JPH03274960A - Solid-state image pickup element - Google Patents

Solid-state image pickup element

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JPH03274960A
JPH03274960A JP2075842A JP7584290A JPH03274960A JP H03274960 A JPH03274960 A JP H03274960A JP 2075842 A JP2075842 A JP 2075842A JP 7584290 A JP7584290 A JP 7584290A JP H03274960 A JPH03274960 A JP H03274960A
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shift register
charge
vertical shift
transferred
charges
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Takeshi Mori
健 森
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Abstract

PURPOSE:To prevent a fixed pattern noise from being included in a read data by eliminating an excess charge included in the charge transferred by a 1st vertical shift register and outputting the transfer charge to a 2nd shift register. CONSTITUTION:A charge stored in each photosensor 11 is read sequentially by a 1st vertical shift register 13, transferred by the register 13 and inputted to a photodetector section output buffer 14. The charge inputted to the buffer 14 is inputted sequentially to a signal processing circuit 15. The excess charge of the charge inputted to the circuit 15 is sliced at a slice level and the excess charge included in the read charge is cut and inputted to a 2nd vertical shift register 16. When all the charges from the photodetector section are transferred to the register 16, the charge in the register 16 is transferred to an adder section shift register 18. Thus, high speed read is realized and inclusion of a fixed pattern noise in the read data is prevented.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ダイナミックレンジを拡大することのできる
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 capable of expanding the dynamic range.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

一般に、固体撮像素子により映像信号に変換される被写
体には、固体撮像素子のダイナミックレンジよりも広い
輝度範囲となることがあり、この様な場合には被写体の
画像を正確に復元することができない。そのために、固
体撮像素子のダイナミックレンジを拡大する必要がある
In general, the subject that is converted into a video signal by a solid-state image sensor may have a brightness range that is wider than the dynamic range of the solid-state image sensor, and in such cases it is not possible to accurately restore the image of the subject. . For this purpose, it is necessary to expand the dynamic range of solid-state image sensors.

固体撮像素子のダイナミックレンジを拡大する装置とし
ては、特願昭83−201406号に示されているよう
なものがある。これは非破壊読出し型の撮像素子から露
光時間の異なる複数の画像を読出し、撮像素子外に設け
られた複数のメモリに記憶した後、各画像を加算するこ
とによってダイナミックレンジの拡大を図っている。
An example of a device for expanding the dynamic range of a solid-state image sensor is the one shown in Japanese Patent Application No. 83-201406. This works by reading out multiple images with different exposure times from a non-destructive readout type image sensor, storing them in multiple memories provided outside the image sensor, and then adding each image to expand the dynamic range. .

この様な方式を通常のCCDに適用した場合には、1枚
の広ダイナミツクレンジの画像を得るためには数フレー
ム分の時間が必要となる。例えば、露光時間を5回変え
て撮像すると、1枚の広ダイナミツクレンジの画像を得
るのに5フレ一ム分の時間が必要となり、画像を撮像素
子外へ読出すのに時間がかかるという欠点がある。
When such a method is applied to a normal CCD, it takes several frames of time to obtain one wide dynamic range image. For example, if you take an image by changing the exposure time five times, it will take five frames to obtain one wide dynamic range image, and it will take time to read the image out of the image sensor. There are drawbacks.

そこで、通常のテレビレートで露光時間の異なる複数の
画像を加算する方法として、例えば特開昭63−232
591号に提案されている駆動方法がある。
Therefore, as a method of adding together multiple images with different exposure times at a normal television rate, for example,
There is a driving method proposed in No. 591.

この駆動方法は、撮像素子に蓄積された電荷を読出すた
めのトランスファゲートに、第11図に示すタイミング
の駆動パルスを印加する。パルスφ。で撮像素子をリセ
ットし、パルスφ1によってtlの開館光して蓄積され
た電荷を垂直シフトレジスタへ転送する。次に、t2の
開館光しパルスφ2で垂直シフトレジスタへ転送し、パ
ルスφ、で転送された電荷とパルスφ2で転送された電
荷とを加算する。以後同様にして転送され、パルスφ、
で最後の電荷が転送され垂直シフトレジスタで加算され
た後、その加算値がt。の間に素子外へ出力される。
In this driving method, a driving pulse having the timing shown in FIG. 11 is applied to a transfer gate for reading charges accumulated in an image sensor. Pulse φ. The image sensor is reset by the pulse φ1, and the accumulated charge is transferred to the vertical shift register by the opening light of tl. Next, at the opening light of t2, the charges are transferred to the vertical shift register by pulse φ2, and the charges transferred by pulse φ and the charges transferred by pulse φ2 are added. Thereafter, the pulses φ,
After the last charge is transferred at and added in the vertical shift register, the added value is t. It is output to the outside of the element during this period.

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

しかしながら、一般に用いられている撮像素子は、撮像
素子の受光部に過剰光量が照射されると飽和ムラ現象が
生じ、いわゆる固定パターンノイズが現れ、このノイズ
成分が加算値に含まれることから、被写体の画像を正確
に復元することができなくなるという問題ある。
However, with commonly used image sensors, when the light receiving part of the image sensor is irradiated with an excessive amount of light, saturation unevenness occurs and so-called fixed pattern noise appears, and this noise component is included in the added value. There is a problem that the image cannot be accurately restored.

すなわち、撮像素子は第12図に示すように、受光部に
蓄積された電荷はトランスファゲートを介して垂直シフ
トレジスタへ転送されるが、露光期間内に過剰光量によ
って飽和した電荷はオーバーフロードレインに排出され
る。これによって飽和電荷による影響を防いでいる。と
ころが、オーバーフロードレインゲートの高さにはムラ
があるため、実際の飽和値が異なってくる。
In other words, as shown in Fig. 12, in the image sensor, the charges accumulated in the light receiving section are transferred to the vertical shift register via the transfer gate, but the charges saturated by the excessive amount of light during the exposure period are discharged to the overflow drain. be done. This prevents the effects of saturated charges. However, since the height of the overflow drain gate is uneven, the actual saturation value differs.

そのため、例えば第11図に示す駆動パルスで駆動した
場合に、t1〜t、の期間露光することにより、飽和す
る画素があるとすると、垂直シフトレジスタにて加算さ
れた加算値は固定パターンノイズ成分を含むこととなる
Therefore, for example, when driven with the drive pulse shown in FIG. 11, if there is a pixel that is saturated by exposure for a period of t1 to t, the added value added by the vertical shift register will be the fixed pattern noise component. will be included.

本発明は以上のような実情に鑑みてなされたもので、高
速の読出しを実現できると共に、読出されたデータに固
定パターンノイズが含まれるのを確実に防止でき、高精
度に画像を復元できる固体撮像素子を提供することを目
的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and is a solid-state device that can realize high-speed readout, reliably prevent fixed pattern noise from being included in the readout data, and restore images with high precision. The purpose is to provide an image sensor.

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

本発明は上記課題を解決するために、2次元状に配列さ
れた複数の光電変換素子と、これら複数の光電変換素子
のうち垂直方向に配列された各光電変換素子に蓄積され
る電荷を転送する第1の垂直シフトレジスタと、この第
1の垂直シフトレジスタによって転送される電荷を各画
素毎に一時的に記憶する第2の垂直シフトレジスタと、
この第2の垂直シフトレジスタに順次記憶された電荷を
各画素毎に読出す読出手段と、この読出手段によって読
出された電荷を各画素毎に加算する加算手段と、この加
算手段で得られる加算値を出力バッファへ転送する水平
シフトレジスタとを備えた固体撮像素子において、前記
第1の垂直シフトレジスタによって転送される電荷に含
まれる過剰電荷を除去した後にその転送電荷を前記第2
の垂直シフトレジスタへ出力する信号処理手段を備える
構成とした。
In order to solve the above problems, the present invention has a plurality of photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally, and transfers charges accumulated in each photoelectric conversion element arranged vertically among these plurality of photoelectric conversion elements. a first vertical shift register that temporarily stores charges transferred by the first vertical shift register for each pixel;
A readout means for reading out the charges sequentially stored in the second vertical shift register for each pixel, an addition means for adding up the charges read by the readout means for each pixel, and an addition obtained by the addition means. In a solid-state imaging device including a horizontal shift register that transfers a value to an output buffer, after removing excess charge included in the charge transferred by the first vertical shift register, the transferred charge is transferred to the second vertical shift register.
The configuration includes signal processing means for outputting to the vertical shift register.

〔作用〕[Effect]

本発明は以上のような手段を講じたことにより、複数の
光電変換素子に蓄積された電荷が、順次読出され第1の
垂直シフトレジスタを介して信号処理手段に人力し、そ
こで、例えば過剰光量による固定パターンノイズ成分が
含まれている場合には、そのノイズ成分からなる過剰電
荷が除去される。
In the present invention, by taking the above-described measures, charges accumulated in a plurality of photoelectric conversion elements are sequentially read out and sent to the signal processing means via the first vertical shift register, where, for example, excessive light amount is detected. If a fixed pattern noise component is included, excess charge consisting of the noise component is removed.

よって、イズ成分が除去された電荷が第2の垂直シフト
レジスタへ転送されて一時記憶される。この第2の垂直
シフトレジスタから読出手段によって異なる露光時間で
読出された電荷は加算手段によって各画素毎に加算され
てダイナミックレンジが拡大される。このようにしてダ
イナミックレンジが拡大された映像信号が出力バッファ
から出力される。
Therefore, the charge from which the noise component has been removed is transferred to the second vertical shift register and temporarily stored. The charges read out from the second vertical shift register by the reading means at different exposure times are added for each pixel by the adding means, thereby expanding the dynamic range. The video signal whose dynamic range has been expanded in this way is output from the output buffer.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.

本実施例は、フレームインターライントランスファ構造
またはフレームトランスファ構造の固体撮像素子に適用
した例であり、第1図に実施例の概念図を示す。
This embodiment is an example in which the present invention is applied to a solid-state imaging device having a frame interline transfer structure or a frame transfer structure, and a conceptual diagram of the embodiment is shown in FIG.

本実施例の固体撮像素子1は、照射光量に応じた電荷が
蓄積される受光部2と、この受光部2に蓄積された電荷
を順次読出すと共に蓄積された電荷を異なる露光時間で
読出すための駆動部3と、過剰電荷をカットするための
スライスレベルが予め設定されていて受光部2が飽和し
たときの固定パターンノイズをスライスした値を出力す
る信号処理部4と、この信号処理回路4の出力を逐次記
憶する蓄積部5と、この蓄積部5から各露光時間で読出
された電荷を加算する加算部6と、この加算部6の加算
値が入力する水平シフトレジスタ7と、この水平シフト
レジスタ7で転送された電荷を映像信号とてして出力す
る出力バッフ78とを主な構成要素としている。
The solid-state image sensor 1 of this embodiment includes a light receiving section 2 in which charges are accumulated according to the amount of irradiated light, and the charges accumulated in this light receiving section 2 are sequentially read out and the accumulated charges are read out at different exposure times. a signal processing section 4 that outputs a value obtained by slicing fixed pattern noise when the light receiving section 2 is saturated with a slice level set in advance for cutting excess charge, and this signal processing circuit. 4, a storage section 5 that sequentially stores the output of the storage section 5, an addition section 6 that adds the charges read out from the storage section 5 at each exposure time, a horizontal shift register 7 to which the added value of the addition section 6 is input, and The main component is an output buffer 78 that outputs the charges transferred by the horizontal shift register 7 as a video signal.

第2図は実施例の具体的な構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a specific configuration of the embodiment.

マトリクス状に配列された複数のフォトセンサ11と、
これらのフォトセンサ11の各々に設けられ読出し用の
駆動パルスが印加されるトランスファゲート12と、垂
直方向に配列された各フォトセンサ11の個々のトラン
スファゲート12に沿って設けられフォトセンサ11か
ら読出された電荷を転送する複数の第1の垂直シフトレ
ジスタ13とから受光部2を構成している。
A plurality of photosensors 11 arranged in a matrix,
A transfer gate 12 is provided for each of these photosensors 11 to which a readout drive pulse is applied, and a transfer gate 12 is provided along each transfer gate 12 of each of the photosensors 11 arranged in the vertical direction to read out data from the photosensor 11. The light receiving section 2 is constituted by a plurality of first vertical shift registers 13 that transfer the generated charges.

各垂直シフトレジスタ13の一端は、それぞれフローテ
ィング・デイフィージョン・アンプからなる受光部出力
バッフ714を介して信号処理回路15に接続されてい
る。各信号処理回路15の出力側は第2の垂直シフトレ
ジスタ16の一端に接続されている。第2の垂直シフト
レジスタ16は、各フォトセンサ11から読出された電
荷が画素毎に一時記憶される複数のレジスタからなり、
各レジスタは蓄積部トランスファゲート17を介して加
算部レジスタ18に接続されている。加算部レジスタ1
8は、第2の垂直シフトレジスタ16の各レジスタから
複数回にわたって読出される電荷を順次加算する機能を
有している。各加算部レジスタ18の一端はそれぞれ水
平シフトレジスタ19に接続されていて、この水平シフ
トレジスタ19で転送される電荷は出力バッファ20か
ら出力される構成となっている。
One end of each vertical shift register 13 is connected to the signal processing circuit 15 via a light receiving section output buffer 714 each consisting of a floating diffusion amplifier. The output side of each signal processing circuit 15 is connected to one end of a second vertical shift register 16. The second vertical shift register 16 is composed of a plurality of registers in which charges read out from each photosensor 11 are temporarily stored for each pixel.
Each register is connected to an adder register 18 via an accumulator transfer gate 17. Adder register 1
8 has a function of sequentially adding charges read out multiple times from each register of the second vertical shift register 16. One end of each adder register 18 is connected to a horizontal shift register 19, and the charges transferred by the horizontal shift register 19 are output from an output buffer 20.

受光部出力バッファ14は、第3図に示す構成となって
いる。水平シフトレジスタ電極21の各々に電圧を印加
して、読出された電荷を入力端に位置する電極21aか
ら出力側の電極21cへ転送し、その電荷を出力ゲート
OGを介してフローティング・デイフュージョンFDに
導く。このフローティング争デイフュージョンFDの電
位は、リセットゲートRGに印加されるリセットパルス
によって掃出し用ドレインDDと同電位にリセットされ
る。リセットパルスの周期は電荷の転送周期に同期して
いる。フローティング・デイフュージョンFDに導かれ
た電荷は出力バッファ23を介して信号処理回路15に
出力される。
The light receiving section output buffer 14 has a configuration shown in FIG. 3. A voltage is applied to each of the horizontal shift register electrodes 21, and the read charge is transferred from the electrode 21a located at the input end to the output side electrode 21c, and the charge is transferred to the floating diffusion FD via the output gate OG. lead to. The potential of this floating diffusion diffusion FD is reset to the same potential as that of the drain drain DD by a reset pulse applied to the reset gate RG. The period of the reset pulse is synchronized with the charge transfer period. The charges guided to the floating diffusion FD are output to the signal processing circuit 15 via the output buffer 23.

信号処理回路15は第4図に示す構成となっている。こ
の信号処理回路15はその入力端子24に受光部出力バ
ッファ14の出力が印加される。
The signal processing circuit 15 has a configuration shown in FIG. The signal processing circuit 15 has an input terminal 24 to which the output of the light receiving section output buffer 14 is applied.

入力端子24は、2つのトランジスタの互いのコレクタ
およびエミッタを接続してなるスライストランジスタ2
5の一方のベースにクランプコンデンサCを介して接続
されている。スライストランジスタ25の他方のベース
には過剰電荷をスライスする時のしきい値となるスライ
スレベルの電圧が印加されている。また、互いに接続さ
れたコレクタには定電圧Vccが印加されている。スラ
イストランジスタ25のエミッタに現われる電位が第2
の垂直シフトレジスタ16に出力される。なお、信号処
理回路15ではクランプレベルも設定される。そのため
、クランプトランジスタ26のベースに第5図(b)に
示すフィードスルークランプパルスが印加され、エミッ
タにクランプレベルの電圧が印加され、コレクタがスラ
イストランジスタ25のベースに接続されている。
The input terminal 24 is a slice transistor 2 formed by connecting the collectors and emitters of two transistors to each other.
5 via a clamp capacitor C. A slicing level voltage is applied to the other base of the slicing transistor 25, which is a threshold when slicing excess charge. Further, a constant voltage Vcc is applied to the collectors connected to each other. The potential appearing at the emitter of the slice transistor 25 is
is output to the vertical shift register 16. Note that a clamp level is also set in the signal processing circuit 15. Therefore, a feedthrough clamp pulse shown in FIG. 5(b) is applied to the base of the clamp transistor 26, a clamp level voltage is applied to the emitter, and the collector is connected to the base of the slice transistor 25.

加算部レジスタ18は、異なる露光時間で順次読出され
る電荷を蓄積するのに十分な容量を有し、その面積は第
2の垂直シフトレジスタ16のそれよりも大きく設定さ
れていて、印加電圧も大きな値に設定されている。また
、加算部レジスタ18はその容量を大きくするために、
加算部レジスタ18を構成しているシリコン基板の不純
物濃度を大きくしている。
The adder register 18 has a sufficient capacity to store charges sequentially read out at different exposure times, its area is set larger than that of the second vertical shift register 16, and the applied voltage is also larger than that of the second vertical shift register 16. It is set to a large value. Furthermore, in order to increase the capacity of the adder register 18,
The impurity concentration of the silicon substrate constituting the adder register 18 is increased.

次に、この様に構成された本実施例の作用について説明
する。
Next, the operation of this embodiment configured in this manner will be explained.

各フォトセンサ11に蓄積される電荷は各受光部トラン
スファゲート12に印加される読出しパルスによって順
次節1の垂直シフトレジスタ13に読出され、第1の垂
直シフトレジスタ13によって転送されて受光部出力バ
ッファ14に入力する。受光部出力バッファ14に入力
した電荷は電荷転送周期に同期して出力され順次信号処
理回路15に入力する。信号処理回路15に入力した信
号は、第5図(a)(b)に示すように、入力信号のフ
ィードスルー期間に合わせてクランプトランジスタ26
のベースにフィードスルークランプパルス(b)が印加
され、フィードスルーレベルがクランプトランジスタ2
6にて設定されているクランプレベルにクランプされる
。この様なりランプはフィードスルーレベルが現れる度
に行われる。この様にしてクランプされた信号は、スラ
イストランジスタ25によって、スライスレベルでスラ
イスされた後に、第2の垂直シフトレジスタ16に入力
される。
The charges accumulated in each photosensor 11 are sequentially read out to the vertical shift register 13 of node 1 by a read pulse applied to each light receiving section transfer gate 12, and transferred by the first vertical shift register 13 to the light receiving section output buffer. 14. The charges input to the light receiving unit output buffer 14 are output in synchronization with the charge transfer cycle and are sequentially input to the signal processing circuit 15. The signal input to the signal processing circuit 15 is processed by the clamp transistor 26 in accordance with the feed-through period of the input signal, as shown in FIGS. 5(a) and 5(b).
A feedthrough clamp pulse (b) is applied to the base of the clamp transistor 2, and the feedthrough level is set to the clamp transistor 2.
It is clamped to the clamp level set in 6. Such a ramp is performed each time a feedthrough level appears. The signal clamped in this manner is sliced at the slice level by the slice transistor 25 and then input to the second vertical shift register 16.

受光部から全ての電荷が第2の垂直シフトレジスタ16
へ転送されると、蓄積部トランスファゲート17に駆動
パルスが印加され、第2の垂直シフトレジスタ16の電
荷が加算部シフトレジスタ18へ転送される。
All charges from the light receiving section are transferred to the second vertical shift register 16.
When the charge is transferred to the storage section transfer gate 17, a driving pulse is applied to the storage section transfer gate 17, and the charge in the second vertical shift register 16 is transferred to the addition section shift register 18.

ここで、本実施例では、蓄積部トランスファゲート17
に第6図に示す駆動パルスが印加される。
Here, in this embodiment, the storage section transfer gate 17
A drive pulse shown in FIG. 6 is applied to the drive pulse shown in FIG.

なお、第6図に示すt。は露光開始時間を示しており、
φ1〜φ、は第2の垂直シフトレジスタ16の電荷を加
算部シフトレジスタ18へ転送するための駆動パルスを
示している。その結果、第2の垂直シフトレジスタ16
に各画素ごとに順次蓄積される電荷は、パルスφ1〜φ
、によって読出され、露光時間の異なる5つの画像が画
素(フォトセンサ)毎に加算部レジスタ18の各レジス
タへ転送され、そこで加算される。そして、パルスφ1
〜φ、を印加して複数の画像を読出した後の、toの期
間を使って加算部レジスタ18から水平シフトレジスタ
19へ電荷を転送し、出力バッファ20を介して素子外
へ電荷を転送する。
Note that t shown in FIG. indicates the exposure start time,
φ1 to φ indicate drive pulses for transferring the charges in the second vertical shift register 16 to the adder shift register 18. As a result, the second vertical shift register 16
The charges accumulated sequentially for each pixel in the pulses φ1 to φ
, and five images having different exposure times are transferred for each pixel (photo sensor) to each register of the adder register 18, and are added there. And pulse φ1
After reading out multiple images by applying ~φ, the charge is transferred from the adder register 18 to the horizontal shift register 19 using the period to, and the charge is transferred to the outside of the element via the output buffer 20. .

なお、水平シフトレジスタ19への電荷の転送は、加算
部レジスタ18で行われる。水平レジスタ19で転送さ
れる電荷は出力バッファ20を介して映像信号として出
力される。
Note that the charge is transferred to the horizontal shift register 19 by the adder register 18. The charges transferred by the horizontal register 19 are outputted as a video signal via the output buffer 20.

この様な動作により得られる光電変換特性について第7
図を参照して説明する。なお、同図には時間t、から時
間t、の間に行われる光電変換特性について示している
。f1〜f5が各露光時間t1〜t、に対応した光電変
換特性である。したがって、各露光時間t1〜t、で得
られた電荷が各画素毎に加算部レジスタ18で加算され
て、F、のような光電変換特性に変換される。このFo
特性は、対数に近似した波形としてもよいし、2乗根の
波形に近似してもよい。
Regarding the photoelectric conversion characteristics obtained by such operation, see Part 7.
This will be explained with reference to the figures. Note that the same figure shows the photoelectric conversion characteristics performed between time t and time t. f1 to f5 are photoelectric conversion characteristics corresponding to each exposure time t1 to t. Therefore, the charges obtained during each exposure time t1 to t are added for each pixel in the adder register 18, and converted into a photoelectric conversion characteristic such as F. This Fo
The characteristic may be a waveform approximated to a logarithm or may be approximated to a waveform of a square root.

これまでは、露光時間を変えて加算を行っていたが、露
光時間を一定にして加算動作を行ってもよい。つまり、
露光時間を変えずに加算することにより、累加算となり
、ランダムノイズを低減して結果的にダイナミックレン
ジを拡大する事ができる。例えば、4回累加算すること
により、JT−2倍の広ダイナミツクレンジ化か可能と
なる。この駆動方法を行うと、広ダイナミツクレンジ効
果は少ないが、光電変換特性が直線となり、固体撮像素
子1の出力後の処理回路が簡略化される利点がある。
Up to now, addition has been performed by changing the exposure time, but the addition operation may also be performed by keeping the exposure time constant. In other words,
Addition without changing the exposure time results in cumulative addition, which reduces random noise and expands the dynamic range as a result. For example, by performing cumulative addition four times, it is possible to achieve a dynamic range twice as wide as JT. When this driving method is used, although the wide dynamic range effect is small, the photoelectric conversion characteristic becomes linear, and the processing circuit after the output of the solid-state image sensor 1 is simplified.

この様に本実施例によれば、複数のフォトセンサ11か
ら読出される電荷を信号処理回路15に入力して、ここ
でクランプレベルを設定すると共に、スライストランジ
スタ25により過剰電荷をスライスレベルでスライスし
て読出された電荷に含まれている過剰電荷をカットする
ようにしたので、各フォトセンサ11から読出される電
荷に固定パターンノイズが含まれていてもそのノイズ成
分をカットすることができる。
As described above, according to this embodiment, the charges read out from the plurality of photosensors 11 are input to the signal processing circuit 15, where the clamp level is set, and the excess charges are sliced at the slice level by the slice transistor 25. Since the excess charges contained in the charges read out are cut, even if fixed pattern noise is included in the charges read out from each photosensor 11, the noise component can be cut.

また、この様にしてノイズ成分がカットされ、かつ露光
時間を異ならせて得られた複数の電荷を加算部レジスタ
18で各画素毎に加算するようにしたので、ダイナミッ
クレンジを拡大することができる。
In addition, since noise components are cut in this way, and multiple charges obtained by varying exposure times are added for each pixel in the adder register 18, the dynamic range can be expanded. .

その結果、ノイズ成分か含まれずかつダイナミックレン
ジを拡大した映像信号を得ることができ、被写体の輝度
に影響されることなく極めて高精度な画像を得ることが
でき、さらに通常のテレビレートであってもダイナミッ
クレンジの拡大された画像を得ることができる。
As a result, it is possible to obtain a video signal that does not contain noise components and has an expanded dynamic range, and it is possible to obtain extremely high-precision images without being affected by the brightness of the subject. It is also possible to obtain images with an expanded dynamic range.

さらに、素子内部に設けられた加算部レジスタ18で、
複数の画像を加算するようにしたので、複数枚の画像を
素子外部に取り出してから加算するのに比べて読出し時
間を大幅に短縮できる。
Furthermore, in the adder register 18 provided inside the element,
Since a plurality of images are added, the readout time can be significantly shortened compared to the case where a plurality of images are taken out from the element and then added.

次に、上記実施例の変形例について説明する。Next, a modification of the above embodiment will be described.

上記実施例では、受光部出力バッファ14にフローティ
ング争デイフュージョン−アンプを用いた例を示したが
、1つのポテンシャル井戸で構成す、ることもできる。
In the above embodiment, a floating diffusion amplifier is used for the light receiving unit output buffer 14, but it can also be configured with one potential well.

受光部出力バッファ14を1つのポテンシャル井戸で構
成した場合の、受光部出力バッファ14およびそれに対
応した信号処理回路15の構成を第8図に示す。この変
形例は、受光部出力バッファ14と信号処理回路15と
の間にフローティングドレイン30を設け、このフロー
ティングドレイン30に掃き出し用トランスファゲート
31を介して掃き出し用ドレイン32を接続している。
FIG. 8 shows the structure of the light receiving section output buffer 14 and the corresponding signal processing circuit 15 when the light receiving section output buffer 14 is constructed of one potential well. In this modification, a floating drain 30 is provided between the light receiving section output buffer 14 and the signal processing circuit 15, and a sweeping drain 32 is connected to the floating drain 30 via a sweeping transfer gate 31.

第9図は第8図に示すA−A線断面図であり、受光部出
力バッファ14のポテンシャルの状態を示している。な
お、ポテンシャル井戸の深さP7oを各列毎に一定とな
るように素子を製造する。
FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line A--A shown in FIG. 8, and shows the potential state of the light receiving section output buffer 14. Note that the device is manufactured so that the depth P7o of the potential well is constant for each column.

このような構成とすることにより、過剰電荷をスライス
するためのスライス回路を高密度にすることができ、素
子の小形化を図ることができる。
With such a configuration, the slicing circuit for slicing excess charge can be made denser, and the device can be made smaller.

また、他の変形例として受光部出力バッファ14にフロ
ーティング・ゲート・アンプを用いることもできる。
Further, as another modification, a floating gate amplifier may be used for the light receiving section output buffer 14.

フローティング・ゲート・アンプは直流電圧安定度に優
れ、ノイズが少いため、信号処理回路15のクランプ回
路を省略できる。
Since the floating gate amplifier has excellent DC voltage stability and low noise, the clamp circuit of the signal processing circuit 15 can be omitted.

そのため、信号処理回路15は第10図に示すようにス
ライス回路40のみから構成できる。すなわち、受光部
出力バッファ14内の転送電極33に印加された電荷は
、転送電極33aから33cへ転送されてフローティン
グゲート34へ導かれる。このフローティングゲート3
4には電極ぢ5により直流バイアス電圧が印加される。
Therefore, the signal processing circuit 15 can be composed only of the slice circuit 40 as shown in FIG. That is, the charges applied to the transfer electrode 33 in the light receiving section output buffer 14 are transferred from the transfer electrodes 33 a to 33 c and guided to the floating gate 34 . This floating gate 3
A DC bias voltage is applied to the electrode 4 by the electrode 5.

電極35は信号処理回路のスライス回路40に接続され
ている。
The electrode 35 is connected to a slice circuit 40 of the signal processing circuit.

スライス回路40は、3つの電界効果トランジスタ41
,42.43からなり、トランジスタ41と42の互い
のソースおよびドレインを接続し、一方のトランジスタ
41のゲートに電極35が接続され、他方のトランジス
タ42のゲートにスライスレベルの電圧が印加されてい
る。また、トランジスタ41.42の互いに接続されて
いるドレインに電源が接続され、ソース側は出力端子4
4に接続されると共に定電流源を形成している他のトラ
ンジスタ43に接続されている。
The slice circuit 40 includes three field effect transistors 41
, 42 and 43, the sources and drains of transistors 41 and 42 are connected to each other, the electrode 35 is connected to the gate of one transistor 41, and a voltage at a slice level is applied to the gate of the other transistor 42. . Further, a power supply is connected to the mutually connected drains of the transistors 41 and 42, and the source side is connected to the output terminal 4.
4 and another transistor 43 forming a constant current source.

なお、電界効果トランジスタに代えてバイポーラトラン
ジスタを用いることもできるが、CCD自体が電界効果
を使用していることから、電界効果トランジスタを使用
することは製造工程を簡略化する点で有利である。
Note that a bipolar transistor can be used instead of a field effect transistor, but since the CCD itself uses a field effect, using a field effect transistor is advantageous in terms of simplifying the manufacturing process.

また、以上の説明ではスライスレベルが一定の場合を例
にしているが、露光時間に応じてスライスレベルを変え
てもよ(、この様にすることにより、第6図に示す特性
F。の自由度を大きくすることができる。よって、駆動
回路を簡略化する場合は、スライスレベルを固定にし、
関数F。の自由度を大きくしたい時にはスライスレベル
を可変にすることが望ましい。
Furthermore, although the above explanation takes as an example the case where the slice level is constant, it is also possible to change the slice level according to the exposure time. Therefore, when simplifying the drive circuit, fix the slice level and
Function F. When it is desired to increase the degree of freedom, it is desirable to make the slice level variable.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上詳記したように本発明によれば、高速の読出しを実
現できると共に、読出されたデータに固定パターンノイ
ズが含まれるのを確実に防止でき、高精度に画像を復元
できる固体撮像素子を提供できる。
As detailed above, the present invention provides a solid-state image sensor that can realize high-speed readout, reliably prevent fixed pattern noise from being included in the readout data, and restore images with high precision. can.

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

第1図は実施例の概念図、第2図は実施例となる固体撮
像素子の構成図、第3図は受光部出力バッファの構成図
、第4図は信号処理回路の構成図、第5図は信号処理回
路の動作説明図、第6図は蓄積部トランスファゲートに
印加される駆動パルスを示す図、第7図は各露光時間に
応じた光電変換特性を示す図、第8図は受光部出力バッ
ファの変形例を示す図、第9図は第8図に示すA−A線
断面図、第10図は他の変形例を示す図、fil1図は
従来の撮像素子に印加されていた駆動パルスを示す図、
第12図は撮像素子のポテンシャルを示す図である。 1・・・固体撮像素子、2・・・受光部、3・・・駆動
部、4・・・信号処理部、5・・・蓄積部、6・・・加
算部、7.19・・・水平シフトレジスタ、8,20・
・・出力バッフ7.11・・・フォトセンサ、12・・
・トランスファゲート、13・・・第1の垂直シフトレ
ジスタ、14・・・受光部出力バッファ、15・・・信
号処理回路、16・・・第2の垂直シフトレジスタ、1
7・・・蓄積部トランスファゲート、
Fig. 1 is a conceptual diagram of an embodiment, Fig. 2 is a block diagram of a solid-state image sensor according to an embodiment, Fig. 3 is a block diagram of a light receiving section output buffer, Fig. 4 is a block diagram of a signal processing circuit, and Fig. 5 is a block diagram of a signal processing circuit. The figure is a diagram explaining the operation of the signal processing circuit, Figure 6 is a diagram showing the drive pulse applied to the storage transfer gate, Figure 7 is a diagram showing the photoelectric conversion characteristics according to each exposure time, and Figure 8 is a diagram showing the light reception. FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line A-A shown in FIG. 8, FIG. 10 is a diagram showing another modification, and FIG. A diagram showing drive pulses,
FIG. 12 is a diagram showing the potential of the image sensor. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Solid-state image sensor, 2... Light receiving part, 3... Drive part, 4... Signal processing part, 5... Accumulating part, 6... Adding part, 7.19... Horizontal shift register, 8, 20・
...Output buffer 7.11...Photo sensor, 12...
- Transfer gate, 13... First vertical shift register, 14... Light receiving unit output buffer, 15... Signal processing circuit, 16... Second vertical shift register, 1
7...Storage section transfer gate,

Claims (1)

【特許請求の範囲】 2次元状に配列された複数の光電変換素子と、これら複
数の光電変換素子のうち垂直方向に配列された各光電変
換素子に蓄積される電荷を転送する第1の垂直シフトレ
ジスタと、この第1の垂直シフトレジスタによって転送
される電荷を各画素毎に一時的に記憶する第2の垂直シ
フトレジスタと、この第2の垂直シフトレジスタに順次
記憶された電荷を各画素毎に読出す読出手段と、この読
出手段によって読出された電荷を各画素毎に加算する加
算手段と、この加算手段で得られる加算値を出力バッフ
ァへ転送する水平シフトレジスタとを備えた固体撮像素
子において、 前記第1の垂直シフトレジスタによって転送される電荷
に含まれる過剰電荷を除去した後にその転送電荷を前記
第2の垂直シフトレジスタへ出力する信号処理手段を備
えたことを特徴とする固体撮像素子。
[Scope of Claims] A plurality of photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally, and a first vertical transducer that transfers charges accumulated in each of the photoelectric conversion elements arranged vertically among the plurality of photoelectric conversion elements. a shift register; a second vertical shift register that temporarily stores charges transferred by the first vertical shift register for each pixel; and a second vertical shift register that temporarily stores charges transferred by the first vertical shift register for each pixel; A solid-state imaging device comprising: a readout means for reading out each pixel; an addition means for adding charges read by the readout means for each pixel; and a horizontal shift register for transferring the added value obtained by the addition means to an output buffer. A solid-state device, characterized in that the element is equipped with a signal processing means for removing excess charge contained in the charge transferred by the first vertical shift register and then outputting the transferred charge to the second vertical shift register. Image sensor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0772254A (en) * 1993-09-01 1995-03-17 Fuji Photo Film Co Ltd Method for reading radiation-image signal and radiation detector used therefor
JPH08237425A (en) * 1995-02-23 1996-09-13 Sony Corp Linear image sensor
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