sensor (13) is sent to the microcomputer (14) A/
This is the mode for transmitting to the D converter (15). The operation and functions of each mode will be described later.
上記分周回路(19)はマイクロコンピュータ(14)
のクロック発生部(18)で発生した基準クロックCP
の分周を行い゛、イメージセンサ(13)の転送りロッ
クφ3.φ、の元となるクロックφ。を発生すると共に
、積分時間制御部(20)と信号処理タイミング発生部
(21)にてクロックφ。と同期を取るためのタイミン
グクロックφを発生している。The above frequency dividing circuit (19) is a microcomputer (14)
The reference clock CP generated by the clock generator (18) of
The image sensor (13) transfer lock φ3. The clock φ that is the source of φ. At the same time, the integral time control section (20) and the signal processing timing generation section (21) generate a clock φ. A timing clock φ is generated for synchronization with the
上記クロックφ。は転送りロック発生部(30)へ送ら
れ、ここで、積分時間制御部(20)から送信されるS
H倍信号RG I CG信号とクロックφ。The above clock φ. is sent to the transfer lock generation section (30), where S sent from the integral time control section (20)
H times signal RG I CG signal and clock φ.
により、クロックφ1.φ之を作り出し、イメージセン
サ(13)の転送りロックとしている。積分時間制御部
(20)はINIモード、INTモードの時、マイクロ
コンピュータ(14)から送信されるタイミング信号N
B、、NB、に基づき、分周回路(19)から送られる
クロックφと同期を取ってAGCR8信号、BG倍信号
SH倍信号RGICG信号を発生し、積分の開始動作を
行う。上記各信号は第1図に示したイメージセンサ(1
3)の各部に与えられる。また、積分時間制御部(20
)は、イメージセンサ(13)の積分が適正となった時
“L”−“■−1となる減算手段である輝度判定回路(
24)からの積分完了信号VFLG、またはモード選択
回路(23)からのDDI信号がH”となっている時に
送信されるタイミング信号N B + 、 N B t
によって、BG倍信号発生し、積分の終了動作を行う。Accordingly, the clock φ1. φ is used as a transfer lock for the image sensor (13). The integral time control section (20) receives a timing signal N transmitted from the microcomputer (14) when in INI mode or INT mode.
Based on the signals B, , NB, the AGCR8 signal and the BG multiplied signal SH multiplied signal RGICG are generated in synchronization with the clock φ sent from the frequency dividing circuit (19), and the integration start operation is performed. Each of the above signals is transmitted to the image sensor (1) shown in Figure 1.
3) are given to each part. In addition, the integral time control section (20
) is a brightness determination circuit (
Timing signals N B + , N B t that are transmitted when the integration completion signal VFLG from 24) or the DDI signal from the mode selection circuit (23) are "H".
As a result, a BG multiplied signal is generated and the integration is completed.
さらに、この積分時間制御部(20)はDDI信号が“
H”となっている時、タイミング信号NB、。Furthermore, this integration time control section (20) is configured so that the DDI signal is “
When the timing signal NB is high, the timing signal NB.
NB、によってSH倍信号発生し、蓄積部(ST)から
出力の読み出し開始動作を行う。このとき、輝度判定回
路(24)に対して、後述の輝度情報を得るための信号
、SH倍信号よびφa、φb、φC1φd信号を送信し
ている。上記輝度判定回路(24)はイメージセンサ(
13)より送られるAGCO9信号とDO5信号により
イメージセンサ(13)に照射される光量をモニタし、
積分が適正なレベルに達したと判断された場合に、VF
LG信号を反転する機能と、低輝度時に積分をVFLG
信号反転前に終了した場合、積分のレベルを判定し、そ
のレベルに応じてイメージセンサ(13)のゲインを切
り換えるためのGl、03信号を出力する機能を有して
いる。NB generates a signal times SH and performs an operation to start reading the output from the storage section (ST). At this time, a signal for obtaining luminance information, which will be described later, an SH multiplied signal, and φa, φb, and φC1φd signals are transmitted to the luminance determination circuit (24). The brightness determination circuit (24) is an image sensor (
13) Monitor the amount of light irradiated to the image sensor (13) by the AGCO9 signal and DO5 signal sent from the
When it is determined that the integral has reached an appropriate level, VF
A function to invert the LG signal and convert the integration to VFLG at low brightness.
If the integration is completed before the signal is inverted, it has a function of determining the level of integration and outputting the Gl, 03 signal for switching the gain of the image sensor (13) according to the determined level.
AGC差動増幅回路(25)はイメージセンサ(!3)
から送られてきた出力信号O9を増幅する回路である。AGC differential amplifier circuit (25) is an image sensor (!3)
This circuit amplifies the output signal O9 sent from.
このAGC差動増幅回路(25)では0SR9信号によ
ってオンとなったイメージセンサ(13)のFET(8
−3)によりコンデンサ(8−I)が充電された直後の
電位O8を、信号処理タイミング発生部(21)より送
られるR3S/H信号によってサンプルホールドした後
、この電位O8を転送りロックに従ってコンデンサ(8
−1)に転送される各画素の発生電荷により降下したコ
ンデンサ(8−1)の電位O5との差動を取り、これを
増幅して、信号Vos’として減算手段であるOB減算
AGC差動増幅回路(26)へ出力している。In this AGC differential amplifier circuit (25), the FET (8) of the image sensor (13) is turned on by the 0SR9 signal.
-3), the potential O8 immediately after the capacitor (8-I) is charged is sampled and held by the R3S/H signal sent from the signal processing timing generator (21), and then this potential O8 is transferred to the capacitor according to the lock. (8
-1) is transferred to the capacitor (8-1), which has dropped due to the generated charge, and the potential O5 of the capacitor (8-1) is taken, and this is amplified, and the OB subtraction AGC differential which is the subtraction means is used as the signal Vos'. It is output to the amplifier circuit (26).
このOB減算AGC差動増幅回路(26)の増幅時のゲ
インは輝度判定回路(24)より出力されるG3信号に
より切り換えられる。上記OB減算AGC増幅回路(2
6)では、黒基準画素の出力と、AQ遮光のない通常画
素つまり有効画素の出力との差動増幅と、出力V os
”のサンプルホールドを行っている。フォトダイオード
(PD)は、常に暗時出力を伴うため、Ai2遮光を施
したフォトダイオード(PD)によって検出される画素
を黒基準画素として、暗時出力の基準画素とし、通常画
素の出力からその黒基準画素成分を減算して得られた値
をイメージセンサ(13)の出力としている。上記OB
誠算AGC増幅回路(26)は、AGC差動増幅回路(
25)からの出力Vos’が転送りロックに同期しなが
ら繰り返し人力されるため、信号処理タイミング発生部
(2りより送られるOSS/HSS/上り、有効画素の
信号出力Vos’のレベルをサンプルホールドし、また
信号処理タイミング発生部(21)より送られるOBS
/H信号により、黒基準画素出力中に、その出力Vos
’をサンプルホールドする。The gain of this OB subtraction AGC differential amplifier circuit (26) during amplification is switched by the G3 signal output from the brightness determination circuit (24). The above OB subtraction AGC amplifier circuit (2
6), differential amplification between the output of the black reference pixel and the output of the normal pixel without AQ light shielding, that is, the effective pixel, and the output V os
Since the photodiode (PD) always produces a dark output, the pixel detected by the Ai2 light-shielded photodiode (PD) is used as the black reference pixel and is used as the reference for the dark output. pixel, and the value obtained by subtracting the black reference pixel component from the output of the normal pixel is the output of the image sensor (13).The above OB
The Seisan AGC amplifier circuit (26) is an AGC differential amplifier circuit (
Since the output Vos' from 25) is manually input repeatedly in synchronization with the transfer lock, the level of the signal output Vos' of the OSS/HSS/upstream and effective pixels sent from the signal processing timing generator (25) is sampled and held. Also, OBS sent from the signal processing timing generator (21)
/H signal causes the output Vos to change while the black reference pixel is being output.
'Sample and hold.
上記OB減算AGC増幅回路(26)はサンプルホール
ドした有効画素の信号出力レベルVos’からサンプル
ホールドした黒基準画素出力レベルVos’を減算し、
また、輝度判定回路(24)より出力されるG3信号に
よって切り換えられるゲインをかけて、信号Vosとし
てアナログ参照電圧Vrefより下側に出力する。The OB subtraction AGC amplifier circuit (26) subtracts the sampled and held black reference pixel output level Vos' from the sampled and held valid pixel signal output level Vos',
Furthermore, the signal is multiplied by a gain that is switched by the G3 signal output from the brightness determination circuit (24), and is output as a signal Vos below the analog reference voltage Vref.
定範囲電圧出力手段である温度検出部(27)は、第1
3図に示される抵抗分割回路で温度の検出を行っている
。この抵抗分割回路(27)は、拡散により形成された
拡散抵抗(32)とポリシリコン(Po1y−9i)で
形成された抵抗(33)を備え、これらは常温で等しい
抵抗値となるよう設計されている。各抵抗(32)、(
33)は温度係数が異なるため、それらの接続点からバ
ッファ(34)を介して出力される出力VTMPは、V
ref/2を中心として温度に応じたものとなる。なお
、アナログスイッチ(31)は、DD2モードではDD
丁=“L”となり、アナログスイッチ(31)をオフに
することで消費電流の低減を図っている。一方、第2図
に示すアナログスイッチ(28)はDD2モード、すな
わちDD2=“H”の場合、オンとなり、逆にアナログ
スイッチ(29)はDD2−“L”の場合にオンとなる
。これによってDD2モードの時は、出力Voutとし
て信号Vosを出力し、DD2モード以外では出力Vo
utとして信号VTMPを出力する。上記信号Vout
はマイクロコンピュータ(14)中のA/D変換部(1
5)へ入力され、ここでアナログ参照電圧Vrerより
低電圧側のアナログ出力のA/D変換をADT信号で開
始し、ディジタルデータに変換している。The temperature detection section (27), which is a fixed range voltage output means,
Temperature is detected by the resistance divider circuit shown in Figure 3. This resistance divider circuit (27) includes a diffusion resistance (32) formed by diffusion and a resistance (33) formed of polysilicon (Poly-9i), which are designed to have equal resistance values at room temperature. ing. Each resistor (32), (
33) have different temperature coefficients, the output VTMP output from their connection point via the buffer (34) is V
It depends on the temperature around ref/2. In addition, the analog switch (31) is DD in DD2 mode.
By turning off the analog switch (31), the current consumption is reduced. On the other hand, the analog switch (28) shown in FIG. 2 is turned on in the DD2 mode, that is, when DD2="H", and the analog switch (29) is turned on when DD2="L". As a result, in the DD2 mode, the signal Vos is output as the output Vout, and in other than the DD2 mode, the signal Vos is output as the output Vout.
The signal VTMP is output as ut. The above signal Vout
is the A/D converter (1) in the microcomputer (14).
5), where A/D conversion of the analog output on the voltage side lower than the analog reference voltage Vrer is started with the ADT signal and converted into digital data.
このように、アナログスイッチ(28,29)を切り替
えて、OB減算AGC差動増幅回路(26)が使用画素
に対応する信号Vosを出力している場合は、その信号
をA/D変換部(I5)に入力する一方、それ以外の場
合は、温度検出部(27)から一定範囲内の電圧V T
MPをA/D変換部(15)に入力しているので、OB
減算AGC差動増幅回路(26)から不使用画素に対応
する出力から黒基準画素に対応する出力の減算による生
じる負出力や、画素の読み出し終了後における使用画素
の出力から黒基準画素の出力の減算により生じる負の出
力が生じても、これらはA/D変換部(15)に入力さ
れることがなく、温度検出部(27)から一定範囲内の
電圧VTMPがA/D変換部(15)に人力される。し
たがって、A/D変換部(15)は人力ダイナミックレ
ンジを越えることがなく、破壊する恐れがない。In this way, when the analog switches (28, 29) are switched and the OB subtraction AGC differential amplifier circuit (26) is outputting the signal Vos corresponding to the used pixel, the signal is transferred to the A/D converter ( In other cases, the voltage V T within a certain range is input from the temperature detection section (27).
Since MP is input to the A/D converter (15), OB
The negative output generated by subtracting the output corresponding to the black reference pixel from the output corresponding to the unused pixel from the subtraction AGC differential amplifier circuit (26), or the output of the black reference pixel from the output of the used pixel after pixel reading is completed. Even if negative outputs are generated due to subtraction, they are not input to the A/D converter (15), and the voltage VTMP within a certain range is output from the temperature detector (27) to the A/D converter (15). ) is done manually. Therefore, the A/D converter (15) does not exceed the human dynamic range and there is no risk of damage.
以上でハードウェア構成の説明を終了する。This concludes the explanation of the hardware configuration.
次に、前述したイメージセンサ(13)の各モードにお
ける動作を詳細に説明する。Next, the operation of the image sensor (13) described above in each mode will be explained in detail.
まず、イニンヤライズモードについて説明する。First, the initialize mode will be explained.
マイクロコンピュータ(14)がMD I =”L”。The microcomputer (14) is MD I = “L”.
MD2−“L”を出力すると、モード選択回路(23)
はINI信号のみを“11”とし、積分時間制御部(2
0)にイニンヤライズモード(INIモード)であるこ
とを告知する。[NIモードはイメージセンサ(I3)
の電源投入後、直ちにイメージセンサ(13)の不要電
荷を排出するためのモードである。イメージセンサ(1
3)は電源投入後はポテンシャル井戸であるフォトダイ
オード(PD)、蓄積部(S T)、転送レンスタ(R
G)の各々に不要電荷が溜まっており、これを素早く排
出して、イメージセンサ(13)が使用可能な状態にな
るよう立ち上げる必要がある。そこで、不要電荷の排出
を迅速に行うためにINIモードを設定すると共に、イ
メージセンサ(I3)のポテンシャル構造を第3図の構
造とした。When MD2-“L” is output, the mode selection circuit (23)
In this case, only the INI signal is set to “11”, and the integral time control section (2
0) to notify that it is in initialize mode (INI mode). [NI mode uses image sensor (I3)
This mode is for discharging unnecessary charges from the image sensor (13) immediately after the power is turned on. Image sensor (1
3), after the power is turned on, the photodiode (PD), which is a potential well, the storage section (S T), and the transfer lens star (R
G) has accumulated unnecessary charge, and it is necessary to quickly discharge this charge and start up the image sensor (13) so that it can be used. Therefore, in order to quickly discharge unnecessary charges, the INI mode was set, and the potential structure of the image sensor (I3) was changed to the structure shown in FIG. 3.
以下、第3図のポテンシャル図と第4図のタイムチャー
トに沿って説明する。第3図(a)にて左側からオーバ
ーフロードレイン(OD2)、オーバーフローゲート(
OG)、フォトダイオード(FD)。Hereinafter, explanation will be given along with the potential diagram of FIG. 3 and the time chart of FIG. 4. In Figure 3(a), from the left side, the overflow drain (OD2), overflow gate (
OG), photodiode (FD).
バリアゲート(BG)、蓄積部(S T)、移送ゲー1
− (S H)、転送レジスタ(RG)、積分クリアゲ
ート(Rc r cc)、オーバーフロードレイン(O
Dl)となっている。バリアゲート(BG)、移送ゲー
ト(SH)、積分クリアゲート(RGICG)の各ゲー
トおよび転送レジスタ(RG)に電圧を印加した場合(
転送レジスタ(RG)にはφ1が印加される)、第3図
(b)に示すように、FD>BG>ST>SH>RG>
RG I CG>OD lとなるようにそのポテンシャ
ルが設計され、フォトダイオード(PD)、蓄積部(S
T)、転送レジスタ(RG)の不要電荷はこのときに
オーバーフロードレイン(ODl)へ排出されるように
なっている。タイムチャートに沿ってこの動作を説明す
る。Barrier gate (BG), storage section (ST), transfer game 1
- (SH), transfer register (RG), integral clear gate (Rcc), overflow drain (O
Dl). When voltage is applied to the barrier gate (BG), transfer gate (SH), integral clear gate (RGICG), and transfer register (RG) (
φ1 is applied to the transfer register (RG)), as shown in FIG. 3(b), FD>BG>ST>SH>RG>
The potential is designed so that RG I CG > OD l, and the photodiode (PD) and storage section (S
T), unnecessary charges in the transfer register (RG) are discharged to the overflow drain (ODl) at this time. This operation will be explained along the time chart.
第4図(a)の状態が第3図(a)に対応している。The state in FIG. 4(a) corresponds to FIG. 3(a).
このとき、NB、=″L”、NB、=“L”の状態で、
バリアゲート(BG)、移送ゲート(S H)、積分ク
リアゲート(RGICG)の各ゲートには電圧は印加さ
れておらず、またフォトダイオード(PD)。At this time, in the state of NB, = "L", NB, = "L",
No voltage is applied to each gate of the barrier gate (BG), transfer gate (S H), and integral clear gate (RGICG), and the photodiode (PD).
蓄積部(ST)、転送レジスタ(RG)各部には不要電
荷か蓄積されている。NB、、NB、が共に“L”の場
合には、イメージセンサ(13)を制御する積分時間制
御部(20)はイメージセンサ(13)に対して何も動
作はしない。Unnecessary charges are accumulated in each section of the storage section (ST) and transfer register (RG). When both NB and NB are "L", the integral time control section (20) that controls the image sensor (13) does not perform any operation on the image sensor (13).
マイクロコンピュータ(14)がNBl=”H−。The microcomputer (14) sets NBl="H-".
N B t ”“L”を出力すると、積分時間制御部(
20)は分周回路(19)から送られるクロックφ。と
同期を取って、第4図(b)に示すように、SH=“H
“。When outputting ``N B t''``L'', the integral time control section (
20) is a clock φ sent from the frequency dividing circuit (19). As shown in FIG. 4(b), SH="H
“.
B G −”H“、RG I CG=″H″をイメージ
センサ(13)に出力する。さらに、SH倍信号RG
f CG倍信号転送りロック発生部(30)にも送信さ
れ、転送りロック発生部(30)ではSH倍信号クロッ
クφ。のオア出力を転送りロックφ1とし、またRGI
CG信号とφ。のノア出力を転送りロックφ2として、
SH−“H“、RGICG−“I]″の場合には、φl
==”l−1”、φ、=“L”の状態でイメージセンサ
(13)への転送りロックを停止させている。そして、
イメージセンサ(13)はSH,BG、RGI CG、
φ8.φ、の各信号により、第3図(b)に示されるよ
うに、フォトダイオード(FD)、蓄積部(S T)、
転送レジスタ(RG)の不要電荷を排出する。Output B G - "H", RG I CG = "H" to the image sensor (13). Furthermore, SH double signal RG
f The CG multiplied signal is also sent to the transfer lock generation section (30), and the transfer lock generation section (30) uses the SH multiplied signal clock φ. The OR output of is transferred to lock φ1, and RGI
CG signal and φ. Transfer the Noah output of and use it as lock φ2,
In the case of SH-“H”, RGICG-“I]”, φl
The transfer lock to the image sensor (13) is stopped in the state of =="l-1", φ, = "L". and,
The image sensor (13) is SH, BG, RGI CG,
φ8. As shown in FIG. 3(b), the photodiode (FD), the storage section (ST),
Discharge unnecessary charges from the transfer register (RG).
マイクロコンピュータ(14)は続いてNB 、==“
H”、NB、=”H”を出力した後、NB、−“I5”
。The microcomputer (14) then reads NB, ==“
After outputting “H”, NB, = “H”, NB, - “I5”
.
N B t−“■(”を出力する。これを受けて積分時
間制御部(20)はクロックφ。と同期を取り、SH倍
信号よびBG倍信号“L”に戻す(第3図(C)、第4
図(C))。一方、転送りロック発生部(30)ではS
H倍信号“L“に戻ったことにより転送りロックφ1が
動き始め、転送りロックφ、は“L”である。N B t-"■(" is output. In response to this, the integral time control section (20) synchronizes with the clock φ. and returns the SH multiplied signal and BG multiplied signal to "L" (Fig. 3(C) ), 4th
Figure (C)). On the other hand, in the transfer lock generation section (30), S
As the H-times signal returns to "L", the transfer lock φ1 starts to move, and the transfer lock φ is at "L".
このとき転送レジスタ(RG)とオーバーフロードレイ
ン(ODI)のポテンシャル段差が大きくなり、転送レ
ジスタ(RG)の不要電荷の排出が促進され、完全ニオ
−バーフロードレイン(ODl)へ排出される(第3図
(d)、第4図(d))。また、このとき、転送りロッ
クφ、は“L”で停止したままなので、上記転送レジス
タ(RG)に隣接し、転送りロックφ、が印加されてい
る別の転送レジスタ(RG)に上記レジスタ(RG)の
不要電荷が流れ込むことはない。At this time, the potential difference between the transfer register (RG) and the overflow drain (ODI) increases, promoting the discharge of unnecessary charges from the transfer register (RG), and discharging them completely to the overflow drain (ODl) (the third Figure (d), Figure 4 (d)). Also, at this time, since the transfer lock φ remains stopped at "L", another transfer register (RG) adjacent to the above transfer register (RG) to which the transfer lock φ is applied is connected to the above register. No unnecessary charges (RG) will flow.
タイマーか所定時間経過したことを計時した後、マイク
ロコンピュータ(14)は、NB、、NB、を共に“L
”に戻す。積分時間制御部(20)は、これによりφ。After the timer measures that a predetermined time has elapsed, the microcomputer (14) sets both NB and NB to "L".
”.The integral time control section (20) thereby returns to φ.
と同期してRGICG信号を”L”とする。そうすると
、イメージセンサ(13)のRGICG端子に印加され
た電圧が零になり、この積分クリアゲート(RGICG
)は閉じる。それと同時に、転送りロック発生部(30
)ではRG I CG倍信号“L”になったことで、転
送りロックφ、も動き始める(第3図(e)、第4図(
e))。以上で不要電荷排出動作のIサイクルが終了す
る。The RGICG signal is set to "L" in synchronization with. Then, the voltage applied to the RGICG terminal of the image sensor (13) becomes zero, and this integral clear gate (RGICG
) is closed. At the same time, the transfer lock generation unit (30
), the transfer lock φ also starts to move as the RG I CG double signal becomes “L” (Fig. 3(e), Fig. 4(
e)). This completes the I cycle of the unnecessary charge discharge operation.
通常、イメージセンサ(13)のイニシャライズを行う
際は、上記不要電荷排出動作を数サイクル繰り返した後
、イニシャライズモードを終了する。Normally, when initializing the image sensor (13), the above-described unnecessary charge discharge operation is repeated several cycles, and then the initialization mode is ended.
本発明においては、各レジスタ(RG)に積分クリアゲ
ート(RGICG)を接続した構造により、各レジスタ
(RG)の不要電荷の排出をレジスタ(RG)からの転
送により行う必要がなくなるので、1回の不要電荷排出
動作の1サイクルの時間を短縮し、イニシャライズモー
ドに割り当てる時間を短縮することができる。In the present invention, the structure in which an integral clear gate (RGICG) is connected to each register (RG) eliminates the need to discharge unnecessary charge from each register (RG) by transferring it from the register (RG). It is possible to shorten the time for one cycle of the unnecessary charge discharge operation, and to shorten the time allocated to the initialization mode.
次に、第2のモード、積分モードについて説明する。Next, the second mode, the integral mode, will be explained.
マイクロコンピュータ(14)がM D 、、=“L”
。The microcomputer (14) is M D , = “L”
.
M D t ”“H”を出力すると、モード選択回路(
23)はINT信号のみを“H“とじ、積分時間制御部
(20)へ積分モード(I NTモード)であることを
告知する。INTモードはイメージセンサ(13)の積
分開始および高輝度時の積分の終了動作を行う。When outputting “M D t” “H”, the mode selection circuit (
23) sets only the INT signal to "H" and notifies the integration time control section (20) that it is in the integration mode (INT mode). In the INT mode, the image sensor (13) starts integrating and ends the integration during high brightness.
第5図、第6図に沿って動作説明を行う。積分の開始動
作はイニシャライズ時の不要電荷の排出動作と、BG倍
信号除いて全く同じである。BG倍信号NB、=″H”
、NB、=“L”をマイクロコンピュータ(14)が出
力した後、積分時間制御部(20)によりφ。(図では
φ1の立上りの時期である)と同期を取って“H”に立
ち上げられる。これは■NIモードの場合と同一である
。ただし、マイクロコンピュータ(14)がNB、=“
L”、NBt−“■]”を出力した場合、INIモード
ではφ。と同期を取って再びBG倍信号“L”に戻して
いるが、INTモードではBG倍信号“H“のままであ
る。BG倍信号後述する積分終了時に“Loとなる。The operation will be explained along with FIGS. 5 and 6. The integration starting operation is exactly the same as the unnecessary charge discharge operation during initialization, except for the BG multiplication signal. BG double signal NB, = “H”
After the microcomputer (14) outputs . It is raised to "H" in synchronization with the rise of φ1 (in the figure). This is the same as in ■NI mode. However, the microcomputer (14) is NB, =“
When outputting "L", NBt - "■]", in INI mode, the BG double signal is returned to "L" in synchronization with φ., but in INT mode, the BG double signal remains "H". .BG multiplication signal becomes "Lo" at the end of integration, which will be described later.
第5図(C)、第6図(c)の時点で移送ゲート(SH
)のゲート電圧が零になると、移送ゲート(SH)はフ
ォトダイオード(FD)、蓄積部(ST)、オーバーフ
ローゲート(OG)より高いポテンシャルに復帰し、こ
の時点から、フォトダイオード(PD)で発生した電荷
は蓄積部(ST)へ流入し、蓄積部(ST)で蓄積され
始め、イメージセンサ(I3)において積分が開始され
る。At the time of Fig. 5(C) and Fig. 6(c), the transfer gate (SH
) becomes zero, the transfer gate (SH) returns to a higher potential than the photodiode (FD), storage section (ST), and overflow gate (OG), and from this point on, The accumulated charges flow into the storage section (ST) and begin to be accumulated in the storage section (ST), and integration is started at the image sensor (I3).
一方、積分終了の時点は輝度モニタ用フォトダイオード
(9)の出力によりモニタしている。以下、輝度判定回
路(24)の動作を説明し、積分終了動作の説明を行う
。On the other hand, the time point at which the integration ends is monitored by the output of the brightness monitoring photodiode (9). The operation of the brightness determination circuit (24) will be explained below, and the operation of completing the integration will be explained.
積分時間制御部(20)は積分開始時のSH倍信号同一
のタイミングでAGCr(S信号をイメージセンサ(I
3)に出力する。第1図に示されるように、AGCR9
信号は、輝度モニタ用フォトダイオード(9)に接続さ
れたコンデンサ(10−1)に接続されたFET(I
0−3)のゲートと、補償用ダイオード(11)に接続
されたコンデンサ(12−1)に接続されたFET(1
2−3)のゲートに印加される。上記AGCRS信号が
印加されることにより、上記コンデンサ(10−1)、
(12−1)は略電源電圧VDDに充電される。SH倍
信号同一タイミングでAGCR9信号が“L”になると
、電源の供給は断たれ、これ以降は輝度モニタ用フォト
ダイオード(9)は照射される光量に応じた電荷を発生
し、これに接続されたコンデンサ(10−1)は発生し
た電荷に応じてその電位が降下し始める。一方、補償用
ダイオード(11)は、その暗時出力による電荷を発生
し、これに接続されたコンデンサ(11−1)も発生し
た電荷に応じてその電位が降下し始める。各々の電位は
各バッファ(10−2)、(12−2)を介して、第2
図の輝度判定回路(24)の第8図に示したアナログ回
路へ出力される。第8図において、AGCO8信号はオ
ペレーショナルアンブリファイア(以下、オペアンプと
いう。)(43)のプラス入力へ入力され、DO5信号
はオペアンプ(43)のマイナス入力へ入力され、その
差動を取った出力がオペアンプ(43)から出力される
。オペアンプ(43)の出力V43は下式で表わされる
。The integration time control unit (20) transmits the AGCr (S signal) to the image sensor (I) at the same timing as the SH multiplication signal at the start of integration.
3) Output. As shown in FIG.
The signal is transmitted through a FET (I) connected to a capacitor (10-1) connected to a brightness monitoring photodiode (9).
FET (1) connected to the gate of FET (0-3) and capacitor (12-1) connected to compensation diode (11).
2-3) is applied to the gate. By applying the AGCRS signal, the capacitor (10-1)
(12-1) is charged to approximately the power supply voltage VDD. When the AGCR9 signal becomes "L" at the same timing as the SH double signal, the power supply is cut off, and from then on, the brightness monitoring photodiode (9) generates a charge according to the amount of light irradiated and is connected to it. The potential of the capacitor (10-1) begins to drop in accordance with the generated charge. On the other hand, the compensating diode (11) generates a charge due to its dark output, and the potential of the capacitor (11-1) connected thereto also begins to drop in accordance with the generated charge. Each potential is passed through each buffer (10-2) and (12-2) to the second
It is output to the analog circuit shown in FIG. 8 of the brightness determination circuit (24) shown in the figure. In Fig. 8, the AGCO8 signal is input to the positive input of an operational amplifier (hereinafter referred to as an operational amplifier) (43), the DO5 signal is input to the negative input of an operational amplifier (43), and the differential output is It is output from the operational amplifier (43). The output V43 of the operational amplifier (43) is expressed by the following formula.
V43−Vref−(DOS−AGCOS)この出力V
43は輝度判定手段である一つのコンパレータ(45
)のマイナス入力に人力されている。V43-Vref-(DOS-AGCOS) This output V
43 is one comparator (45
) is input manually.
一方、上記コンパレータ(45)のプラス入力には基準
電圧発生回路(RVC)におけるFET(46゜47.
48.49)による抵抗分割により発生した定電圧が供
給されている。積分中はφdのみが“H”となっており
、FET(49)がオンとなり、供給される定電圧はV
4e−(V ref V th)である。コンパレ
ータ(45)の出力はV43<V411のとき“■(”
となる。すなわち、
Vre「−(DOS−AGCOS)<Vref−Vth
DO3−AGCOS>Vth
となったときに“H”となる。On the other hand, the positive input of the comparator (45) is connected to the FET (46°47.
A constant voltage generated by resistance division according to 48.49) is supplied. During integration, only φd is “H”, FET (49) is turned on, and the supplied constant voltage is V.
4e-(V ref V th). The output of the comparator (45) is “■(” when V43<V411
becomes. That is, Vre "-(DOS-AGCOS)<Vref-Vth
It becomes "H" when DO3-AGCOS>Vth.
(DOS−AGCOS)は輝度モニタ用フォトダイオー
ド(9)の光照射により降下した電圧を示している(暗
時出力成分は補償用ダイオード(11)の出力により補
償されている)。積分開始直後は輝度モニタ用フォトダ
イオード(9)への光照射量が不足しており、DOS−
AGCOS夕0であり、コンパレータ(45)の出力(
VFLG)は“L”になっティる。積分中1.:(DO
S−AGCOS)がv thノ電圧より大きくなる時点
で、イメージセンサ(13)に対する積分が適正となり
、コンパレータ(45)の出力(VFLG)は“L”か
ら“H”へと反転する。第6図のタイムチャートに示さ
れるように、積分時間制御部(20)は、コンパレータ
(45)の出力VFLGか反転した時点で、BG倍信号
“し”にする。BG倍信号“L′になると、第5図(e
)に示されるように、バリアゲート(BG)のポテンシ
ャルがフォトダイオード(PD)のポテンシャルより大
きくなり、フォトダイオード(FD)で発生した電荷が
蓄積部(ST)へ流入することを防ぎ、蓄積部(ST)
に蓄積された電荷は、V P ’L G信号が“I]”
、即ちBG倍信号“L“となった時点で保持され、積分
が終了する。積分終了後発生する電荷はフォトダイオー
ド(PD)に蓄積され、その蓄積が進んでも、第5図(
e)に示されるように、バリアゲート(BG)よりポテ
ンシャルの低いオーバーフローゲート(OG)を越え、
オーバーフロードレイン(OD2)へ排出されるため、
蓄積部(ST)へ流入することはない。(DOS-AGCOS) indicates a voltage dropped due to light irradiation from the brightness monitoring photodiode (9) (the dark output component is compensated by the output of the compensation diode (11)). Immediately after the start of integration, the amount of light irradiated to the brightness monitor photodiode (9) is insufficient, and DOS-
AGCOS is 0, and the output of the comparator (45) (
VFLG) becomes “L”. During integration 1. :(D.O.
At the point in time when S-AGCOS) becomes greater than the voltage v th , the integration for the image sensor (13) becomes appropriate, and the output (VFLG) of the comparator (45) is inverted from "L" to "H". As shown in the time chart of FIG. 6, the integral time control section (20) sets the BG multiplied signal to "OFF" when the output VFLG of the comparator (45) is inverted. When the BG double signal becomes “L”, the signal shown in Fig. 5 (e
), the potential of the barrier gate (BG) becomes larger than the potential of the photodiode (PD), which prevents the charge generated in the photodiode (FD) from flowing into the storage section (ST). (ST)
The charge accumulated in V P 'LG signal is "I]"
, that is, when the BG multiplied signal becomes "L", it is held and the integration is completed. The charge generated after the completion of integration is accumulated in the photodiode (PD), and even if the accumulation progresses, as shown in Fig. 5 (
As shown in e), cross the overflow gate (OG), which has a lower potential than the barrier gate (BG),
Because it is discharged to the overflow drain (OD2),
It does not flow into the storage section (ST).
また、積分時間制御部(20)はBG倍信号“L”にす
ると同時に、TINT信号を“L”にし、マイクロコン
ピュータ(14)にADT端子を介してTINT信号の
反転を告知する。以上で積分モードにおける積分開始動
作、および高輝度時の積分終了の動作の説明を終了する
。Further, the integration time control unit (20) sets the BG multiplied signal to "L" and at the same time sets the TINT signal to "L", and notifies the microcomputer (14) of the inversion of the TINT signal via the ADT terminal. This concludes the explanation of the integration start operation in the integration mode and the integration end operation during high brightness.
次に、第3のモード、データ読み出しモード1(DDI
モード)について説明する。Next, the third mode, data read mode 1 (DDI
mode).
マイクロコンピュータ(14)がM D + = ”
H” 。The microcomputer (14) is M D + = ”
H”.
MD、=“H”を出力すると、モード選択回路(23)
はDDI信号のみをH”とし、積分時間制御部(20)
へDDIモードであることを告知する。DDlモードは
低輝度時に積分終了動作を行い、また、イメージセンサ
(13)の各画素データの読み出し開始動作を行うモー
ドである。When MD = “H” is output, the mode selection circuit (23)
sets only the DDI signal to "H", and the integral time control section (20)
to notify that it is in DDI mode. The DDl mode is a mode in which the integration is completed when the luminance is low, and the reading of each pixel data of the image sensor (13) is started.
まず、低輝度時の積分終了動作について第22図のタイ
ムチャートに基づいて説明する。被写体輝度が低い場合
には、輝度判定回路(24)により適正積分時間に達し
たと判定されるまで、長時間を要する場合がある。積分
を長時間行うと、暗時出力が増大し、S/N比の劣化を
招く。また、システム上、極端に長い積分時間は不都合
である。First, the integration termination operation at low luminance will be explained based on the time chart of FIG. 22. When the subject brightness is low, it may take a long time until the brightness determination circuit (24) determines that the appropriate integration time has been reached. If integration is performed for a long time, the dark output increases, leading to deterioration of the S/N ratio. Furthermore, an extremely long integration time is inconvenient from a system perspective.
例えば、カメラの焦点検出装置に用いるときには、焦点
検出サイクルが長くなり、被写体の動きに焦点検出が追
随していけないといった不都合が起こる。このため、予
めマイクロコンピュータ(14)内で許容し得る最長の
積分時間を設定し、この時間を超えてなおADT端子に
出力されるTINT信号が反転していない場合には、M
Dl−“H“2MD、−“H”を出力し、DDIモード
へ移行し、DD1モードにて積分の終了動作を行う。積
分時間制御部(20)はDDIモードにて、NBI−“
H”。For example, when used in a focus detection device for a camera, the focus detection cycle becomes long, causing problems such as the focus detection not being able to follow the movement of the subject. Therefore, the longest integration time allowable within the microcomputer (14) is set in advance, and if the TINT signal output to the ADT terminal has not been inverted even after this time, the M
It outputs Dl-“H”2MD,-“H”, shifts to the DDI mode, and performs the operation of terminating the integration in the DD1 mode. In the DDI mode, the integral time control section (20)
H”.
NBt−“L”の信号をマイクロコンピュータ(14)
から受けると、直ちにBG倍信号“L”とする。これに
より先の場合と同様に、第1図に示すバリアゲート(B
G)のポテンシャルがフォトダイオード(PD)より高
くなり、フォトダイオード(P、D)で発生する電荷の
蓄積部(ST)への流入が停止し、積分が終了する(第
22図)。NBt-“L” signal to microcomputer (14)
When the signal is received from the BG signal, the BG multiplied signal is immediately set to "L". As a result, as in the previous case, the barrier gate (B
The potential of G) becomes higher than that of the photodiode (PD), the charge generated in the photodiode (P, D) stops flowing into the storage section (ST), and the integration ends (FIG. 22).
次に、イメージセンサ(13)の各画素データ読み出し
開始動作について説明する。低輝度時、高輝度時にかか
わらず、DD+モードにてマイクロコンピュータ(14
)がNB、=“H”、NB、=’L′を出力すると、積
分時間制御部(20)は転送りロックφ。に同期し、転
送りロックφ。が“I]”のタイミングでS H信号パ
ルスを発生する(第6図または第22図)。これにより
、第5図(f)、(g)に示されるように、イメージセ
ンサ(13)のSHゲートにパルス電圧が印加され、各
蓄積部(ST)に蓄積された各画素の信号電荷が転送レ
ジスタ(RG)へ移送される。その後は転送りロックφ
、φ2により、各画素の信号電荷は転送され、読み出さ
れる。各蓄積部(ST)に蓄積された信号電荷の転送レ
ジスタ(RG)への移送は、マイクロコンピュータ(1
4)がDDIモードにてN B l=“H”、NB、=
“L”を出力したときに行なわれるが、このとき、転送
レジスタ(RG)が積分開始後の非定常状態から復帰し
、定常状態となっていることが必要である。Next, the operation to start reading out each pixel data of the image sensor (13) will be explained. Regardless of whether the brightness is low or high, the microcomputer (14
) outputs NB, = "H", NB, = 'L', the integral time control unit (20) locks the transfer φ. Synchronize and transfer lock φ. generates an S H signal pulse at the timing of "I" (FIG. 6 or FIG. 22). As a result, as shown in FIGS. 5(f) and (g), a pulse voltage is applied to the SH gate of the image sensor (13), and the signal charges of each pixel accumulated in each accumulation section (ST) are Transferred to transfer register (RG). After that, transfer lock φ
, φ2, the signal charge of each pixel is transferred and read out. Transfer of the signal charges accumulated in each accumulation section (ST) to the transfer register (RG) is carried out by a microcomputer (1
4) is in DDI mode, N B l = “H”, NB, =
This is performed when "L" is output, but at this time, it is necessary that the transfer register (RG) returns from the unsteady state after the start of integration and is in a steady state.
定常状態では各転送レジスタ(RG)に暗電荷が第23
図に示されるように蓄積されている。この暗電荷は、各
転送レジスタ(RG)のポテンシャル井戸で発生する暗
電荷と順次転送される前段レジスタの暗電荷の和となっ
ている。積分の開始時に、積分クリアゲート(RG I
CG)のゲート端子に電圧を印加し、転送レジスタ(
RG)とオーバーフロードレイン(ODI)間の積分ク
リアゲート(RGICG)がオンとなり、転送レジスタ
(RG)の暗電荷が全てクリアされている。積分クリア
ゲート(RGICG)がオフとなった後、転送りロック
φ1が1周期経過するたびに第23図の左側から転送レ
ジスタ(RG)の暗電荷が定常状態となっていく。In a steady state, each transfer register (RG) has a dark charge of 23
It is accumulated as shown in the figure. This dark charge is the sum of the dark charge generated in the potential well of each transfer register (RG) and the dark charge of the previous stage register that is sequentially transferred. At the start of integration, the integral clear gate (RG I
Apply a voltage to the gate terminal of the transfer register (CG) and transfer the voltage to the gate terminal of the transfer register (CG).
The integral clear gate (RGICG) between the transfer register (RG) and the overflow drain (ODI) is turned on, and all dark charges in the transfer register (RG) are cleared. After the integral clear gate (RGICG) is turned off, the dark charge in the transfer register (RG) reaches a steady state from the left side of FIG. 23 every time one cycle of the transfer lock φ1 passes.
全ての転送レジスタ(RG)が定常状態に復帰する迄に
は画素数(N)X転送りロック1周期(T)の時間がか
かる。It takes the number of pixels (N) x one transfer lock period (T) for all transfer registers (RG) to return to a steady state.
非定常状態でSHパルスを発生した場合、出力として取
り出される電荷中の転送レジスタ(RG)の暗電荷成分
は画素によって非定常状態のものもあるため、正しい信
号が取り出させない。このため、SHパルスを発生する
のは少なくともRGICG信号が“H“から“L”にな
った後、さらに画素数X転送りロック1周期(NXT)
経過してからでなければならない。When an SH pulse is generated in an unsteady state, the dark charge component of the transfer register (RG) in the charge taken out as an output may be in an unsteady state depending on the pixel, so that a correct signal cannot be taken out. Therefore, the SH pulse is generated at least after the RGICG signal changes from "H" to "L", and then one lock cycle (NXT) after the number of pixels is transferred.
It has to be after some time has passed.
高輝度時には1周期(NXT)以内に積分が完了するこ
とが少なくないが、バリアゲート(BG)を閉じること
で積分は終了されるため、1周期(NXT)経過後進、
SHパルスの発生を待たせることが可能である。At high brightness, the integration is often completed within one period (NXT), but since the integration is terminated by closing the barrier gate (BG), when one period (NXT) elapses, the integration is completed.
It is possible to make the generation of the SH pulse wait.
次に、読み出された画素出力の処理に関し、第11図、
第12図に沿って以下に説明する。Next, regarding the processing of the read pixel output, FIG.
This will be explained below with reference to FIG.
イメージセンサ(13)の各画素の信号電荷は、φ1=
“L”、φ、=“H”のタイミングで、第1図に示すコ
ンデンサ(8−,1)に転送される。信号処理タイミン
グ発生部(21)では、この信号電荷の転送に先立ち、
第12図に示されるように、φ1−“H“、φ、=“L
”のタイミングで03RS信号パルスを発し、第1図に
示すFET(8−3)のゲートにこのパルスを印加して
、コンデンサ(8−1)を略電源電圧に充電してリセッ
トする。φ1=“L”。The signal charge of each pixel of the image sensor (13) is φ1=
At the timing of "L", φ, = "H", it is transferred to the capacitor (8-, 1) shown in FIG. In the signal processing timing generation section (21), prior to transferring this signal charge,
As shown in FIG. 12, φ1−“H”, φ,=“L
The 03RS signal pulse is generated at the timing of ", and this pulse is applied to the gate of the FET (8-3) shown in FIG. 1 to charge the capacitor (8-1) to approximately the power supply voltage and reset it. φ1= "L"
φ2−“■]”となった時点で信号電荷の転送が行われ
ると、このコンデンサ(8−1)の電圧は、信号電荷に
より低下し、イメージセンサ(13)の出力O8は第1
2図に示されるように出力される。AGC差動増幅回路
(25)では、信号処理タイミング発生部(21)より
送られるRSS/HSS/上り、リセット時の電圧レベ
ルを第2図のFET(52)、コンデンサ(53)、バ
ッファ(51)からなるサンプルホールド回路により、
記憶し、オペアンプ(54)のプラス入力へ入力する。When the signal charge is transferred at the time when φ2 - "■]", the voltage of this capacitor (8-1) decreases due to the signal charge, and the output O8 of the image sensor (13) becomes the first
The output is as shown in Figure 2. The AGC differential amplifier circuit (25) uses the RSS/HSS/up and reset voltage levels sent from the signal processing timing generator (21) to the FET (52), capacitor (53), and buffer (51) shown in FIG. ), the sample and hold circuit consists of
It is stored and input to the plus input of the operational amplifier (54).
一方、O8信号はバッファ(50)を介してオペアンプ
(54)のマイナス入力に入力されており、FET(5
5゜56.57.58)のゲートに人力されるGl、G
2信号により定められるゲイン(第2図参照)で差動増
幅された出力がオペアンプ(54)からV os’とし
て出力される(第12図参照)。On the other hand, the O8 signal is input to the negative input of the operational amplifier (54) via the buffer (50), and is input to the negative input of the operational amplifier (54).
5゜56.57.58) Gl, G manually operated at the gate
The output differentially amplified with a gain determined by the two signals (see FIG. 2) is output from the operational amplifier (54) as V os' (see FIG. 12).
次に、積分レベルの判定について説明する。Next, the determination of the integral level will be explained.
低輝度時に強制的に積分を終了させた場合、イメージセ
ンサ(13)の画素出力のレベルは当然適正時に比べ低
下してしまう。そこで、この場合、前述の輝度判定回路
(24)を用いて積分のレベルの検知を行って、その結
果に応じてイメージセンサ(13)の出力にゲインをか
け、常に適正なレベルの出力が得られるようにしている
。If the integration is forcibly terminated when the brightness is low, the level of the pixel output of the image sensor (13) will naturally be lower than when it is appropriate. Therefore, in this case, the above-mentioned brightness determination circuit (24) is used to detect the level of integration, and a gain is applied to the output of the image sensor (13) according to the result, so that an output at an appropriate level is always obtained. I'm trying to be able to do that.
以下、第8図の輝度判定アナログ回路、第9図のパルス
タイミングチャート、第10図の輝度判定ロジック回路
および第24図の真理表に沿って説明する。なお、この
輝度判定アナログ回路と輝度判定ロジック回路とで、上
記輝度判定回路(23)が構成される。第8図に示すよ
うに、オペアンプ(43)からは人魚する光量に応じた
出力V 43−Vref−(DOS−AGCOS)が出
力され、輝度判定手段である一つのコンパレータ(45
)のマイナス入力に入力されている。積分時間判定時に
は第9図に示されるようにφdが印加されており、基準
電圧発生回路(RVC)のFET(49)がオンとなり
、コンパレータ(45)のプラス入力には(Vref−
V th)が入力されている。いま、SHCパルス発生
すると、第10図のラッチ1(73)、ラッチ2(74
)、ラッチ3(75)の全てがリセットされる。The following will explain the brightness determination analog circuit of FIG. 8, the pulse timing chart of FIG. 9, the brightness determination logic circuit of FIG. 10, and the truth table of FIG. 24. Note that the brightness determination circuit (23) is constituted by this brightness determination analog circuit and the brightness determination logic circuit. As shown in FIG. 8, the operational amplifier (43) outputs an output V43-Vref- (DOS-AGCOS) corresponding to the amount of light that the mermaid produces, and one comparator (45
) is input to the negative input. When determining the integration time, φd is applied as shown in FIG.
Vth) is input. Now, when the SHC pulse is generated, latch 1 (73) and latch 2 (74) in Figure 10 are activated.
), latch 3 (75) are all reset.
その後、第9図に示すように、φCパルスが発生すると
、第8図のFET(4B)がオンとなり、コンパレータ
(45)のプラス人力には(V ref −V th/
2)が入力される。ここで、もし
くDOS−AGCOS)>Vth/2
であれば、コンパレータ(45)の出力VFLGは“H
”となり、第10図に示すアンド(AND)ゲート(7
0)の出力が“H“となり、ラッチ1(73)がセット
される。その後、第9図で示されるように、φbパルス
が発生すると第8図のFET(47)がオンとなり、コ
ンパレータ(45)のプラス入力には(V rer −
V th/ 4 )が入力される。ここで、もしくDO
S−AGCOS)>Vth/4
であれば、コンパレータ(45)の出力VFLGは“H
”となり、第10図において、ANDゲート(71)の
出力が“I(”となり、ラッチ2(74)がセットされ
る。さらに、その後、第9図に示すように、φaパルス
が発生すると、第8図のFET(46)がオンとなり、
コンパレータ(45)のプラス入力には(V rer
−V th/ 8 )が人力される。ここで、(DOS
−AGCOS)>Vth/8
であれば、コンパレータ(45)の出力VFLGは“H
”となり、第1O図に示すANDゲート(72)の出力
が“H”となり、ラッチ3(75)がセットされる。以
上の各場合について、第24図の真理表の通りにGl、
G3信号が発生する。この信号に基づき、ゲインは次の
表のように選択され、それぞれ略適正レベルのVosが
得られる。After that, as shown in FIG. 9, when the φC pulse is generated, the FET (4B) in FIG.
2) is input. Here, if DOS-AGCOS)>Vth/2, the output VFLG of the comparator (45) is “H”.
”, and the AND gate (7
0) becomes "H", and latch 1 (73) is set. After that, as shown in FIG. 9, when the φb pulse is generated, the FET (47) in FIG. 8 is turned on, and the positive input of the comparator (45) is
Vth/4) is input. Here, if DO
S-AGCOS)>Vth/4, the output VFLG of the comparator (45) is “H”.
”, and in FIG. 10, the output of the AND gate (71) becomes “I(”, and the latch 2 (74) is set.Furthermore, as shown in FIG. 9, when the φa pulse is generated, FET (46) in Figure 8 turns on,
The positive input of the comparator (45) has (V er
-V th/8) is manually applied. Here, (DOS
-AGCOS)>Vth/8, the output VFLG of the comparator (45) is “H”.
”, the output of the AND gate (72) shown in FIG.
G3 signal is generated. Based on this signal, the gains are selected as shown in the table below, and a substantially appropriate level of Vos is obtained for each gain.
このように、FET(49,48,47,46)を逐次
オンにすることによって、基準電圧発生回路(RVC)
が複数の基準電圧を発生するので、一つのコンパレータ
(45)で複数段に輝度を判定でき、イメージセンサ(
13)と同一チップ上に形成されるコンパレータの数を
削減できる。In this way, by sequentially turning on the FETs (49, 48, 47, 46), the reference voltage generation circuit (RVC)
generates multiple reference voltages, one comparator (45) can judge the brightness at multiple stages, and the image sensor (
13) The number of comparators formed on the same chip can be reduced.
第8図に示すFET(44)はINTモードおよびDD
+モードの時のみ抵抗分割回路すなわち基準電圧発生回
路(RVC)に電源を供給するためのスイッチである。The FET (44) shown in Figure 8 is in INT mode and DD mode.
This is a switch for supplying power to the resistance divider circuit, that is, the reference voltage generation circuit (RVC) only in the + mode.
このFET(44)によって、基準電圧発生回路(RV
C)は輝度判定が必要なときのみに通電され、消費電流
が低減される。この電流消費の節減効果は、高輝度には
積分時間が読み出し時間に比して短くなるため大きくな
る。This FET (44) allows the reference voltage generation circuit (RV
C) is energized only when brightness determination is necessary, reducing current consumption. This saving effect on current consumption becomes greater at high brightness because the integration time becomes shorter than the readout time.
第11図に示すように、信号Vos’はFET(60)
、コンデンサ(62)、バッファ(64)からなるサン
プルホールド回路によりホールドされ、オペアンプ2(
65)のマイナス入力に入力される。この信号Vos’
のホールディングは信号処理タイミング発生部(21)
からφ、−“し”、φ2=“H”の信号電荷転送時のタ
イミングで発生ずるOSS/Hパルス信号によって行な
われる。また、信号Vos’はFET(59)、コンデ
ンサ(61)、バッファ(63)からなるサンプルホー
ルド回路にも入力される。このサンプルホールド回路で
は第1図で示したAQ遮光を施した黒基準画素出力のサ
ンプルホールドを行う。サンプルホールドのタイミング
を与えるパルスは第12図に示すOBS/H信号であり
、これは以下に示すシーケンスで発生させる。As shown in FIG. 11, the signal Vos' is connected to the FET (60)
, a capacitor (62), and a buffer (64).
65) is input to the negative input. This signal Vos'
Holding is the signal processing timing generation section (21)
This is performed by the OSS/H pulse signal generated at the timing of signal charge transfer from φ to −“H” and φ2=“H”. The signal Vos' is also input to a sample and hold circuit consisting of an FET (59), a capacitor (61), and a buffer (63). This sample and hold circuit samples and holds the output of the black reference pixel subjected to the AQ light shielding shown in FIG. The pulse that provides sample and hold timing is the OBS/H signal shown in FIG. 12, which is generated in the sequence shown below.
第2.12図に示すように、INTモードからDDIモ
ードに移行した後、ADT信号には、A/D変換開始の
タイミングを与えるADS信号が現われる。マイクロコ
ンピュータ(14)はこの信号をモニタしながら、黒基
準画素出力のサンプルホールドのタイミングを計ってい
る。マイクロコンピュータ(14)は黒基準画素の出力
中に、NB。As shown in FIG. 2.12, after shifting from the INT mode to the DDI mode, the ADS signal that provides the timing to start A/D conversion appears in the ADT signal. The microcomputer (14) measures the timing of sampling and holding the black reference pixel output while monitoring this signal. The microcomputer (14) outputs NB while outputting the black reference pixel.
−“I]”、NB、−“ト■”を出力し、信号処理タイ
ミング発生部(21)は、これによってOBS/H信号
を“H″とする。引き続き、マイクロコンピュータ(1
4)は次のADS信号が立ち上がる迄にNB。-"I]", NB, -"g" are output, and the signal processing timing generating section (21) thereby sets the OBS/H signal to "H". Next, the microcomputer (1
4) is NB until the next ADS signal rises.
=“L”、NBy−“H”を出力し、信号処理タイミン
グ発生部(21)はこれによってOBS/H信号を“L
”とする。以上によって第1f図に示すFET(59)
、コンデンサ(61)、バッファ(63)からなるサン
プルホールド回路は入力される黒基準画素出力をホール
ドし、これをオペアンプ2(65)のマイナス入力へ入
力する。黒基準画素のサンプルホールド後は、オペアン
プ2(65)の出力はホールドされた黒基準画素出力に
対応する分を減算され、FET(66)〜(68)のゲ
ートに接続されたG’3.G4信号によって定められる
ゲイン(第11区別表)で増幅され、信号Vosとして
出力される(第12図)。= “L”, NBy-“H”, and the signal processing timing generation unit (21) thereby outputs the OBS/H signal “L”.
”.As a result of the above, the FET (59) shown in FIG.
, a capacitor (61), and a buffer (63) holds the input black reference pixel output and inputs it to the negative input of operational amplifier 2 (65). After sampling and holding the black reference pixel, the output of operational amplifier 2 (65) is subtracted by an amount corresponding to the held black reference pixel output, and G'3. It is amplified by the gain determined by the G4 signal (distinction table 11) and output as a signal Vos (FIG. 12).
以上の如く、イメージセンサ(13)の出力信号O8は
AGC差動増幅回路(25)およびOB減算AGC差動
増幅回路(26)において2重サンプリングされ、その
信号レベルからリセットレベルが減算され、リセットノ
イズの影響のない信号が取り出されて、さらに、リセッ
トノイズの影響のない信号から黒基準レベルが減算され
て、各画素の出力から暗時出力が除去された出力Vos
が得られる。さらに、この出力Vosは、イメージセン
サ(13)の出力O8に対して、AGC差動増幅回路(
25)およびOB減算AGC差動増幅回路(26)にお
いて各画素出力の平均レベルに応じて、後述するように
、×8〜×64のゲインをかけて作成されている。この
ように、2つの増幅回路(25,26)で2段で増幅す
るので1つの増幅回路で増幅する場合に比してオペアン
プ(54,64)に接続する抵抗の値の範囲は小さくて
よく、抵抗の占める面積が小さくなる。As described above, the output signal O8 of the image sensor (13) is double sampled in the AGC differential amplifier circuit (25) and the OB subtraction AGC differential amplifier circuit (26), the reset level is subtracted from the signal level, and the reset level is subtracted from the signal level. A signal without the influence of noise is extracted, and the black reference level is further subtracted from the signal without the influence of reset noise, resulting in an output Vos in which the dark output is removed from the output of each pixel.
is obtained. Furthermore, this output Vos is applied to the AGC differential amplifier circuit (
25) and the OB subtraction AGC differential amplifier circuit (26), a gain of x8 to x64 is applied, as described later, according to the average level of each pixel output. In this way, since the two amplifier circuits (25, 26) perform two-stage amplification, the range of resistance values connected to the operational amplifier (54, 64) can be smaller than when amplifying with one amplifier circuit. , the area occupied by the resistor becomes smaller.
次に、第11図に示すAGC差動増幅回路(25)のオ
ペアンプ(54)のゲインとOB減算AGC差動増幅回
路(26)のオペアンプ(65)のゲインについて述べ
る。ここではイメージセンサ(13)の出力O8に対し
て、x8.X16.X32、X64のゲインを切り換え
ろため、オペアンプ1(54)で2段階、オペアンプ2
(65)で2段階のゲイン切り換えを行うようにしてい
る。この場合、オペアンプ(54)、(65)には常に
オフセットの問題がある。2段階でゲインをかける場合
、初段のゲインをGNI、後段のゲインをGN2とし、
各オペアンプのオフセットを△V1人力をvi1出力を
Voとすれば、出力は下式で表わされる。Next, the gain of the operational amplifier (54) of the AGC differential amplifier circuit (25) and the gain of the operational amplifier (65) of the OB subtraction AGC differential amplifier circuit (26) shown in FIG. 11 will be described. Here, for the output O8 of the image sensor (13), x8. X16. To switch the gains of X32 and
(65) performs two-stage gain switching. In this case, the operational amplifiers (54) and (65) always have an offset problem. When applying gain in two stages, the first stage gain is GNI, the second stage gain is GN2,
If the offset of each operational amplifier is ΔV1, the manual power is vi1, and the output is Vo, then the output is expressed by the following formula.
V o−((Vi + △V) X GNI+△V)X
GN2−Vi X GNI X GN2+△V −(G
NI X GN2 + GN2)−(Vi + △V)
X GNL X GN2+△VxGN22段のオペア
ンプのトータルのゲインGNIXGN2が変わらない場
合には、上式の第2項(△VXGN2)でGN2による
オフセットが現われる。V o-((Vi + △V) X GNI+△V)X
GN2-Vi X GNI X GN2+△V -(G
NI X GN2 + GN2) - (Vi + △V)
X GNL
すなわち、GN2を小さくした方がトータルのオフセッ
トが小さくなる。That is, the smaller GN2 is, the smaller the total offset will be.
したがって、初段のゲインGNIを後段のゲインGN2
よりも高く選ぶことによってオフセットは抑えられるが
、この手段によっても、オフセットは残る。このため、
後段のオペアンプ2(65)は、第11図に示すように
、参照電圧Vrefからバイアス手段であるダイオード
(99)1個分電位降下した電圧を基準としてレベルシ
フトするため、常にA l/ D変換可能なように、オ
フセットが参照電圧V refより低電圧側に出るよう
にしている。Therefore, the first stage gain GNI is the second stage gain GN2.
The offset can be suppressed by choosing higher than , but even with this measure the offset remains. For this reason,
As shown in FIG. 11, the subsequent operational amplifier 2 (65) performs a level shift based on a voltage that is lower than the reference voltage Vref by one diode (99) serving as a bias means, so it always performs A l/D conversion. The offset is made to appear on the lower voltage side than the reference voltage V ref as much as possible.
OB減算AGC差動増幅回路(26)には、黒基準画素
を表す信号のサンプルホールド後、有効画素を表す信号
の出力に先立ち、Ai2遮光を施した第2の黒基準画素
を表す信号を出力している。この第2の黒基準画素を表
ず出力からは、先にホールドされた黒基準画素が減算さ
れるため、オペアンプのオフセットがなければ参照電圧
V rerと一致した出力が得られる。しかし、オペア
ンプ2(65)の出力は常に参照電圧V refより低
電圧側にオフセットVorfsetが生ずるために、出
力は(V ref−Vorfset)となる。これをA
/D変換すると、Vofrsetに相当する信号がディ
ジタルデータとして得られる。以降有効画素の出力はこ
のVofrset分をマイクロコンピュータ(14)の
演算によって減算されるので、マイクロコンピュータ(
14)に入力されるデータは実質的にはオフセット成分
を除去したデータと同じことになる。After sampling and holding the signal representing the black reference pixel, the OB subtraction AGC differential amplifier circuit (26) outputs a signal representing the second black reference pixel subjected to Ai2 light shielding before outputting the signal representing the effective pixel. are doing. Since the previously held black reference pixel is subtracted from the output without representing this second black reference pixel, an output that matches the reference voltage V rer is obtained if there is no offset of the operational amplifier. However, since the output of the operational amplifier 2 (65) always has an offset Vorfset on the lower voltage side than the reference voltage V ref, the output becomes (V ref - Vorfset). This is A
When /D conversion is performed, a signal corresponding to Vofrset is obtained as digital data. Thereafter, the output of the effective pixel is subtracted by this Vofrset by the calculation of the microcomputer (14).
The data input to step 14) is substantially the same as the data with the offset component removed.
次に、DD2モードについて説明を行う。Next, the DD2 mode will be explained.
DD2モードにおいては、イメージセンサ(I3)に対
して能動的な動作を行わせることはない。In the DD2 mode, the image sensor (I3) is not caused to perform any active operation.
このため、I10バッファ(22)に接続されたNBl
、NB2の信号の人出力を切り換え、NB、にGl信号
、NB、にG3信号を出力し、マイクロコンピュータ(
I4)にイメージセンサ(13)の出 ′力のゲイン情
報を告知している。このI10切り換えはDD2信号で
行われる。For this reason, the NBl connected to the I10 buffer (22)
, switches the human output of the NB2 signal, outputs the Gl signal to NB, the G3 signal to NB, and the microcomputer (
I4) is notified of the gain information of the output of the image sensor (13). This I10 switching is performed by the DD2 signal.
DD2モードにおいてのみ、Voutとして出力される
信号はイメージセンサ(13)の出力Vosである。Only in the DD2 mode, the signal output as Vout is the output Vos of the image sensor (13).
このシステム上使用する画素はイメージセンサ(13)
の2つの分離した領域において検出される画素であり、
2つの領域の間にはフォトダイオード(PD)を設けて
いない。これらの画素の出力をVoutとしてA/D変
換部(15)へ出力する際には後述する問題点があるた
め、DD2モードとDDIモードの切り換えによって、
有効画素の出力時のみ、VoutとしてVosを出力し
ている。AGC差動増幅回路(25)の出力V os’
は有効画素の出力時には、光信号に対応する出力成分V
os’ (s ig)と暗時出力成分V os’ (
dark)の和として表わされる(V os’ = V
os’ (sig) + V os’ (dark)
)。OB減算AGC差動増幅回路(26)にてV os
’ (dark)に相当する成分の減算を行い、
Vos= V rer−G N 2 X (Vos’
−Vos’ (dark))としてA/D変換部(15
)に出力している。The pixels used in this system are image sensors (13)
are pixels detected in two separate regions of
No photodiode (PD) is provided between the two regions. When outputting the output of these pixels to the A/D converter (15) as Vout, there is a problem that will be described later, so by switching between DD2 mode and DDI mode,
Vos is output as Vout only when valid pixels are output. Output V os' of the AGC differential amplifier circuit (25)
is the output component V corresponding to the optical signal when outputting from an effective pixel.
os' (s ig) and the dark output component V os' (
(V os' = V
os' (sig) + V os' (dark)
). V os in the OB subtraction AGC differential amplifier circuit (26)
' (dark) is subtracted, and Vos= V er - G N 2 X (Vos'
-Vos' (dark)) as the A/D converter (15
).
このとき、フォトダイオード(PD)を除去した画素の
出力は光信号に対応する出力も暗時出力成分もないため
、Vos’=Oとなる。ここでOB減算AGC差動増幅
(26)にてV os’ (dark)の減算を行うと
、
Vos=Vrer−GN2 x(0−Vos’ (da
rk))>Vrefとなり、A/D変換可能な参照電圧
Vrefより低電圧側とは逆に、Vosが参照電圧V
refより高電圧となってしまい、A/D変換のダイナ
ミックレンジを越え、A/D変換部(15)の破壊を招
くおそれがある。このために、有効画素の出力以外では
、アナログスイッチ(28)、(29)を切り替えて、
常にA/D変換可能な温度検出出力VTMPを出力して
いる。このように、有効画素の出力時のみDD2−“I
]”としてVosの出力を行い、無効画素の出力時はD
D2−“L”としてVTMPの出力を行なうことによっ
て、常にA/D変換のダイナミックレンジ内でA/D変
換を行うようにしている。At this time, since the output of the pixel from which the photodiode (PD) has been removed has neither an output corresponding to an optical signal nor a dark output component, Vos'=O. Here, when Vos' (dark) is subtracted by the OB subtraction AGC differential amplification (26), Vos=Vrer-GN2 x (0-Vos' (da
rk))>Vref, and Vos is on the lower voltage side than the A/D convertible reference voltage Vref.
The voltage becomes higher than ref, which may exceed the dynamic range of A/D conversion and cause damage to the A/D conversion section (15). For this purpose, except for the output of effective pixels, the analog switches (28) and (29) are switched.
It always outputs a temperature detection output VTMP that can be converted into an A/D converter. In this way, only when outputting effective pixels, DD2-“I
]” is output as Vos, and D when outputting an invalid pixel.
By outputting VTMP as D2-“L”, A/D conversion is always performed within the dynamic range of A/D conversion.
以上でDD2モードの説明を終了し、第1実施例の説明
を終了する。This concludes the explanation of the DD2 mode and the explanation of the first embodiment.
次に、上記第1実施例における暗時出力成分の除去手段
を変形した第2の実施例について説明する。ここでは、
第1の実施例と異なる点のみについて、第14図のブロ
ック図、第15図のAGC差動増幅回路の回路図で説明
する。Next, a second embodiment will be described in which the means for removing the dark output component in the first embodiment is modified. here,
Only the differences from the first embodiment will be explained with reference to the block diagram in FIG. 14 and the circuit diagram of the AGC differential amplifier circuit in FIG. 15.
まず、第2の実施例を示す第14図のブロック図と第1
の実施例を示す第2図のブロック図の相違によって示さ
れるように、第2の実施例はアナログ参照電圧V re
f’がAGC差動増幅回路(125)から出力されてい
る点で第1の実施例と相違する。また、第14図では第
1の実施例におけるoBirJt算AGC差動増幅回路
が除去されている。First, the block diagram of FIG. 14 showing the second embodiment and the block diagram of FIG.
As shown by the differences in the block diagram of FIG. 2 illustrating an embodiment of the analog reference voltage V re
This embodiment differs from the first embodiment in that f' is output from the AGC differential amplifier circuit (125). Furthermore, in FIG. 14, the oBirJt calculation AGC differential amplifier circuit in the first embodiment is removed.
第15図にて第2の実施例の動作を説明する。第1の実
施例と同様に、有効画素の出力に先立ち、イメージセン
サ(I3)は黒基準画素の出力を出力する。ここで、A
GC差動増幅回路(125)中のFET(+ 59)、
コンデンサ(161)およびバッファ(163)からな
るサンプルホールド回路ではOBS/Hパルスによって
黒基準画素の出力をサンプルホールドする。第1の実施
例では、ホールドされた出力をオペアンプ2(65)の
マイナス入力に接続し、オペアンプ2(65)で減算を
行っていたが、第2の実施例では、ホールドされた出力
をV ref’として出力している。このV ref″
はA/Dコンバータ(I 15)にアナログ参照電圧と
して供給され、A/D変換部(115)では、この電圧
を語学として、入力された電圧をA/D変換する。The operation of the second embodiment will be explained with reference to FIG. As in the first embodiment, the image sensor (I3) outputs the output of the black reference pixel before outputting the effective pixel. Here, A
FET (+59) in the GC differential amplifier circuit (125),
A sample and hold circuit consisting of a capacitor (161) and a buffer (163) samples and holds the output of the black reference pixel using the OBS/H pulse. In the first embodiment, the held output was connected to the negative input of the operational amplifier 2 (65), and subtraction was performed by the operational amplifier 2 (65), but in the second embodiment, the held output was connected to the negative input of the operational amplifier 2 (65). It is output as ref'. This V ref″
is supplied to the A/D converter (I 15) as an analog reference voltage, and the A/D converter (115) uses this voltage as a language to A/D convert the input voltage.
すなわち、人力Voutと参照電圧Vref”の差動を
取ってディジタル値に変換するため、A/D変換部(l
l 5)内で黒基準画素出力の減算を行うことと等価
となる。That is, in order to take the difference between the human power Vout and the reference voltage Vref and convert it into a digital value, an A/D converter (l
This is equivalent to subtracting the black reference pixel output in l5).
また、PET(160)、コンデンサ(162)および
バッファ(164)からなるサンプルホールド回路によ
ってサンプルホールドされる黒基準画素の出力も各有効
画素の出力もオペアンプ2(165)の出力となってお
り、これらの差動をA/D変換部(115)内で取るた
め、オペアンプ2(165)のオフセットは完全に除去
される。よって第2の実施例においてはイメージセンサ
(13)の暗時出力の除去と同時にオペアンプ2(+6
5)のオフセットの除去が行われる。In addition, the output of the black reference pixel sampled and held by the sample and hold circuit consisting of PET (160), capacitor (162), and buffer (164) and the output of each effective pixel are the outputs of operational amplifier 2 (165). Since these differentials are taken within the A/D converter (115), the offset of operational amplifier 2 (165) is completely removed. Therefore, in the second embodiment, the dark output of the image sensor (13) is removed and the operational amplifier 2 (+6
5) Offset removal is performed.
次に、第3の実施例について、第16.17.18図を
参照しながら説明する。この第3の実施例は暗時出力除
去手段が第1.2の実施例と異なる。Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS. 16, 17, and 18. This third embodiment differs from the first and second embodiments in the dark output removal means.
まず、第3の実施例のブロック図(第16図)と、第1
の実施例のブロック図(第2図)との違いについて述べ
る。First, let us look at the block diagram of the third embodiment (Fig. 16) and the block diagram of the first embodiment.
Differences from the block diagram of the embodiment (FIG. 2) will be described.
第3の実施例では、黒基準画素のサンプルホールドパル
スOBS/HはA/D変換部(215)に人力されてお
り、OB減算A(、C差動増幅回路は除去されている。In the third embodiment, the sample and hold pulse OBS/H for the black reference pixel is manually input to the A/D converter (215), and the OB subtraction A(, C) differential amplifier circuit is removed.
この第3の実施例では、黒基準画素の減算はA/D変換
部(215)内で行われる。In this third embodiment, subtraction of the black reference pixel is performed within the A/D converter (215).
第18図はA/D変換部(215)を示し、このA/D
変換部(215)はA/D変換回路(206)とそれと
同一チップ上に設けられた内部回路を有する。第18図
でVinとして入力されるイメージセンサの出力は黒基
準画素とこれに続く有効画素の出力からなる。黒基準画
素の出力はOB S / I−1パルスにて、FET(
201)、コンデンサ(202)およびバッファ(20
3)からなるサンプルホールド回路によってサンプルホ
ールドされる。そして以降入力される有効画素出力はオ
ペアンプ(205)により、サンプルホールドされた黒
基準画素出力分を減算された後、A/D変換回路(20
6)へ入力される。FIG. 18 shows the A/D converter (215), and this A/D converter (215)
The conversion section (215) includes an A/D conversion circuit (206) and an internal circuit provided on the same chip. The output of the image sensor inputted as Vin in FIG. 18 consists of the output of the black reference pixel and the subsequent effective pixels. The output of the black reference pixel is output from the FET (
201), capacitor (202) and buffer (20
3) is sampled and held by a sample and hold circuit consisting of the following. Then, the effective pixel output that is input thereafter is subtracted by the sampled and held black reference pixel output by the operational amplifier (205), and then the A/D conversion circuit (205) subtracts the sampled and held black reference pixel output.
6).
第17図はAGC差動増幅回路(225)を示す。FIG. 17 shows an AGC differential amplifier circuit (225).
第1の実施例では黒基準画素の出力に対するサンプルホ
ールド回路があったが、第3の実施例では、これは除去
されている。また、第2の実施例と同様に、黒基準画素
出力も荷動画素出力ら同一のオペアンプ(165)から
出力されるため、このオペアンプ(165)のオフセッ
トは完全にキャンセルされる。In the first embodiment, there was a sample and hold circuit for the output of the black reference pixel, but in the third embodiment, this is removed. Further, as in the second embodiment, since the black reference pixel output is also output from the same operational amplifier (165) as the black pixel output, the offset of this operational amplifier (165) is completely canceled.
次に、暗時出力の除去手段が前述の実施例と異なる第4
の実施例を説明する。第19図は、この第4の実施例に
係るハードウェアブロック図である。これは第3の実施
例のブロック図である第16図とは、参照電圧V re
fがA/D変換部(315)に人力されていないという
点で異なっており、AGC差動増幅回路(225)は第
3の実施例と全く同一の構成である。Next, a fourth example in which the dark time output removing means is different from the above-mentioned embodiment.
An example will be explained. FIG. 19 is a hardware block diagram according to the fourth embodiment. This is different from FIG. 16, which is a block diagram of the third embodiment, when the reference voltage V re
The difference is that f is not manually input to the A/D converter (315), and the AGC differential amplifier circuit (225) has exactly the same configuration as the third embodiment.
第20図にA/D変換部(315)を示し、このA/D
変換部(315)はA/D変換回路(405)とそれと
同一チップ上に設けられた内部回路を有する。イメージ
センサ(13)が黒基準画素の出力を行っている間にA
/D変換部(315)にはOBS / Hパルスが与え
られ、端子Vinに人力されている黒基準画素の出力が
FET(401)、コンデンサ(402)、バッファ(
403)からなるサンプルホールド回路によって、サン
プルホールドされる。ホールドされた黒基準画素出力は
アナログ参照電圧(Vr、ef’)としてA/D変換回
路(405)に入力される。それ以降、端子Vinに入
力されるイメージセンサ(13)の有効画素出力は、第
2の実施例と同様、ホールドされた黒基準画素の出力(
Vrcf’ )が減算された後、A/D変換される。こ
れにより暗時出力成分が除去される。FIG. 20 shows the A/D converter (315), and this A/D converter (315)
The conversion section (315) includes an A/D conversion circuit (405) and an internal circuit provided on the same chip. While the image sensor (13) is outputting the black reference pixel,
The OBS/H pulse is given to the /D converter (315), and the output of the black reference pixel input to the terminal Vin is sent to the FET (401), the capacitor (402), and the buffer (
Sample and hold is performed by a sample and hold circuit consisting of 403). The held black reference pixel output is input to the A/D conversion circuit (405) as an analog reference voltage (Vr, ef'). From then on, the effective pixel output of the image sensor (13) input to the terminal Vin is the output of the held black reference pixel (
Vrcf') is subtracted and then A/D converted. This removes the dark output component.
上記実施例ではAGC増幅回路(25)とOB減算AG
C作動増幅回路(26)との2段、すなわち第1段と第
2段の2段の増幅回路で増幅を行なっていたが、この増
幅は2段に限らず3段、4段等の多段で行なってもよい
。In the above embodiment, the AGC amplifier circuit (25) and the OB subtraction circuit
Amplification was performed in two stages with a C-operated amplifier circuit (26), that is, a first stage and a second stage, but this amplification is not limited to two stages, but multistages such as three stages, four stages, etc. You can also do it with
〈発明の効果〉
以上より明らかなように、この発明の固体撮像装置は、
光電変換部とこの光電変換部に発生した電荷を蓄積する
蓄積部と蓄積部に蓄えた電荷を逐次転送する。転送レジ
スタと光電変換部に照射される光量をモニタする輝度モ
ニタ手段と、輝度モニタ手段に発生した電荷を蓄積する
蓄積手段と、蓄積手段からの出力に基づいて輝度を判定
する輝度判定回路と、転送レジスタの出力を増幅する第
1段の増幅回路と、第1段の増幅回路の出力を増幅する
第2段の増幅回路とを備えて、第1段と第2段の増幅回
路のゲインを掛は合わせた数のゲインで増幅するので、
各段の増幅回路における切換段数が少なくてもよく、し
たがって、各段の増幅回路における最小と最大の抵抗値
の幅が小さくなり、チップにおける抵抗の占める面積が
小さくなる。<Effects of the Invention> As is clear from the above, the solid-state imaging device of the present invention has the following effects:
A photoelectric conversion section, an accumulation section for accumulating charges generated in the photoelectric conversion section, and the charges stored in the accumulation section are sequentially transferred. A brightness monitor means for monitoring the amount of light irradiated to the transfer register and the photoelectric conversion section, an accumulation means for accumulating the charge generated in the brightness monitor means, a brightness determination circuit for determining the brightness based on the output from the accumulation means, A first-stage amplifier circuit that amplifies the output of the transfer register and a second-stage amplifier circuit that amplifies the output of the first-stage amplifier circuit are provided to adjust the gains of the first-stage and second-stage amplifier circuits. Multiplication is amplified by the combined number of gains, so
The number of switching stages in each stage of the amplifier circuit may be small, and therefore the width between the minimum and maximum resistance values in each stage of the amplifier circuit becomes small, and the area occupied by the resistor on the chip becomes small.
また、第1段の増幅回路のゲインを高くし、第2段の増
幅回路のゲインを低くすれば、トータルのオフセットが
比較的小さくなる。Further, by increasing the gain of the first-stage amplifier circuit and decreasing the gain of the second-stage amplifier circuit, the total offset becomes relatively small.
第1図はこの発明の固体撮像装置におけるイメージセン
サの構成図、第2図はこの発明の第1実施例の固定撮像
装置のブロック図、第3図はイニシャライズ時における
イメージセンサのポテンシャル構造を示す図、第4図は
上記第1実施例のイニシャライズモードにおける信号の
タイムチャート、第5図はイメージセンサの積分モード
時におけるポテンシャル構造を示す図、第6図は積分モ
ード時における信号のタイムチャート、第7図は補償用
ダイオードの構造図、第8図は輝度判定アナログ回路の
回路図、第9図は輝度判定時の信号のタイムチャート、
第10図は輝度判定ロジック回路の回路図、第1I図は
第1実施例におけるAGC作動増幅回路およびOB減算
AGC作動増幅回路の回路図、第12図は画素出力の処
理に関するタイムチャート、第13図は温度検出部の回
路図、第14図は第2実施例の固体撮像装置のブロック
図、第15図は第2実施例のAGC作動増幅回路の回路
図、第16図は第3実施例の固体撮像装置のブロック図
、第17図は第3実施例のAGC作動増幅回路の回路図
、第18図はA/D変換部の回路図、第19図は第4実
施例の固体撮像装置のブロック図、第20図は第4実施
例のA/D変換部の回路図、第21図はイメージセンサ
の構造図、第22図は第4実施例の積分モードにおける
信号のタイムチャート、第23図は暗電荷の転送を説明
する図、第24図は輝度判定ロジック回路の真理表を表
わす図である。
FD、BG、ST・・蓄積手段、
S I(・・シフトゲート、 RG・・転送レジスタ
、RG [CG ・積分クリアゲート、14・・マイ
クロコンピュータ、
20・・・積分時間制御部、23・・・モード選択回路
、24・・・輝度判定回路、 30・・・転送りロッ
ク発生部。
特 許 出 願 人 ミノルタカメラ株式会社代 理
人 弁理士 前出 葆 ほか2名第3図
(a)
((])
周辺表Lb
7図
周セ&La
La−7,71−bFIG. 1 is a block diagram of the image sensor in the solid-state imaging device of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of the fixed imaging device of the first embodiment of the invention, and FIG. 3 shows the potential structure of the image sensor at the time of initialization. 4 is a time chart of the signal in the initialization mode of the first embodiment, FIG. 5 is a diagram showing the potential structure of the image sensor in the integral mode, and FIG. 6 is a time chart of the signal in the integral mode. Fig. 7 is a structural diagram of a compensation diode, Fig. 8 is a circuit diagram of a luminance judgment analog circuit, Fig. 9 is a time chart of signals during luminance judgment,
FIG. 10 is a circuit diagram of the brightness determination logic circuit, FIG. 1I is a circuit diagram of the AGC differential amplifier circuit and the OB subtraction AGC differential amplifier circuit in the first embodiment, FIG. 12 is a time chart regarding pixel output processing, and FIG. The figure is a circuit diagram of the temperature detection section, Figure 14 is a block diagram of the solid-state imaging device of the second embodiment, Figure 15 is a circuit diagram of the AGC operational amplifier circuit of the second embodiment, and Figure 16 is the third embodiment. 17 is a circuit diagram of the AGC operational amplifier circuit of the third embodiment, FIG. 18 is a circuit diagram of the A/D conversion section, and FIG. 19 is a block diagram of the solid-state imaging device of the fourth embodiment. 20 is a circuit diagram of the A/D conversion section of the fourth embodiment, FIG. 21 is a structural diagram of the image sensor, and FIG. 22 is a time chart of signals in the integration mode of the fourth embodiment. FIG. 23 is a diagram explaining the transfer of dark charges, and FIG. 24 is a diagram showing a truth table of the brightness determination logic circuit. FD, BG, ST...Storage means, SI (...Shift gate, RG...Transfer register, RG [CG, Integral clear gate, 14...Microcomputer, 20...Integration time control unit, 23...・Mode selection circuit, 24... Brightness judgment circuit, 30... Transfer lock generation unit. Patent applicant: Minolta Camera Co., Ltd. Agent: Patent attorney: Mr. Fuki and two others Figure 3 (a) (]) Peripheral table Lb 7 Figure Shu & La La-7, 71-b
Claims (2)
と、 この蓄積部に蓄えられた電荷を逐次転送する転送レジス
タと、 入射する光量に応じて電荷を発生して、上記光電変換部
に照射される光量をモニタする輝度モニタ手段と、 この輝度モニタ手段に発生した電荷を蓄積する蓄積手段
と、 上記蓄積手段からの出力に基づいて輝度を判定する輝度
判定回路と、 上記輝度判定回路からの出力に基づいて、ゲインが切り
換えられ、上記転送レジスタの出力を増幅する第1段の
増幅回路と、 上記輝度判定回路の出力に基づいてゲインが切り換えら
れ、上記第1段の増幅回路の出力を増幅する第2段の増
幅回路とを備える固体撮像装置。(1) A photoelectric conversion section that generates charges corresponding to each pixel, an accumulation section that accumulates the charges generated in the photoelectric conversion section, and a transfer register that sequentially transfers the charges accumulated in this accumulation section. brightness monitoring means for generating charges according to the amount of light and monitoring the amount of light irradiated to the photoelectric conversion section; storage means for accumulating the charges generated in the brightness monitoring means; and based on the output from the storage means. a first stage amplifier circuit whose gain is switched based on the output from the brightness determination circuit and amplifies the output of the transfer register; and a second stage amplifier circuit whose gain is switched by the second stage amplifier circuit and which amplifies the output of the first stage amplifier circuit.
において、 上記第1段の増幅回路のゲインが第2段の増幅回路のゲ
インよりも高くなっている固体撮像装置。(2) The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the gain of the first stage amplifier circuit is higher than the gain of the second stage amplifier circuit.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63031386A JPH01205680A (en) | 1988-02-10 | 1988-02-10 | Solid-state image pickup device |
US07/298,998 US4985774A (en) | 1988-01-20 | 1989-01-19 | Image sensing device having direct drainage of unwanted charges |
US07/593,863 US5083207A (en) | 1988-01-20 | 1990-10-05 | Image sensing device having direct drainage of unwanted charges |
US07/801,895 US5389971A (en) | 1988-01-20 | 1991-12-03 | Image sensor provided on a chip and having amplifying means |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63031386A JPH01205680A (en) | 1988-02-10 | 1988-02-10 | Solid-state image pickup device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01205680A true JPH01205680A (en) | 1989-08-18 |
Family
ID=12329821
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63031386A Pending JPH01205680A (en) | 1988-01-20 | 1988-02-10 | Solid-state image pickup device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01205680A (en) |
-
1988
- 1988-02-10 JP JP63031386A patent/JPH01205680A/en active Pending
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