JPH02250474A - Solid-state image pickup element - Google Patents

Solid-state image pickup element

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JPH02250474A
JPH02250474A JP1070608A JP7060889A JPH02250474A JP H02250474 A JPH02250474 A JP H02250474A JP 1070608 A JP1070608 A JP 1070608A JP 7060889 A JP7060889 A JP 7060889A JP H02250474 A JPH02250474 A JP H02250474A
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JP
Japan
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solid
signal
impedance
image
imaging device
Prior art date
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Pending
Application number
JP1070608A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomoyuki Watabe
知行 渡部
Norio Koike
小池 紀雄
Toshibumi Ozaki
俊文 尾崎
Kazuaki Iwamura
一昭 岩村
Hidenori Inai
秀則 井内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

PURPOSE:To realize an ideal two-dimensional spatial filter with a simple manufacture process and a small number of elements without any increase in area by forming a network of distribution constant circuits of distributed impedance that the resistive film or resistive semiconductor layer of the solid-state image pickup element. CONSTITUTION:The network of 1st impedance 202 (shown by R) constituting an image smoothing filter is realized by using the distribution constant impedance that the plane resistance material such as a transparent electrode, protection film, or semiconductor layer on the solid-state image pickup element has. Consequently, the film on the solid-state image pickup element can be used as it is and the number of element does not increase owing to the formation of the image smoothing filter. The network can be realized nearly without altering the manufacture process and the impedance is formed in an optional continuous direction, so the ideal two-dimensional spatial filter can be formed.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は固体撮像素子、特に画像処理機能の1部をチッ
プ上に集積した固体撮像素子に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a solid-state image sensor, and particularly to a solid-state image sensor in which a part of an image processing function is integrated on a chip.

詳しくは画像信号に空間フィルタを施した信号を出力す
る固体撮像素子の構造に関する。またこれはニューラル
ネットの人工網膜と呼ばれる分野の素子に関する。
More specifically, the present invention relates to the structure of a solid-state image sensor that outputs a signal obtained by applying a spatial filter to an image signal. This also relates to elements in a field called artificial retina in neural networks.

〔従来の技術) 従来、イメージセンサ−として働くフォトダイオードの
配列と、画像処理の前処理機能をチップ上に集積する実
験については、ニューラル、ネットワークス、1巻(1
988年)第91頁から第97頁(Neural Ne
tworks、Vol、1(1988) pp91−9
7)において論じられている。この構造は人工網膜と呼
ばれる。これは生物の目(この場合猫の目)の網膜がそ
れ自体で画像平滑化フィルタをもち、2次微分を施した
信号を出力できることに着目したものである。目の網膜
では、光受容細胞の網構造の下に水平細胞とそれに付随
する神経繊維の網構造がある。これを、抵抗(具体的に
はMOSとトランジスタ)による回路網と差動増幅器の
回路によって電気的に模擬した。これにより2次微分イ
」号、すなわち画像信号の空間的2次微分信号を得た。
[Prior Art] Conventionally, experiments on integrating a photodiode array that functions as an image sensor and a preprocessing function for image processing on a chip are described in Neural, Networks, Vol. 1 (1).
988), pages 91 to 97 (Neural Ne
works, Vol, 1 (1988) pp91-9
7). This structure is called an artificial retina. This method focuses on the fact that the retina of a living creature's eye (in this case, a cat's eye) has its own image smoothing filter and can output a signal subjected to second-order differentiation. In the retina of the eye, beneath the network of photoreceptor cells is a network of horizontal cells and associated nerve fibers. This was electrically simulated using a circuit network consisting of resistors (specifically, MOS and transistors) and a differential amplifier circuit. As a result, a second-order differential I'', that is, a spatial second-order differential signal of the image signal was obtained.

第3図に人工網膜の概念図を示す、フォトダイオード2
01の配列が受光を行なう、これと対応して、抵抗(第
1のインピーダンス)202による回路網205を形成
する。ここで抵抗202はMOSトランジスタのソース
、ドレイン間の抵抗を用いており、可変抵抗である1回
路網205の各ノード206は、各フォトダイオード2
01と1対1に対応する。各ノード206と、各フォト
ダイオードの出力端子207の間を上記従来技術では抵
抗(第2のインピーダンス)lO3で接続する。抵抗2
03の両端の電位差を、高入力インピーダンスの差動増
幅器204で取り出す、この構造においては、抵抗の回
路網205が画像平滑化フィルタを形成しており、各ノ
ード206の電位が輪郭をなまらせた信号を与える。ま
たこの構造の機能は、差動増幅器204の出力により2
次微分信号すなわち画像信号の空間的2次微分信号を得
ることができる。その理由は、フォトダイオードの、出
力207の電位は画像信号すなわち原画像の信号を与え
る。これと、輪郭をなまらせた信号(ノード206の電
位)の差をとると2次微分信号が得られる。(理由は公
知例(例えばFig。
Figure 3 shows a conceptual diagram of an artificial retina, photodiode 2
The array 01 receives light, and correspondingly, a circuit network 205 of resistors (first impedance) 202 is formed. Here, the resistor 202 is a resistor between the source and drain of a MOS transistor, and each node 206 of one circuit network 205, which is a variable resistor, is connected to each photodiode 2.
There is a one-to-one correspondence with 01. In the prior art described above, each node 206 and the output terminal 207 of each photodiode are connected by a resistor (second impedance) 1O3. resistance 2
03 is extracted by a differential amplifier 204 with high input impedance. In this structure, a resistor network 205 forms an image smoothing filter, and the potential at each node 206 has a rounded outline. give a signal. Moreover, the function of this structure is that the output of the differential amplifier 204
A second-order differential signal, that is, a spatial second-order differential signal of the image signal can be obtained. The reason is that the potential of the output 207 of the photodiode provides an image signal, that is, a signal of the original image. A second-order differential signal is obtained by taking the difference between this and the signal with the rounded contour (potential of node 206). (The reason is from a known example (for example, Fig.

7)を参照されたい)。7)).

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上記従来技術は第1に、画像平滑化フィルタに要する素
子数が多いという問題がある。まず、画像平滑化フィル
タとして抵抗202(具体的にはMOSトランジスタ)
による6方向の網状構造を用いるため、1画素あたり3
個のMOSトランジスタを要する。さらにそのゲート電
圧を制御する手段と、ゲート配線が必要である。第2に
、画像平滑化フィルタの特性が理想的でないという問題
がある0本来、画像平滑化フィルタはあらゆる方向に等
方的な2次元的フィルタが理想的である。
The first problem with the above conventional technology is that the image smoothing filter requires a large number of elements. First, a resistor 202 (specifically, a MOS transistor) is used as an image smoothing filter.
Since a network structure in 6 directions is used, 3 pixels per pixel are used.
MOS transistors are required. Furthermore, means for controlling the gate voltage and gate wiring are required. Second, there is a problem that the characteristics of the image smoothing filter are not ideal.Originally, the ideal image smoothing filter is a two-dimensional filter that is isotropic in all directions.

しかし上記従来技術では、空間フィルタの作用が抵抗パ
ターンの存在する離散的な方向に限定される。第3に、
2次微分信号を読みだすために、゛高入力インピーダン
スの増幅器204が必要であり。
However, in the prior art described above, the effect of the spatial filter is limited to discrete directions where the resistance pattern exists. Thirdly,
In order to read out the second-order differential signal, an amplifier 204 with a high input impedance is required.

素子数が多いという問題がある。その結果、画像平滑化
フィルタと2次微分機能を合わせると、1画素あたり十
数素子から数十素子の回路素子が必要である。
There is a problem that the number of elements is large. As a result, when the image smoothing filter and the second-order differential function are combined, one pixel requires a dozen or more circuit elements to several dozen circuit elements.

第4に1画像の輪郭強調を施した信号が容易に得られな
い問題がある。また画像信号や空間フィルタを施した信
号を同時に得られない問題がある。
Fourth, there is a problem in that it is not easy to obtain a signal with edge enhancement for one image. Another problem is that it is not possible to simultaneously obtain an image signal and a spatially filtered signal.

輪郭強調を施した信号は、上記の2次微分信号を適当な
大きさに調整して画像信号に加えれば得られることは類
推できる。しかしこれを通常の回路技術で実行すれば、
各画素に数十素子以上の回路素子をさらに追加する必要
があり、実用上実現は困難である。−右画像信号はフォ
トダイオードの出力端子207の電位に、画像平滑化フ
ィルタを施した信号はノード206の電位に現れている
が、出力するには206と207に高人力インピーダン
スの増幅器をさらに接続する必要がある。これらを具備
した場合1画素あたりの素子数は数十素子ないし100
素子以上の膨大な値になる0通常のMO8形固体撮像素
子が、1画素あたり2素子径度なのに比べ非常に大きい
It can be inferred that the contour-enhanced signal can be obtained by adjusting the second-order differential signal to an appropriate size and adding it to the image signal. However, if this is done using normal circuit technology,
It is necessary to add several dozen or more circuit elements to each pixel, which is difficult to realize in practice. - The right image signal appears at the potential of the output terminal 207 of the photodiode, and the signal subjected to the image smoothing filter appears at the potential of the node 206, but in order to output it, a high impedance amplifier is further connected to 206 and 207. There is a need to. When equipped with these, the number of elements per pixel is several tens to 100.
The diameter is much larger than that of a normal MO8 type solid-state image sensor, which has two elements per pixel.

以上詳述したように上記従来技術は、輪郭強調を施した
信号を出力する機能や、画像信号と空間フィルタを施し
た信号をあわせて出力する機能を有する固体撮像素子を
実現する実際的技術とは言い難い。
As detailed above, the above-mentioned conventional technology is a practical technology for realizing a solid-state image sensor that has a function of outputting a signal subjected to edge enhancement and a function of outputting an image signal and a signal subjected to a spatial filter. It's hard to say.

したがって本発明の第1の目的は、理想的な2次元的空
間フィルタを簡単な製造プロセスと少ない素子数で面積
の増大なしに実現することである。
Therefore, a first object of the present invention is to realize an ideal two-dimensional spatial filter using a simple manufacturing process and a small number of elements without increasing the area.

また第2の目的は輪郭強調を施した信号を出力する手段
、あるいは画像信号と空間フィルタを施した信号をあわ
せて出力するような手段をチップ上に有する固体撮像素
子を実現することである。詳しくは1画素あたり4素子
径度の少ない素子数と、簡単な製造プロセスでこれを実
現することにより、これらの画像処理機能を同時にオン
チップ化できる固体撮像素子を実現することである。
A second object is to realize a solid-state image pickup device having on a chip a means for outputting a signal subjected to contour enhancement, or a means for outputting an image signal and a signal subjected to a spatial filter. Specifically, by achieving this with a small number of elements (4 elements per pixel) and a simple manufacturing process, the aim is to realize a solid-state image sensor that can simultaneously implement these image processing functions on-chip.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記目的は、第1に、画像平滑化フィルタを構成する第
1のインピーダンスによる回路網を、固体撮像素子上の
透明電極、保護膜または半導体層等の平面的抵抗材質の
もつ分布定数インピーダンスを用いて実現することによ
り達成される。
The above objective is, firstly, to use distributed constant impedance of a planar resistive material such as a transparent electrode, a protective film, or a semiconductor layer on a solid-state image sensor to create a circuit network with a first impedance that constitutes an image smoothing filter. This is achieved by realizing the following.

第2に、原画像を出力するための画像信号用画素の他に
1画像平滑化フィルタを施した信号用画素を設け、両画
素の出力信号を順次取り出し1両信号の差を用いて2次
微分信号を発生することにより達成される。
Second, in addition to the image signal pixel for outputting the original image, a signal pixel that has been subjected to an image smoothing filter is provided, and the output signals of both pixels are sequentially extracted and the difference between the two signals is used to create a secondary image. This is accomplished by generating a differential signal.

【作用〕[Effect]

第1に、固体撮像素子上の平面抵抗材質のもつ分布定数
インピーダンスで画像平滑化フィルタを構成すると、固
体撮像素子上の膜質をそのまま用いることができ、画像
平滑化フィルタ形成にともなう素子数の増加がない、ま
た同様の理由で製造プロセスをほとんど変更せずに実現
でき、工程が簡略になる。さらに任意の連続的な方向に
インピーダンスが形成されるため理想的な2次元的空間
フィルタが形成できる。
First, if the image smoothing filter is constructed using the distributed constant impedance of the planar resistive material on the solid-state image sensor, the film quality on the solid-state image sensor can be used as is, and the number of elements increases as the image smoothing filter is formed. Also, for the same reason, it can be realized with almost no changes to the manufacturing process, simplifying the process. Furthermore, since impedance is formed in any continuous direction, an ideal two-dimensional spatial filter can be formed.

第2に1画像信号用画素と1画像平滑化フィルタを施し
た信号用画素をそれぞれ隣接して設け、これら2画素を
1対にして画素対として扱う、各画素を異なるシフトレ
ジスタまたは同一のシフトレジスタで順次アドレスする
。これにより画像信号と画像平滑化フィルタを施した信
号の両方が同時に得られる。また出力部に差動増M器を
1つ設ければ、両信号の差信号すなわち2次微分信号が
出力できる。2次微分信号を増幅器で増幅または減衰し
て画像信号に加えれば、輪郭強調を施した信号が得られ
る。このとき増幅器の利得を0以上の値で変化させれば
、輪郭の強調度を任意に可変にすることもできる0以上
により画像信号、画像平滑化フィルタを施した信号、お
よび輪郭強調を施した信号が容易に得られる。
Second, a pixel for one image signal and a pixel for a signal subjected to a one-image smoothing filter are provided adjacent to each other, and these two pixels are made into a pair and treated as a pixel pair. Address sequentially in registers. As a result, both the image signal and the signal subjected to the image smoothing filter can be obtained simultaneously. Furthermore, if one differential amplifier is provided in the output section, a difference signal between both signals, that is, a second-order differential signal can be output. If the second-order differential signal is amplified or attenuated by an amplifier and added to the image signal, a signal with contour enhancement can be obtained. At this time, if the gain of the amplifier is changed to a value of 0 or more, the degree of contour enhancement can be arbitrarily varied. Signal is easily obtained.

ここでこれらの信号はシフトレジスタの設定により、3
者とも同期しであるいは同時に得ることができる。また
目的に応じて適宜タイミングを変えられることはいうま
でもない。
Here, these signals are set to 3 depending on the shift register settings.
It can be obtained synchronously or at the same time. It goes without saying that the timing can be changed as appropriate depending on the purpose.

上記の画像処理用の各種回路は、数十素子以上を要する
が、これは出力部に1回路あればよい。
The various circuits for image processing described above require several dozen elements or more, but only one circuit is required in the output section.

通常固体撮像素子では1万素子ないし数十万素子におよ
ぶ規模がしばしば集積される。したがって上記の出力部
の回路規模は1m素あたりの素子数に割り振って換算す
ると、はぼ無視できる。また以下に示すように本発明で
は画像平滑化フィルタに要する素子数は実質的に0であ
る。したがって上記の画像処理機能が1画素あたり、は
ぼ2画素ぶんの素子数すなわち4素子程度で実現できる
Normally, solid-state image sensors are often integrated with a scale of 10,000 to several hundred thousand elements. Therefore, the circuit scale of the above-mentioned output section can be almost ignored when calculated by assigning the number of elements per 1m elements. Further, as shown below, in the present invention, the number of elements required for the image smoothing filter is substantially zero. Therefore, the above-mentioned image processing function can be realized with the number of elements equivalent to about two pixels, that is, about four elements per pixel.

以下実施例によって本発明の詳細な説明する。The present invention will be explained in detail below with reference to Examples.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明の第1の実施例の全体構造図である。 FIG. 1 is an overall structural diagram of a first embodiment of the present invention.

フォトダイオード201とMOSスイッチ101の2素
子で1画素を構成している。各画素を縦横に配置してマ
トリクスを作る。水平シフトレジスタ102と垂直シフ
トレジスタ103によって順次アドレスを行ない、所望
の個所のMOSスイッチ101をオン、オフする。信号
はフォトダイオード出力端子207に発生したアナログ
電荷量で得られる。この素子が受光中にはMOSスイッ
チ101はオフしており、逆バイアスされたフォトダイ
オードの光起電力に応じた電荷が、しだいにフォトダイ
オード出力端子に蓄積してい<(蓄積モード)、つぎに
、1フレームごとの周期でMOSスイッチ101をオン
にし、蓄積された電荷を順次外に取り出す(読みだしモ
ード)0以上が基本的な動作である。
Two elements, a photodiode 201 and a MOS switch 101, constitute one pixel. Create a matrix by arranging each pixel vertically and horizontally. The horizontal shift register 102 and the vertical shift register 103 sequentially perform addressing to turn on and off the MOS switch 101 at a desired location. The signal is obtained by the amount of analog charge generated at the photodiode output terminal 207. While this element is receiving light, the MOS switch 101 is off, and a charge corresponding to the photovoltaic force of the reverse biased photodiode gradually accumulates at the photodiode output terminal (accumulation mode). The basic operation is to turn on the MOS switch 101 at a cycle of every frame and sequentially take out the accumulated charges (read mode) of 0 or more.

Rで示した抵抗202は第1のインピーダンスである。A resistor 202, designated R, is a first impedance.

実際は撮像素子上の抵抗性ポリシリコン簿膜で構成した
面インピーダンスであり、理想的2次元インピーダンス
である。ここでは図示の関係上便宜的に集中定数抵抗の
形で示した。(詳細は第2図の断面図で後述。)したが
って実際には抵抗202とそれを結ぶ配線に要するパタ
ーンは存在しない、Rで作る格子の各ノード206が。
In reality, it is a surface impedance constructed from a resistive polysilicon film on the image sensor, and is an ideal two-dimensional impedance. Here, for convenience of illustration, it is shown in the form of a lumped constant resistor. (Details will be described later in the cross-sectional view of FIG. 2.) Therefore, in reality, there is no pattern required for the resistor 202 and the wiring connecting it, but each node 206 of the lattice made of R.

第1のインピーダンスの各ノードである。各ノード20
6は実際にはポリシリコン薄膜の各画素上の位置に、ス
ルーホールを設けて作った接続点である0本実施例では
フォトダイオードの出力端子207と一致している。こ
の素子が蓄積モードにおいて受光中には、電荷は抵抗R
の影響で、電荷の多い出力端子から少ない出力端子へあ
る程度流出する。この結果、各画素の出力を読みだすと
輪郭がなまった形の出力が得られる。すなわち画像平滑
化フィルタを通した出力が得られる。このとき信号のな
まり具合すなわちフィルタの強度は。
Each node of the first impedance. 20 each node
6 is actually a connection point made by providing a through hole at a position above each pixel of the polysilicon thin film. In this embodiment, it coincides with the output terminal 207 of the photodiode. When this element is receiving light in the accumulation mode, the charge is transferred to the resistance R
, a certain amount of charge flows from the output terminal with a large amount of charge to the output terminal with a small amount of charge. As a result, when the output of each pixel is read out, an output with a rounded outline is obtained. That is, an output passed through an image smoothing filter is obtained. At this time, what is the degree of signal distortion, that is, the strength of the filter?

受光中に電荷が画素間を移動する割合で決まる。It is determined by the rate at which charges move between pixels during light reception.

この割合は、フォトダイオードの容量の値、抵抗Rの値
、および読みだし周期等によって決まる。
This ratio is determined by the capacitance value of the photodiode, the value of the resistor R, the readout cycle, and the like.

抵抗Rの値、すなわち抵抗膜のシート抵抗値はこれらを
勘案して後述するような最適値に決定する。
The value of the resistance R, that is, the sheet resistance value of the resistive film is determined to be an optimum value as described later by taking these into consideration.

第2図は本発明の第1の実施例の断面構造図である。p
形基板221上にnz層を設けてpn接合形のフォトダ
イオード201を形成する。これに隣接して、nz層と
ポリシリコンゲート223を設け、MOSスイッチ10
1を形成する。その上にS iOs 222による絶縁
膜を設ける。その上に抵抗性のポリシリコン225の膜
を形成する。
FIG. 2 is a cross-sectional structural diagram of the first embodiment of the present invention. p
A pn junction type photodiode 201 is formed by providing an nz layer on a shaped substrate 221. Adjacent to this, an nz layer and a polysilicon gate 223 are provided, and the MOS switch 10
form 1. An insulating film made of SiOs 222 is provided thereon. A resistive polysilicon 225 film is formed thereon.

225が抵抗R(第1のインピーダンス)202である
。ポリシリコン225と、フォトダイオード201の端
部(出力端子207)を接続する。
225 is a resistor R (first impedance) 202. The polysilicon 225 and the end of the photodiode 201 (output terminal 207) are connected.

この接・読点が、回路網のノード206と、フォトダイ
オードの出力端子207を兼ねる。
This contact/reading point serves as a node 206 of the circuit network and an output terminal 207 of the photodiode.

つぎに抵抗R1すなわち抵抗膜の最適シート抵抗値、特
にその上限値について述べる。
Next, the resistance R1, that is, the optimum sheet resistance value of the resistive film, especially its upper limit value, will be described.

第8図は1本発明第1の実施例の、2つの画素とこれを
結ぶ抵抗Rの等価回路を示したものである。′##積モ
ードを考え、MOSスイッチ101は省略しである。フ
ォトダイオード201を光電流による電流源Ipと寄生
容量Cで示す、いま、左側の画素1に光があたり、右側
の画素2には全くあたらない場合を考える。このとき画
素1の電流源をIp、画素2の電流値はOとする0画素
1には電流IPによって、時間とともに電荷が蓄積する
。蓄積開始後、時間tだけたったあとの電荷をQ (t
)とすれば。
FIG. 8 shows an equivalent circuit of two pixels and a resistor R connecting them in the first embodiment of the present invention. '## Considering the product mode, the MOS switch 101 is omitted. Let us now consider a case where the photodiode 201 is represented by a current source Ip using a photocurrent and a parasitic capacitance C, and light hits the pixel 1 on the left, but does not hit the pixel 2 on the right at all. At this time, the current source of pixel 1 is Ip, the current value of pixel 2 is O, and charge is accumulated over time in pixel 1 due to current IP. The charge after time t has passed after the start of accumulation is Q (t
)given that.

Q  (t)  LTIp*t           
 ・・・(1)1フレ一ム周期τ(読みだし周期)だけ
たったあとの電荷Q(τ)は、 Q(τ)すIP−τ         ・・・(2)こ
こで時間tまたはでの範囲では、光電流Ipはほぼ一定
としている。この間に抵抗Rを電流IRが流れ、総計と
して電荷ΔQが右へ移動する。抵抗Rの上限値を示すた
めにΔQがQに比して十分小さい条件で考える。
Q (t) LTIp*t
...(1) The charge Q(τ) after one frame period τ (readout period) is Q(τ) IP-τ ...(2) Here, the range at time t or Here, the photocurrent Ip is assumed to be approximately constant. During this time, a current IR flows through the resistor R, and the total charge ΔQ moves to the right. In order to indicate the upper limit value of the resistance R, consider the condition in which ΔQ is sufficiently smaller than Q.

ΔQ=ε拳Q(τ)=i拳工P*τ  −・・(3)た
だしεは電荷の移動の割合を示す量ΔQ/Q(τ)で1
画像平滑化程度を表す、ここではC(1である。この条
件のもとで、Rを求める。
ΔQ = ε fist Q (τ) = i fist P * τ - (3) where ε is the amount ΔQ/Q (τ) indicating the rate of charge movement and is 1
It represents the degree of image smoothing, here C(1). Under this condition, R is determined.

ΔQ=f  IRdt            ・・・
(4)IR=v17R=Q (t)/ (に 傘R)畔
 (Ip申t)/(C申R)    ・・・(5)(4
)、(5・)より ΔQ=CIp申τ”)/ (2拳CAR)・・・(6)
(3)、(6)より R=τ/ (2*ε−C)       ・・・(7)
(7)により、フレーム周期τ、フォトダイオードの容
量C1画像平滑化程度ξに対応する抵抗値Rが得られる
1通常、フレーム周期はおおよそ1150秒のオーダで
ある。また、500X500画素程度の固体撮像素子の
1画素の容量値Cはおおよそ1Of!’のオーダである
。今1画像平滑化程度εを1%とすれば、(7)より、
R=10”(Ω)が得られる1画像平滑化フィルタを動
作させる場合には、画像平滑化程度εは数十%が普通で
あり、最小でも1%以上はあると考えられる。このため
上記の素子構造の条件のもとでは、画像平滑化フィルタ
を構成する抵抗性膜質のシート抵抗は最大でも1014
(Ω/口)程度と考えられる。もちろんこれは容量値に
よっである程度変わることはいうまでもない、一方1通
常の固体撮像素子の絶縁性の透明表面保護膜の、リーク
抵抗によるシート抵抗値は通常10”(Ω/口)のオー
ダである。
ΔQ=f IRdt...
(4) IR=v17R=Q (t)/ (to Umbrella R) 畔 (Ip)/(C) (5) (4)
), (5・), ΔQ=CIpshinτ”)/ (2-fist CAR)...(6)
From (3) and (6), R=τ/ (2*ε-C)...(7)
According to (7), a resistance value R corresponding to the frame period τ and the photodiode capacitance C1 and the degree of image smoothing ξ is obtained.1Normally, the frame period is on the order of approximately 1150 seconds. Also, the capacitance value C of one pixel of a solid-state image sensor of about 500 x 500 pixels is approximately 1Of! ' is the order of '. Now, if the degree of smoothing of one image ε is 1%, then from (7),
When operating a single-image smoothing filter that obtains R=10'' (Ω), the degree of image smoothing ε is usually several tens of percent, and is considered to be at least 1%.For this reason, the above-mentioned Under the conditions of the element structure, the sheet resistance of the resistive film forming the image smoothing filter is at most 1014
(Ω/mouth). Of course, it goes without saying that this varies to some extent depending on the capacitance value, but on the other hand, the sheet resistance value due to leakage resistance of the insulating transparent surface protective film of a normal solid-state image sensor is usually 10" (Ω/hole). It is an order.

これは上記の上限値よりも約1桁大きい、従って通常の
固体撮像素子でも0.1%程度の画像平滑化が行なわれ
ていると考えられる。
This is about one order of magnitude larger than the above upper limit, and therefore it is considered that even in a normal solid-state image sensor, image smoothing of about 0.1% is performed.

以上述べたように1本発明でいう抵抗性膜質とは絶縁膜
のリーク抵抗まで含むものではなく、これよりおおよそ
1桁以上小さいシート抵抗値をもつ膜をいうと考えてよ
い、ところで抵抗性膜質をポリシリコンで形成する場合
、上記のシート抵抗値は通常LSIで用いられるポリシ
リコン抵抗としては大きいほうである。したがってポリ
シリコンの厚さを下記の理由により薄くするのはこの点
では都合がよい。
As mentioned above, the resistive film quality in the present invention does not include the leak resistance of the insulating film, but can be considered to mean a film with a sheet resistance value that is approximately one order of magnitude smaller than this. When the resistor is formed of polysilicon, the above-mentioned sheet resistance value is higher than that of a polysilicon resistor normally used in LSI. Therefore, it is convenient from this point of view to reduce the thickness of polysilicon for the following reasons.

つぎに抵抗膜の厚さ、特にその上限値について述べる。Next, we will discuss the thickness of the resistive film, especially its upper limit.

第9図は、本発明の第1の実施例の、光tt流の波長特
性のシミュレーシ鳳ン計算値である1表面の多層膜によ
る光の吸収や反射の影響を表している1図中のA(本実
施例)は、現実的構造である50nmのポリシリコン膜
の上下を薄いsio、ではさんだ3層膜の特性である。
Figure 9 shows the effects of absorption and reflection of light by the multilayer film on the surface, which are calculated values from a simulation of the wavelength characteristics of the optical tt flow in the first embodiment of the present invention. A (this example) is a characteristic of a three-layer film, which is a realistic structure, in which a 50 nm polysilicon film is sandwiched between thin sio films.

比較のため、B(通常構造)として680nmの単MS
iO,膜を保護膜としてもつ場合、およびC(理論値)
として表面の膜による吸収や反射が全く無い理想的な場
合を示す、波長0.4〜0.65μmの可視領域におい
て、A(本実施例)とB(通常構造)の光電流を比較す
ると、AはBの約172以上の値を示している。実用上
の感度の下限値を従来の172程度とすれば、可視領域
におけるポリシリコン膜厚の下限値はおおよそ50nm
程度のオーダとみなせる。
For comparison, 680 nm single MS as B (normal structure)
iO, when the film is used as a protective film, and C (theoretical value)
Comparing the photocurrents of A (this example) and B (normal structure) in the visible wavelength range of 0.4 to 0.65 μm, which represents an ideal case where there is no absorption or reflection by the surface film. A indicates a value that is approximately 172 or more of B. If the practical lower limit of sensitivity is about 172, the lower limit of polysilicon film thickness in the visible region is approximately 50 nm.
It can be considered to be of the order of degree.

つぎに赤外領域での透過率について述べる。第9図では
、波長0.65μm程度の赤色領域で光電流が若干低下
しているが、これはS io、−ポリシリコン−5io
、の3層膜による反射と干渉の影響が大きい、ポリシリ
コン層は、赤外領域では光の吸収はなく、原理的にほぼ
透明である。従って、赤外領域の固体撮像素子の場合に
はポリシリコンの厚さは、他の条件から作りやすい厚さ
でよい。
Next, we will discuss transmittance in the infrared region. In Figure 9, the photocurrent decreases slightly in the red region with a wavelength of about 0.65 μm, but this is due to the Sio, -polysilicon-5io
The polysilicon layer, which is largely affected by reflection and interference by the three-layer film , does not absorb light in the infrared region and is essentially transparent. Therefore, in the case of a solid-state imaging device in the infrared region, the thickness of polysilicon may be a thickness that is easy to manufacture considering other conditions.

1μm程度の厚さも用いることができる。Thicknesses on the order of 1 μm can also be used.

本実施例によれば、非常に筒部な構造で空間フィルタを
内蔵化した固体撮像素子を実現できる。
According to this embodiment, it is possible to realize a solid-state imaging device with a very cylindrical structure and a built-in spatial filter.

第4図は本発明の第2の実施例の全体構造図である0回
路網のノード206とフォトダイオードの出力端子20
7の間に第2のインピーダンスとしてMOSスイッチ4
03を挿入するものである。
FIG. 4 is an overall structural diagram of the second embodiment of the present invention, showing the node 206 of the 0 circuit network and the output terminal 20 of the photodiode.
MOS switch 4 as the second impedance between 7
03 is inserted.

MOSスイッチ403のゲートは、制御線411を介し
て垂直シフトレジスタ103により順次オン、オフする
The gate of the MOS switch 403 is sequentially turned on and off by the vertical shift register 103 via a control line 411.

この構造により、つぎの2つの機能が実現できる。第1
の機能として、111像信号と画像平滑化フィルタを施
した信号を任意に選んで、あるいは順々に出力すること
ができる。第2の機能としては、画像平滑化フィルタの
強度を可変にすることができる。
With this structure, the following two functions can be realized. 1st
As a function, the 111 image signal and the signal subjected to the image smoothing filter can be arbitrarily selected or outputted in sequence. As a second function, the strength of the image smoothing filter can be made variable.

第1の機能は以下のように実現できる。MOSスイッチ
403を全てオフしておけば電荷の移動は起こらないか
ら、原画像がそのまま出力される。
The first function can be realized as follows. If all MOS switches 403 are turned off, no charge movement occurs, so the original image is output as is.

一方403を全てオンしておけば第1の実施例と同様に
フィルタを施すことができる。これを所望の出力の形態
に応じて使い分ける。たとえば1フレームめはMOSス
イッチ403をオフ、2フレームめは403をオンし、
これを交互に繰り返す。
On the other hand, if all 403 are turned on, a filter can be applied as in the first embodiment. These are used depending on the desired output format. For example, turn off the MOS switch 403 for the first frame, turn on the MOS switch 403 for the second frame,
Repeat this alternately.

これにより、−像信号とフィルタを施した信号が1フレ
ームずつ交互に出力できる撮像素子が実現できる。この
素子の出力を1フレームぶん記憶しておいて1次のフレ
ームの出力と比較すれば微分や輪郭強調等の演算が容易
に実行できる効果を有する。ここでMOSスイッチ40
3の制御の詳細は以下のとおりである。403のオン(
またはオフ)は、読み出しのラインが1ラインずつ順次
下方に移動するにつれて、その後から追いかけるように
制御線411を用いて1ラインずつオン(またはオフ)
していく、これにより、1ラインを読みだしたあと、つ
ぎの読みだしまでの間にフィルタを施した(または原画
像の)電荷がフォトダイオードに蓄積される。
As a result, it is possible to realize an image sensor that can alternately output a negative image signal and a filtered signal one frame at a time. By storing the output of this element for one frame and comparing it with the output of the first frame, calculations such as differentiation and contour enhancement can be easily executed. Here, MOS switch 40
The details of the control in step 3 are as follows. 403 on (
As the readout line moves downward one line at a time, the control line 411 is used to turn it on (or off) one line at a time.
As a result, the filtered charge (or the original image) is accumulated in the photodiode after one line is read out and before the next readout.

第2の機能である画像平滑化フィルタの強度の変化は、
MOSスイッチ403を蓄積モードの1部の時間だけオ
ンすることで得られる。各画素の蓄積モードの間に、制
御1!411を用いてMOSスイッチ403を適当な複
数ラインぶんだけ一定時間オンする。スイッチ403が
オンしている間だけ電荷がその複数ライン内で上F左右
に平均化される。すなわち画像平滑化が施される。読み
出しのラインが順次下方に移動するにつれて、上記の複
数のラインも1ラインぶんずっ順次下方に移していく、
これにより上記のオン時間を変化させることで電荷の移
動量すなわちフィルタの強度を自由に可変にできる。
The second function, the change in the strength of the image smoothing filter, is
This can be obtained by turning on the MOS switch 403 for only part of the time in the accumulation mode. During the accumulation mode of each pixel, control 1!411 is used to turn on the MOS switch 403 for a certain number of lines for a certain period of time. Only while the switch 403 is on, charges are averaged in the upper F and left and right sides within the plurality of lines. That is, image smoothing is performed. As the readout line sequentially moves downward, the plurality of lines mentioned above also move downward one line at a time.
This allows the amount of charge movement, that is, the strength of the filter, to be freely varied by changing the on-time.

フィルタの強度を可変にする第2の方法は、MOSスイ
ッチ403のゲートに加える電圧を変える方法である。
A second method of varying the strength of the filter is to change the voltage applied to the gate of the MOS switch 403.

これによりMOSスイッチ403のソース・ドレイン間
コンダクタンスを変化させ、電荷の移動量を調節するこ
とができる。MOSスイッチ403の、オン時間とゲー
ト電圧のどちらか一方、または両方を組合せて強度を自
由に可変にできる。
Thereby, the source-drain conductance of the MOS switch 403 can be changed, and the amount of charge movement can be adjusted. The strength of the MOS switch 403 can be freely varied by adjusting either the on time or the gate voltage, or by combining both.

本実施例により、画像信号と、強度を自由に可変にした
画像平滑化フィルタを施した信号を任意に出力できる固
体撮像素子が実現できる。
According to this embodiment, it is possible to realize a solid-state imaging device that can arbitrarily output an image signal and a signal subjected to an image smoothing filter whose intensity is freely variable.

第5図は本発明の第3の実施例の全体構造図である6回
路網の各ノード206とフォトダイオードの出力端子2
07の間をrで示した抵抗(第2のインピーダンス)2
03で各々接続する。
FIG. 5 is an overall structural diagram of the third embodiment of the present invention, showing each node 206 of the six circuit networks and the output terminal 2 of the photodiode.
Resistance (second impedance) between 07 and 2
03 to connect each.

第6図は本発明の第3の実施例の断面構造図である。抵
抗(第2のインピーダンス)203は225とは異なる
抵抗用ポリシリコン226をパターン形成して作る。た
だし抵抗用ポリシリコンの形成は一般に固体撮像素子の
製造プロセスの中に含まれているから、プロセス上の追
加は不要である。抵抗203の値を大きくとりたいとき
は、203はたとえば回の紙面に垂直な方向に長いパタ
ーンとして形成し、抵抗パターンを形成する。
FIG. 6 is a cross-sectional structural diagram of a third embodiment of the present invention. A resistor (second impedance) 203 is made by patterning resistor polysilicon 226 different from resistor 225. However, since the formation of the resistor polysilicon is generally included in the manufacturing process of a solid-state image sensor, no addition to the process is necessary. When the value of the resistor 203 is desired to be large, the resistor 203 is formed, for example, as a long pattern in the direction perpendicular to the plane of the paper to form a resistor pattern.

あるいはポリシリコンに不純物原子を注入する量を変え
ることにより、抵抗値を変えることもできる。
Alternatively, the resistance value can be changed by changing the amount of impurity atoms implanted into polysilicon.

本実施例によっても第1の実施例と同様の空間フィルタ
を実現できる。
This embodiment also makes it possible to realize a spatial filter similar to that of the first embodiment.

第7図は本発明の第4の実施例の断面構造図である0回
路網の各ノード206とフォトダイオードの出力端子2
07の間を、抵抗203とMOSスイッチ403の直列
接続で構成した第2のインピーダンスで接続する0本実
施例によって第2の実施例と同様の固体撮像素子が実現
できる。さらに抵抗203の値を変えることによっても
、画像平滑化フィルタの強度を変えることができる。
FIG. 7 is a cross-sectional structural diagram of the fourth embodiment of the present invention, showing each node 206 of the circuit network and the output terminal 2 of the photodiode.
A solid-state imaging device similar to that of the second embodiment can be realized by this embodiment in which a second impedance formed by connecting a resistor 203 and a MOS switch 403 in series is connected between 0 and 07. Furthermore, by changing the value of the resistor 203, the strength of the image smoothing filter can be changed.

第10図は本発明の第5の実施例の全体構造図フォトダ
イオード201とMOSスイッチ101の2素子で1画
素を作る0画素を2つ並べて1つの画素対を構成してい
る0図のA−A’ではさんだ部分がその画素対を示す0
画素対の中の一方のVS素(図では左側)は、画像信号
用画素で通常の固体撮像素子の画素と同じ構成である。
FIG. 10 is an overall structural diagram of the fifth embodiment of the present invention. One pixel is made up of two elements: a photodiode 201 and a MOS switch 101. Two 0 pixels are lined up to form one pixel pair. -The part between A' and 0 indicates the pixel pair.
One VS element (on the left side in the figure) in the pixel pair is an image signal pixel and has the same configuration as a pixel of a normal solid-state image sensor.

もう−方の画素(図では右側)は画像平滑化フィルタを
施した信号用画素である。抵抗202で画像平滑化フィ
ルタの回路網を構成する。右側の画素のみ、フォトダイ
オードの出力端子207と回路網のノード206を接続
する。この画素対を1組として考え、画素対を縦横にマ
トリクス状に配置する。
The other pixel (on the right side in the figure) is a signal pixel subjected to an image smoothing filter. The resistor 202 constitutes a circuit network of an image smoothing filter. Only the right pixel connects the output terminal 207 of the photodiode and the node 206 of the circuit network. These pixel pairs are considered as one set, and the pixel pairs are arranged vertically and horizontally in a matrix.

水平シフトレジスタ102.112と垂直シフトレジス
タ103によって順次アドレスを行ない、所望の個所の
MOSスイッチ101をオン、オフする。水平シフトレ
ジスタのうち、102は画像信号用画素をアドレスし、
112は画像平滑化フィルタを施した信号用画素をアド
レスするものである0両者を並行して順次アドレスする
と、互いに同期が取れた信号が得られる。水平シフトレ
ジスタ102により得られた画像信号は増幅器104を
用いて出力され、原画出力端子に導かれる。水平シフト
レジスタ112により得られた1画像平滑化フィルタを
施した信号は、増幅器104を用いて出力され画像平滑
化フィルタ出力端子に導かれる。差動増幅器106によ
り両出力の差である2次微分信号を求め、これを微分出
力端子へ導く。
The horizontal shift registers 102 and 112 and the vertical shift register 103 sequentially perform addressing to turn on and off the MOS switch 101 at a desired location. Of the horizontal shift registers, 102 addresses pixels for image signals;
Reference numeral 112 is for addressing a signal pixel subjected to an image smoothing filter.0 When both are sequentially addressed in parallel, signals synchronized with each other can be obtained. The image signal obtained by the horizontal shift register 102 is output using an amplifier 104 and guided to an original image output terminal. The signal obtained by the horizontal shift register 112 and subjected to the one-image smoothing filter is outputted using the amplifier 104 and guided to the image smoothing filter output terminal. The differential amplifier 106 obtains a second-order differential signal, which is the difference between both outputs, and leads this to the differential output terminal.

2次微分信号を増幅器104で増幅または減衰し、画像
信号に加えると輪郭強調を施した信号が得られる。これ
を輪郭強調出力へ導く1輪郭強調可蛮用の利得制御端子
105により増幅器104の利得を0以上の適当な値に
調整すれば、輪郭の強調度を自由に調整できる。
When the second-order differential signal is amplified or attenuated by the amplifier 104 and added to the image signal, a signal with contour enhancement is obtained. By adjusting the gain of the amplifier 104 to an appropriate value of 0 or more using the gain control terminal 105 for contour enhancement, which leads this signal to the edge enhancement output, the degree of edge enhancement can be freely adjusted.

つぎに画素対の配置のしかたについて述べる。Next, the method of arranging the pixel pairs will be described.

画素対を配置するとき、ある行と次の行とでは、画素対
の左右の向きを逆にする。すなわち画像信号用画素の周
囲を隣接して囲む画素はすべて、空間フィルタを施した
信号用画素になるようにする。
When arranging pixel pairs, the left and right directions of the pixel pairs are reversed between one row and the next row. In other words, all pixels adjacently surrounding the image signal pixel are signal pixels subjected to a spatial filter.

逆も同様である。このような配置により同一機能をもつ
画素が均一に配置される。またこれにより画像平滑化フ
ィルタ用の抵抗202も各画素間で均一になる効果を有
する。
The same is true vice versa. With this arrangement, pixels having the same function are uniformly arranged. This also has the effect of making the resistance 202 for the image smoothing filter uniform between each pixel.

第11図は本発明の第5の実施例の断面構造図である。FIG. 11 is a cross-sectional structural diagram of a fifth embodiment of the present invention.

第10図のA−A’断面回である。基本的な構造は第1
の実施例(第2図)と同様である。
This is a cross-sectional view taken along line AA' in FIG. The basic structure is the first
This is similar to the embodiment (FIG. 2).

本実施例では、左側が画像信号用画素、右側が空間フィ
ルタを施した信号用画素である。右側の画素上でポリシ
リコン225と、フォトダイオード201の端部(出力
端子207)を接続する0本構造により、左側の画素が
画像信号0M画像)を。
In this embodiment, the left side is an image signal pixel, and the right side is a signal pixel subjected to a spatial filter. Due to the 0 line structure connecting the polysilicon 225 and the end of the photodiode 201 (output terminal 207) on the right pixel, the left pixel receives an image signal (0M image).

右側の画素が画像平滑化フィルタを施した信号を出力す
ることができる。
The right pixel can output a signal subjected to an image smoothing filter.

以上のように本実施例によれば、非常に簡単な構造で画
像平滑化、2次微分1輪郭強調等が実現できる。1画素
あたり、はぼ2画素ぶんの素子数すなわち4素子程度で
上記の画像処理機能をチップ上に集積できるという大な
る効果を有するものである。
As described above, according to this embodiment, image smoothing, quadratic differential 1 edge enhancement, etc. can be realized with a very simple structure. This has the great effect that the above-mentioned image processing function can be integrated on a chip with the number of elements equivalent to about two pixels per pixel, that is, about four elements.

第12図は本発明の第6の実施例の全体構造図である。FIG. 12 is an overall structural diagram of a sixth embodiment of the present invention.

ここでは画素対を配置するとき、各行とも画素の左右の
向きを同一にする。この配置では最左列は画像信号出力
用画素だけだから、出力は全て第1の水平シフトレジス
タ102へ接続すればよい、その右の列は全て第2のシ
フトレジスタ112へ接続すればよい、したがって図の
上下方向に走っている出力用配線が各列あたり1本でよ
く、第5の実施例の2本に比して半分になる効果がある
Here, when arranging the pixel pairs, the left and right directions of the pixels are the same in each row. In this arrangement, the leftmost column only has pixels for outputting image signals, so all outputs need to be connected to the first horizontal shift register 102, and all the columns to the right need only be connected to the second shift register 112, so Only one output wiring runs in the vertical direction in the figure for each column, which has the effect of halving the number of output wirings in comparison to the two in the fifth embodiment.

なおこの配置では、同一目的の画素どうしの間隔が、上
下方向と左右方向で異なってしまう、しかしこれは、水
平と垂直のピッチが異なることを前提として使用すれば
使用は可能である。上記の効果とのかねあいで、目的に
応じて本構造を用いることができる。
Note that in this arrangement, the intervals between pixels having the same purpose are different in the vertical and horizontal directions, but this can be used on the premise that the horizontal and vertical pitches are different. This structure can be used depending on the purpose in consideration of the above effects.

第13図は本発明の第7の実施例の全体構造図である。FIG. 13 is an overall structural diagram of a seventh embodiment of the present invention.

空間フィルタを施した信号用画素では、回路網のノード
206とフォトダイオードの出力端子207の間に第2
のインピーダンスとしてMOSスイッチ503を挿入す
る。MOSスイッチ503のゲートは、制御線511を
介して垂直シフトレジスタ103により順次オン、オフ
する。
In the spatially filtered signal pixel, a second
A MOS switch 503 is inserted as an impedance. The gate of the MOS switch 503 is sequentially turned on and off by the vertical shift register 103 via a control line 511.

この構造により、つぎの2つの機能が実現できる。第1
の機能として、空間フィルタを施した信号出力において
空間フィルタを施すことをオン。
With this structure, the following two functions can be realized. 1st
Turns on spatial filtering on the spatially filtered signal output as a function.

オフすることができる。これにより例えば各画素対の中
の2つの画素どうしの、ペアー性をチエツクすることが
できる。第2の機能としては、第2の実施例で述べたの
と同様な手法で、画像平滑化フィルタの強度を可変にす
ることができる。
Can be turned off. This makes it possible, for example, to check the pairability of two pixels in each pixel pair. As a second function, the strength of the image smoothing filter can be made variable using a method similar to that described in the second embodiment.

第1の機能は以下のように実現できる。MOSスイッチ
503を全てオフしておけば電荷の移動は起こらないか
ら1画像信号がそのまま出力される。一方503を全て
オンしておけば第1の実施例と同様に空間フィルタを施
すことができる。これを所望の出力の形態に応じて使い
分ける。
The first function can be realized as follows. If all MOS switches 503 are turned off, no charge movement occurs, so one image signal is output as is. On the other hand, if all 503 are turned on, a spatial filter can be applied as in the first embodiment. These are used depending on the desired output format.

第14図は本発明の第8の実施例の全体構造図である。FIG. 14 is an overall structural diagram of an eighth embodiment of the present invention.

空間フィルタを施した信号用画素では、回路網の各ノー
ド206とフォトダイオードの出力端子207の間を抵
抗(第2のインピーダンス)603で接続する0本実施
例によって第3の実施例と同様の空間フィルタを用いる
ことができる。
In the signal pixel subjected to the spatial filter, each node 206 of the circuit network and the output terminal 207 of the photodiode are connected by a resistor (second impedance) 603. Spatial filters can be used.

第15図は本発明の第9の実施例の全体構造図である。FIG. 15 is an overall structural diagram of a ninth embodiment of the present invention.

空間フィルタを施した信号用画素では、第2のインピー
ダンスとして、MOSスイッチ503と抵抗603の直
列接続を用いるものである0本実施例によって第4の実
施例と同様の空間フィルタを用いることができる。
In the spatially filtered signal pixel, a series connection of a MOS switch 503 and a resistor 603 is used as the second impedance. According to this embodiment, a spatial filter similar to that of the fourth embodiment can be used. .

第16図は本発明の第10の実施例の全体構造図である
。水平方向の読みだし線の駆動方法に関する実施例であ
る。第7の実施例(第13図)の全体構造において、制
御線511と垂直シフトレジスタとの間に、タイミング
調整回路801を設けたものである0本構造により、M
OSスイッチ503のオン、オフのタイミングが、MO
Sスイッチ101とある関係を有するように容易に調整
することができる。なお本構造はMOSスイッチ403
.503を有する他の構造、例えば第2.4.9の実施
例の構造(第4.7.15図)にも同様に適用できる。
FIG. 16 is an overall structural diagram of a tenth embodiment of the present invention. This is an example of a method for driving a readout line in the horizontal direction. In the overall structure of the seventh embodiment (FIG. 13), the timing adjustment circuit 801 is provided between the control line 511 and the vertical shift register.
The on/off timing of the OS switch 503 is determined by the MO
It can be easily adjusted to have a certain relationship with the S switch 101. Note that this structure is a MOS switch 403
.. 503, such as the structure of the embodiment 2.4.9 (FIG. 4.7.15).

第17図は本発明の第11の実施例の全体構造図である
。垂直方向の読みだし線の駆動方法に関する実施例であ
る0画像信号用画素と、空間フィルタを施した信号用画
素の、垂直方向の読みだし線の駆動を、ともに水平シフ
トレジスタ102で行なう1本構造により水平シフトレ
ジスタが1つですむ、なお本構造は駆動回路に関する所
に特徴があり、画素の構造は選ばない、任意の画素構造
に適用できる。
FIG. 17 is an overall structural diagram of an eleventh embodiment of the present invention. This is an embodiment of a vertical readout line driving method, in which the vertical readout lines of a 0 image signal pixel and a spatially filtered signal pixel are both driven by a horizontal shift register 102. This structure requires only one horizontal shift register, and this structure is unique in that it relates to the drive circuit, and can be applied to any pixel structure regardless of the pixel structure.

第18図は本発明の第12の実施例の全体構造図である
。垂直方向の読みだし線の駆動方法に関する実施例であ
る。第11の実施例の構造(第17図)において、タイ
ミング調整回路801を設けたものである。これにより
画像信号用画素と、空間フィルタを施した信号用画素の
、垂直方向の読みだしのタイミングの関係を賽易に調整
することができる。なお本構造も駆動回路に関する所に
特徴があり、任意の画素構造に適用できることはいうま
でもない。
FIG. 18 is an overall structural diagram of a twelfth embodiment of the present invention. This is an example of a method for driving a readout line in the vertical direction. In the structure of the eleventh embodiment (FIG. 17), a timing adjustment circuit 801 is provided. This makes it possible to easily adjust the relationship between the vertical readout timings of the image signal pixels and the spatially filtered signal pixels. Note that this structure is also unique in that it relates to the drive circuit, and it goes without saying that it can be applied to any pixel structure.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば分布定数インピーダンスによる理想的な
2次元的画像平滑化フィルタが実現できる効果を有する
。またフィルタの強度を自由に変化できる。またフィル
タを形成するために特別に工程を追加する必要がなく、
非常に簡単な1llll造プロセスと少ない素子数で実
現できる効果がある。
According to the present invention, an ideal two-dimensional image smoothing filter using distributed constant impedance can be realized. Also, the strength of the filter can be changed freely. In addition, there is no need to add a special process to form the filter.
This has an effect that can be achieved with a very simple one-piece manufacturing process and a small number of elements.

また第1のインピーダンスは画素上に重ねられて形成さ
れるため、チップ面積の増大がないという効果がある。
Furthermore, since the first impedance is formed overlapping the pixel, there is an effect that the chip area does not increase.

つぎに画像信号、画像平滑化フィルタを施した信号、2
次微分信号、および輪郭強調を施した信号の全てまたは
任意の組合せを出力するような、固体撮像素子を実現可
能にする効果がある。詳しくは1画素あたり4素子程度
の少ない素子数と、簡単な製造プロセスでこれを実現す
ることにより、これらの画像処理機能を同時にオンチッ
プ化できる固体撮像素子の実現を可能にする効果がある
Next, the image signal, the signal subjected to the image smoothing filter, 2
This has the effect of making it possible to realize a solid-state imaging device that outputs all or any combination of the second-order differential signal and the edge-enhanced signal. Specifically, by realizing this with a small number of elements, about 4 elements per pixel, and a simple manufacturing process, it is possible to realize a solid-state image sensor that can simultaneously incorporate these image processing functions on-chip.

これらの非常に大きい効果を有するものである。It has these extremely large effects.

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

第1図は本発明第1の実施例の全体構造図、第2図は本
発明第1の実施例の断面構造図、第3図は人工網膜の概
念図、第4図は本発明第2の実施例の全体構造図、第5
図は本発明第3の実施例の全体構造図、第6図は本発明
第3の実施例の断面構造図、第7図は本発明第4の実施
例の全体構造図、第8図は本発明第1の実施例の2つの
画素とこれを結ぶ抵抗Rの等価回路図、第9図は、本発
明第1の実施例の光電流の波長特性のシミュレーション
計算値、第10図は本発明第5の実施例の全体構造図、
第11図は本発明第5の実施例の断面構造図、第12図
は本発明第6の実施例の全体構造図、第13図は本発明
第7の実施例の全体構造図、第flitは本発明第8の
実施例の全体構造図、第15図は本発明第9の実施例の
全体構造図、第16図は本発明第10の実施例の全体構
造図、篤17図は本発明第11の実施例の全体構造図。 第18図は本発明第12の実施例の全体構造図である。 101・・・MOSスイッチ、102・・・水平シフト
レジスタ、103川垂直シフトレジスタ、104°゛増
幅器、105・・・利得制御端子、108・・・差動増
@器、107・・・加算器、112・・・第2の水平シ
フトレジスタ、201・・・フォトダイオード、202
・・・抵抗(第1のインピーダンス)、203・・・抵
抗(第2のインピーダンス)、204・・・差動増幅器
、205・・・回路網、206・・・回路網のノード、
207・・・フォトダイオードの出力端子、221・・
・基板、222・・・S i O,,223・・・ポリ
シリコンゲート、224・・・A1.225・・・ポリ
シリコン、226・・・抵抗用ポリシリコン、403・
・・MOSスイッチ(第2のインピーダンス)、411
・・・制御線、503・・・MOSスイッチ(第2のイ
ンピーダンス)、511・・・制御線、603・・・抵
抗(第2のインピーダンス)、801・・・タイミング
調整回路。 101  MCl5スイ−y+   702  永、弔
シフトレジスタ        to3  史1シフト
I/3;スク2o17オkp71−→:   2o2 
&*(第+trs>ヒしy>z>    2ob  巨
1%−1[1/)ノー閥2I777/rLダイオ=どの
敵刀鳩予垢 憾 2ユl MOSスイヅ在 暇しンコン 201 7オトタイオーy       2712  
M(宥51のイ〉とシブふヌ、)2Ob   回嚇伽ノ
ー12oq  77h#y゛のム刀4)   4o3p
lo話イッ今Cめ2めインごジグ〉ズ9411  制4
!IP轍 狛 θ 第 図 1!J粂1 両系2 一一→Δα 1フし−ムイ4朗9ゴ 渫 已 0.4 α5   0.b  O,bS 遍表入(μ包) 嘱 ! 図 M0S入イ1.2+ オζリシ1)コン
Fig. 1 is an overall structural diagram of the first embodiment of the present invention, Fig. 2 is a cross-sectional structural diagram of the first embodiment of the present invention, Fig. 3 is a conceptual diagram of an artificial retina, and Fig. 4 is a diagram of the second embodiment of the present invention. 5th overall structural diagram of the embodiment of
The figure is an overall structural diagram of the third embodiment of the present invention, FIG. 6 is a sectional structural diagram of the third embodiment of the present invention, FIG. 7 is an overall structural diagram of the fourth embodiment of the present invention, and FIG. An equivalent circuit diagram of two pixels and a resistor R connecting them in the first embodiment of the present invention, FIG. 9 is a simulation calculation value of the wavelength characteristic of the photocurrent in the first embodiment of the present invention, and FIG. Overall structural diagram of the fifth embodiment of the invention,
FIG. 11 is a cross-sectional structural diagram of the fifth embodiment of the present invention, FIG. 12 is an overall structural diagram of the sixth embodiment of the present invention, and FIG. 13 is an overall structural diagram of the seventh embodiment of the present invention. 15 is an overall structural diagram of the 8th embodiment of the present invention, FIG. 15 is an overall structural diagram of the 9th embodiment of the present invention, FIG. 16 is an overall structural diagram of the 10th embodiment of the present invention, and FIG. An overall structural diagram of an eleventh embodiment of the invention. FIG. 18 is an overall structural diagram of the twelfth embodiment of the present invention. 101... MOS switch, 102... horizontal shift register, 103 vertical shift register, 104° amplifier, 105... gain control terminal, 108... differential amplifier, 107... adder , 112... second horizontal shift register, 201... photodiode, 202
... Resistor (first impedance), 203... Resistor (second impedance), 204... Differential amplifier, 205... Circuit network, 206... Node of circuit network,
207...Photodiode output terminal, 221...
・Substrate, 222...S i O,, 223...Polysilicon gate, 224...A1.225...Polysilicon, 226...Polysilicon for resistance, 403...
・・MOS switch (second impedance), 411
... Control line, 503 ... MOS switch (second impedance), 511 ... Control line, 603 ... Resistor (second impedance), 801 ... Timing adjustment circuit. 101 MCl5 sui-y+ 702 Ei, condolence shift register to3 History 1 shift I/3; Sc2o17okp71-→: 2o2
&*(No.
M (Yu 51 no I) and Shibufunu,) 2Ob Kaimugaya no 12oq 77h #y゛ no Muto 4) 4o3p
LO talk now C second in the jig〉zu9411 System 4
! IP rutakoma θ Figure 1! J Kume 1 Ryokei 2 11 → Δα 1 Fushi - Mui 4 Ro 9 Go Yumi 0.4 α5 0. b O, bS Hen table entry (μ package) 嘱! Figure M0S input 1.2 + O ζ 1) con

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、複数の画素に対応する複数のノードを有する第1の
インピーダンスによる回路網を固体撮像素子のチップ上
に設けた構造において、固体撮像素子の抵抗性膜質また
は抵抗性半導体層のもつ分布インピーダンスによる分布
定数回路で上記回路網を形成することを特徴とする固体
撮像素子。 2、第1のインピーダンスによる回路網を用いて画像平
滑化フィルタを構成することを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の固体撮像素子。 3、固体撮像素子上の透明膜または半透明膜で前記抵抗
性膜質を形成することを特徴とする特許請求の範囲第1
項記載の固体撮像素子。 4、複数の画素と複数のノードの間を各々第2のインピ
ーダンスを介して接続することを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載の固体撮像素子。 5、スイッチ素子を用いて第2のインピーダンスを形成
することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の固体
撮像素子。 6、抵抗素子を用いて第2のインピーダンスを形成する
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の固体撮像
素子。 7、抵抗素子とスイッチ素子の直列接続で第2のインピ
ーダンスを形成することを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の固体撮像素子。 8、少なくとも1個の画像信号用画素と、少なくとも1
個の空間フィルタを施した信号用画素を同一チップ上に
有する固体撮像素子。 9、画像の輪郭強調を施した信号を発生する手段を具備
することを特徴とする特許請求の範囲第8項記載の固体
撮像素子。 10、画像信号と、輪郭強調を施した信号と、画像平滑
化フィルタを施した信号を同時に出力する手段を具備す
ることを特徴とする特許請求の範囲第8項記載の固体撮
像素子。 11、画像信号から画像平滑化フィルタを施した信号を
さしひいて2次微分信号を発生する手段と、その2次微
分信号を画像信号に加えることにより輪郭強調を施した
信号を発生する手段を具備することを特徴とする特許請
求の範囲第8項記載の固体撮像素子。 12、輪郭強調を施した信号の輪郭の強調度を変化させ
る手段を具備することを特徴とする特許請求の範囲第8
項記載の固体撮像素子。 13、画像平滑化フィルタを構成する回路網に接続され
た1個の画素と、同回路網に接続されない1個の画素に
より1組の画素対を構成し、同画素対を1単位としてチ
ップ上に配列することを特徴とする特許請求の範囲第8
項記載の固体撮像素子。 14、上記画素対の配列において画素信号用画素と画像
平滑化フィルタを施した信号用画素を互い違いに配列し
、一方の形の画素が常にもう一方の形の画素に隣接して
囲まれるように配列することを特徴とする特許請求の範
囲第8項記載の固体撮像素子。 15、複数の画素に対応する複数のノードを有する第1
のインピーダンスによる回路網で構成した、画像平滑化
フィルタを具備することを特徴とする特許請求の範囲第
8項記載の固体撮像素子。 16、固体撮像素子の抵抗性膜質または抵抗性半導体層
のもつ分布インピーダンスによる回路網で構成した、画
像平滑化フィルタを具備することを特徴とする特許請求
の範囲第8項記載の固体撮像素子。 17、固体撮像素子上の透明膜または半透明膜で上記抵
抗性膜質を形成することを特徴とする特許請求の範囲第
8項記載の固体撮像素子。 18、第1のインピーダンスによる回路網の複数のノー
ドと、対応する複数の画素の間を各々第2のインピーダ
ンスを介して接続した画像平滑化フィルタを具備するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第8項記載の固体撮像素
子。 19、スイッチ素子を用いて第2のインピーダンスを形
成することを特徴とする特許請求の範囲第8項記載の固
体撮像素子。 20、抵抗素子を用いて第2のインピーダンスを形成す
ることを特徴とする特許請求の範囲第8項記載の固体撮
像素子。 21、抵抗素子とスイッチ素子の直列接続で第2のイン
ピーダンスを形成することを特徴とする特許請求の範囲
第8項記載の固体撮像素子。 22、画像信号用画素を読みだすタイミングと、画像平
滑化フィルタを施した信号用画素を読みだすタイミング
を調整する、タイミング調整回路を具備することを特徴
とする特許請求の範囲第8項記載の固体撮像素子。 23、同じ縦列上に配置された、画像信号用画素と、画
像平滑化フィルタを施した信号用画素の読みだしを、同
一の水平シフトレジスタを用いて行なうことを特徴とす
る特許請求の範囲第8項記載の固体撮像素子。
[Claims] 1. In a structure in which a first impedance circuit network having a plurality of nodes corresponding to a plurality of pixels is provided on a chip of a solid-state image sensor, a resistive film or a resistive semiconductor of the solid-state image sensor A solid-state imaging device characterized in that the circuit network is formed of a distributed constant circuit using distributed impedance of the layers. 2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the image smoothing filter is configured using a circuit network with the first impedance. 3. Claim 1, characterized in that the resistive film is formed of a transparent film or a semi-transparent film on a solid-state image sensor.
The solid-state image sensor described in . 4. The solid-state image sensing device according to claim 1, wherein the plurality of pixels and the plurality of nodes are each connected via a second impedance. 5. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the second impedance is formed using a switch element. 6. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the second impedance is formed using a resistive element. 7. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the second impedance is formed by connecting a resistor element and a switch element in series. 8. At least one image signal pixel and at least one
A solid-state image sensor that has signal pixels each subjected to spatial filtering on the same chip. 9. The solid-state imaging device according to claim 8, further comprising means for generating a signal with image contour enhancement. 10. The solid-state imaging device according to claim 8, further comprising means for simultaneously outputting an image signal, a signal subjected to edge enhancement, and a signal subjected to an image smoothing filter. 11. Means for generating a second-order differential signal by subtracting the image smoothing filtered signal from the image signal, and means for generating a signal with edge enhancement by adding the second-order differential signal to the image signal. 9. A solid-state image sensor according to claim 8, comprising: 12. Claim 8, characterized by comprising means for changing the degree of emphasis of the contour of the signal subjected to contour emphasis.
The solid-state image sensor described in . 13. One pixel connected to the circuit network constituting the image smoothing filter and one pixel not connected to the same circuit constitute one pixel pair, and the same pixel pair is treated as one unit on the chip. Claim 8, characterized in that
The solid-state image sensor described in . 14. In the arrangement of the above pixel pairs, the pixel signal pixels and the signal pixels subjected to the image smoothing filter are arranged alternately so that the pixels of one shape are always adjacent to and surrounded by the pixels of the other shape. 9. The solid-state image sensor according to claim 8, wherein the solid-state image sensor is arranged in an array. 15. A first node having a plurality of nodes corresponding to a plurality of pixels.
9. The solid-state imaging device according to claim 8, further comprising an image smoothing filter configured with a circuit network having an impedance of. 16. The solid-state imaging device according to claim 8, further comprising an image smoothing filter constituted by a circuit network using a distributed impedance of a resistive film or a resistive semiconductor layer of the solid-state imaging device. 17. The solid-state imaging device according to claim 8, wherein the resistive film is formed of a transparent film or a semi-transparent film on the solid-state imaging device. 18. Claim 1, comprising an image smoothing filter that connects a plurality of nodes of a circuit network with a first impedance and a plurality of corresponding pixels through respective second impedances. The solid-state imaging device according to item 8. 19. The solid-state imaging device according to claim 8, wherein the second impedance is formed using a switch element. 20. The solid-state imaging device according to claim 8, wherein the second impedance is formed using a resistive element. 21. The solid-state imaging device according to claim 8, wherein the second impedance is formed by series connection of a resistance element and a switch element. 22. The device according to claim 8, comprising a timing adjustment circuit that adjusts the timing of reading out image signal pixels and the timing of reading out signal pixels subjected to an image smoothing filter. Solid-state image sensor. 23. Claim No. 2, characterized in that the same horizontal shift register is used to read out the image signal pixels and the signal pixels subjected to the image smoothing filter, which are arranged on the same column. The solid-state imaging device according to item 8.
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