JPH1070688A - Solid-state image pickup device - Google Patents
Solid-state image pickup deviceInfo
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Landscapes
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、カメラの焦点検
出装置等の被写体光を撮像信号に変換し信号処理を行う
固体撮像装置に関し、特にコントラストの低い被写体に
対し、高いS/Nでコントラストを抽出できるようにし
た固体撮像装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image pickup device such as a focus detection device for a camera, which converts a subject light into an image pickup signal and performs signal processing. The present invention relates to a solid-state imaging device that can be extracted.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般にカメラの焦点検出装置としては、
光学系により2つに分割され投影した2像をラインセン
サ等で検出し、その2像間隔より合焦位置を検出する位
相差方式や、合焦時にはセンサ上のコントラストが最大
となることを利用したコントラスト検出方式等が用いら
れている。2. Description of the Related Art Generally, as a focus detection device of a camera,
A phase difference method that detects two images divided and projected by an optical system using a line sensor and detects the in-focus position based on the interval between the two images, or that the contrast on the sensor is maximized during focusing Such a contrast detection method is used.
【0003】これらの焦点検出方式は、いずれも被写体
のコントラストが大きいときは検出精度が良く問題ない
が、コントラストが低いときの検出精度を上げるのは難
しい。このような低コントラストの被写体に対する改善
案が、特開昭64−85480号や特開平2−3668
1号等に開示されている。次に、そのブロック構成図を
図9及び図10に示し、その要点について説明する。[0003] In any of these focus detection methods, the detection accuracy is good when the contrast of the subject is large, and there is no problem. However, it is difficult to increase the detection accuracy when the contrast is low. Improvement proposals for such low-contrast subjects are disclosed in JP-A-64-85480 and JP-A-2-3668.
No. 1 and the like. Next, FIG. 9 and FIG. 10 show the block configuration diagrams, and the main points will be described.
【0004】図9及び図10に示した構成とも、映像信号
(VOS又はVideo)を得るため、複数の光電変換素子と
該光電変換素子の蓄積電荷が最大の蓄積信号の最大値
(Vmax )を検出する回路及び蓄積電荷が最小の蓄積信
号の最小値(Vmin )を検出する回路を備えており、い
ずれも最小値を基準として、ゲインをAS 倍増幅して、
AS ×(VOS−Vmin )の出力を発生するようにしてい
る。In both the configurations shown in FIGS. 9 and 10, in order to obtain a video signal (V OS or V video ), a plurality of photoelectric conversion elements and a maximum value (V max ) and a circuit for detecting the minimum value (V min ) of the accumulated signal with the smallest accumulated charge, each of which amplifies the gain by A S times based on the minimum value,
And so as to generate an output of A S × (V OS -V min ).
【0005】このAS は、最大値と最小値の差Vmax −
Vmin (=ΔVC )により決定され、ΔVC が大きいと
きはAS を小さく、ΔVC が小さいときはAS を大きく
することによって、被写体が低コントラストであって
も、コントラスト成分を増幅した信号を得ることがで
き、焦点検出装置における検出精度を上げることができ
るようになっている。[0005] This AS is the difference V max- between the maximum value and the minimum value.
V min (= ΔV C) is determined by, when [Delta] V C is large small A S, by increasing the A S When [Delta] V C is small, the object is also a low contrast, was amplified contrast component A signal can be obtained, and detection accuracy in the focus detection device can be improved.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来例
におけるコントラスト信号成分及び雑音成分のS/Nを
考えてみる。蓄積信号の最大値Vmax と最小値Vmin の
差信号、すなわちコントラスト信号成分をΔVC とする
と、次式(1)が得られる。 ΔVC =Vmax −Vmin ・・・・・・・・・・(1)Now, let us consider the S / N of the contrast signal component and the noise component in the above conventional example. If the difference signal between the maximum value V max and the minimum value V min of the accumulated signal, that is, the contrast signal component is ΔV C , the following equation (1) is obtained. ΔV C = V max −V min (1)
【0007】このVmax 信号に対する蓄積電荷量をQ
max ,Vmin 信号に対する蓄積電荷量をQmin とし、信
号電荷を信号電圧に変換する等価容量をCt とすると、
次式(2),(3)が成立する。 Qmax =Ct ・Vmax ・・・・・・・・・・・(2) Qmin =Ct ・Vmin ・・・・・・・・・・・(3) また、Qmax ,Qmin の電荷数をnmax ,nmin とする
と、次式(4),(5)で表される。 nmax =Qmax /q0 ・・・・・・・・・・・(4) nmin =Qmin /q0 ・・・・・・・・・・・(5) 但し、q0 は単位電荷量である。[0007] The accumulated charge amount with respect to the V max signal Q
Assuming that the accumulated charge amount for the max and V min signals is Q min and the equivalent capacitance for converting the signal charges to the signal voltage is C t ,
The following equations (2) and (3) hold. Q max = C t · V max (2) Q min = C t · V min (3) Also, Q max and Q Assuming that the number of charges of min is n max , n min , they are expressed by the following equations (4) and (5). n max = Q max / q 0 (4) n min = Q min / q 0 (5) where q 0 is a unit The amount of charge.
【0008】低コントラストの被写体の場合、雑音とし
ては光のゆらぎ、すなわちフォトンのショット雑音が問
題となり、その量は信号電荷数の平方根となる。低コン
トラストの場合を考え、Vmax ≒Vmin とすると、雑音
電荷数は(nmax )1/2 となる。これを雑音電圧Vn と
して換算すると、次式(6)で表される。 Vn =(nmax )1/2 ・q0 /Ct =(Vmax ・q0 /Ct )1/2 ・・・・・・・(6) したがって、S/Nは次式(7)で表される。 ΔVC /Vn =(Ct )1/2 ×(Vmax −Vmin )/(Vmax ・q0 )1/2 ・・・・・・・(7) また、これを電荷で表すと、次式(8)のようになる。 ΔVC /Vn =(Qmax −Qmin )/(Qmax ・q0 )1/2 ・・・・・・・(8)In the case of a low-contrast object, fluctuation of light, that is, shot noise of photons, becomes a problem as noise, and the amount thereof becomes the square root of the number of signal charges. Considering the case of low contrast, if V max ≒ V min , the number of noise charges is (n max ) 1/2 . When this is converted as noise voltage V n, it is expressed by the following equation (6). V n = (n max ) 1/2 · q 0 / C t = (V max · q 0 / C t ) 1/2 (6) Therefore, S / N is calculated by the following equation (7) ). ΔV C / V n = (C t ) 1/2 × (V max −V min ) / (V max · q 0 ) 1/2 (7) And the following equation (8). ΔV C / V n = (Q max −Q min ) / (Q max · q 0 ) 1/2 (8)
【0009】上記(7),(8)式からわかるように、
低コントラスト時のS/Nを大きくするには、蓄積電荷
量を大きくしなければならず、蓄積電荷量が最大の蓄積
信号の最大値Vmax が飽和しないように、蓄積電荷量を
大きくするためには、Ct すなわち信号電荷を信号電圧
に変換する電荷電圧変換の等価容量値を大きくしなけれ
ばならない。しかし、Ct を大きくすることは、単位信
号電荷量に対する信号出力、すなわち感度を低くするこ
とであり、したがって、Ct を大きくすると、低輝度の
被写体に対するS/Nを確保することが困難となる。As can be seen from the above equations (7) and (8),
To increase the S / N at low contrast, it is necessary to increase the accumulated charge amount, so that the amount of accumulated charge is not saturated is the maximum value V max of the largest accumulation signal, in order to increase the accumulated charge amount In this case, Ct, that is, the equivalent capacitance value of the charge-voltage conversion for converting the signal charge into the signal voltage must be increased. However, increasing C t means lowering the signal output per unit signal charge amount, that is, lowering the sensitivity. Therefore, if C t is increased, it is difficult to secure S / N for a low-luminance subject. Become.
【0010】また、従来例に示されているように、AS
×(VOS−Vmin )に増幅することは、出力信号の後段
にあるA/D変換器等でS/Nが決まる場合には効果が
あるが、フォトンのショット雑音でS/Nが決まる場合
は、いくら増幅してもS/Nは同じで、効果はない。Further, as shown in the conventional example, A S
Amplifying to × (V OS −V min ) is effective when the S / N is determined by an A / D converter or the like at the subsequent stage of the output signal, but the S / N is determined by the shot noise of the photon. In this case, no matter how much the signal is amplified, the S / N is the same and there is no effect.
【0011】本発明は、従来の固体撮像装置の上記問題
点を解消するためになされたもので、感度を低下させる
ことなしに蓄積電荷数を増大させ、低コントラスト時の
S/Nを上げると共に、低輝度被写体に対するS/Nを
も確保することの可能な固体撮像装置を提供することを
第1の目的とし、これは請求項1記載の発明の目的に対
応する。また本発明は、上記第1の目的を達成する固体
撮像装置において、更に信号のレンジを有効に使用し且
つ蓄積時間の制御を容易に行えるようにすることを第2
の目的とする。これは請求項2〜8記載の発明の目的に
対応する。また本発明は、上記第1の目的を達成する固
体撮像装置において、更にOB(オプティカルブラッ
ク:遮光画素)クランプ出力を得るようにすることを第
3の目的とする。これは請求項9記載の発明の目的に対
応する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the conventional solid-state imaging device. The present invention increases the number of accumulated charges without lowering the sensitivity and increases the S / N at low contrast. It is a first object of the present invention to provide a solid-state imaging device capable of ensuring an S / N ratio for a low-luminance subject, which corresponds to the first object of the present invention. Further, according to the present invention, in a solid-state imaging device which achieves the first object, a second object is to further effectively use a signal range and to easily control an accumulation time.
The purpose of. This corresponds to the object of the present invention. A third object of the present invention is to further obtain an OB (optical black: light-shielded pixel) clamp output in the solid-state imaging device which achieves the first object. This corresponds to the object of the present invention.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】上記第1の目的を達成す
るため、請求項1記載の発明は、第一導電型基板上に形
成された第二導電型拡散層を共通の第1の端子とし、該
第二導電型拡散層上に形成された複数の第一導電型拡散
層のそれぞれを第2の端子とした複数の光電変換素子
と、該複数の光電変換素子の蓄積信号電荷に対応した出
力を順次直列に読み出すための走査手段とを同一基板上
に設けた固体撮像装置において、前記複数の光電変換素
子の蓄積信号電荷の蓄積状態を検出するためのモニター
手段と、該モニター手段の検出信号に基づいて前記複数
の光電変換素子の共通の第1の端子の電位を変える制御
回路とを備えていることを特徴とするものである。According to a first aspect of the present invention, a second conductive type diffusion layer formed on a first conductive type substrate is connected to a common first terminal. And a plurality of photoelectric conversion elements each having a plurality of first conductivity type diffusion layers formed on the second conductivity type diffusion layer as a second terminal, and corresponding to accumulated signal charges of the plurality of photoelectric conversion elements. Monitoring means for detecting the accumulation state of accumulated signal charges of the plurality of photoelectric conversion elements in a solid-state imaging device provided with scanning means for sequentially reading the output in series on the same substrate; A control circuit for changing a potential of a common first terminal of the plurality of photoelectric conversion elements based on a detection signal.
【0013】このような構成の固体撮像装置において、
複数の光電変換素子の共通の第1の端子の電位を変える
ことにより、感度を低下させることなく、蓄積電荷量を
大きくすることが可能となり、低コントラスト被写体に
対するS/Nの向上を計ることができる。In the solid-state imaging device having such a configuration,
By changing the potential of the common first terminal of the plurality of photoelectric conversion elements, it is possible to increase the accumulated charge amount without lowering the sensitivity, and to improve the S / N for a low-contrast subject. it can.
【0014】また上記第2の目的を達成するため、請求
項2〜8記載の各発明は、請求項1記載の固体撮像装置
において、前記モニター手段に、前記各光電変換素子の
蓄積電荷のうち最も大きい最大値を検出する最大検出回
路、前記各光電変換素子の蓄積電荷のうち最も小さい最
小値を検出する最小検出回路、前記各光電変換素子の平
均的な信号電荷の蓄積状態を検出する平均検出回路のい
ずれか2つの回路を設け、前記制御回路は前記2つの回
路のいずれかの値が一定の基準値に保持される如く、前
記各光電変換素子の共通の第1の端子の電位を制御する
ように構成するものである。これにより信号レンジを有
効に使用し且つ蓄積時間の制御を容易に行えるようにす
ることができる。According to a second aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the first aspect of the present invention, the monitor means includes: A maximum detection circuit that detects the largest maximum value, a minimum detection circuit that detects the smallest minimum value of the charge stored in each of the photoelectric conversion elements, and an average that detects the average signal charge storage state of each of the photoelectric conversion elements. Any two circuits of the detection circuit are provided, and the control circuit changes the potential of the common first terminal of each of the photoelectric conversion elements so that the value of any one of the two circuits is maintained at a constant reference value. It is configured to be controlled. This makes it possible to use the signal range effectively and to easily control the accumulation time.
【0015】また上記第3の目的を達成するために、請
求項9記載の発明は、請求項1記載の固体撮像装置にお
いて、前記複数の光電変換素子のうち一部は遮光状態と
され、前記モニター手段は該遮光状態の光電変換素子の
蓄積信号電荷の平均値を検出する回路を備え、前記制御
回路は前記遮光状態の光電変換素子の蓄積信号電荷の平
均値が一定の基準値に保持される如く、前記各光電変換
素子の共通の第1の端子の電位を制御するように構成す
るものである。このように構成することにより、OBク
ランプ出力を得ることが可能となる。According to a ninth aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the first aspect, a part of the plurality of photoelectric conversion elements is in a light-shielding state, and The monitor means includes a circuit for detecting an average value of the accumulated signal charges of the photoelectric conversion element in the light-shielded state, and the control circuit holds the average value of the accumulated signal charges of the photoelectric conversion element in the light-shielded state at a constant reference value. Thus, the configuration is such that the potential of the common first terminal of each of the photoelectric conversion elements is controlled. With this configuration, it is possible to obtain an OB clamp output.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】次に、実施の形態について説明す
る。図1は本発明に係る固体撮像装置の第1の実施の形
態を示す回路構成図である。この実施の形態は、各画素
となる基本セル毎に容量帰還型増幅器を設けたラインセ
ンサに本発明を適用したものである。本実施の形態にお
ける各基本セルは、フォトダイオード1−1,1−2,
・・・1−nと、入出力間に帰還容量素子3とリセット
用スイッチ4を設けた増幅器2と、増幅器2の出力を共
通信号線6に接続する選択スイッチ5とで構成されてい
る。なお、1′はフォトダイオードの寄生容量である。
このような構成の基本セルを一次元状に配列し、シフト
レジスタ11を設けて各画素(基本セル)の選択スイッチ
5を順次オン、すなわち走査することによって、共通信
号線6より映像信号を得るようになっている。Next, an embodiment will be described. FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention. In this embodiment, the present invention is applied to a line sensor in which a capacitive feedback amplifier is provided for each basic cell to be a pixel. Each basic cell in the present embodiment includes photodiodes 1-1, 1-2,
.. 1-n, an amplifier 2 provided with a feedback capacitance element 3 and a reset switch 4 between input and output, and a selection switch 5 for connecting the output of the amplifier 2 to a common signal line 6. Note that 1 'is a parasitic capacitance of the photodiode.
By arranging the basic cells having such a configuration in a one-dimensional manner, providing a shift register 11 and sequentially turning on, ie, scanning, the selection switches 5 of the respective pixels (basic cells), a video signal is obtained from the common signal line 6. It has become.
【0017】上記各構成要素は、ラインセンサの基本的
な構成要素であるが、本発明においては、上記構成要素
の他に、各画素の積分動作中の蓄積電荷の最大値及び最
小値を検出するモニター回路12を設けると共に、該モニ
ター回路12において検出した最小値の出力に基づいて、
フォトダイオード1−1,1−2,・・・1−nのアノ
ードに共通に接続されたアノード制御信号線7の電位を
制御するフォトダイオード電位制御回路13を設け、更
に、ラインセンサの積分時間を制御するための積分制御
回路14を設けている。Each of the above components is a basic component of the line sensor. In the present invention, in addition to the above components, the maximum value and the minimum value of the accumulated charge during the integration operation of each pixel are detected. A monitor circuit 12 is provided, and based on the output of the minimum value detected by the monitor circuit 12,
A photodiode potential control circuit 13 for controlling the potential of an anode control signal line 7 commonly connected to the anodes of the photodiodes 1-1, 1-2,... 1-n is provided. Is provided with an integral control circuit 14 for controlling the control.
【0018】次に、各基本セルを構成するフォトダイオ
ード1−1,1−2,・・・1−nの構造を、図2に基
づいて説明する。各フォトダイオードは、n基板101 上
に形成されたpウェル拡散層102 をアノードとし、その
上に形成されたn+ 拡散層103-1,103-2,・・・103-
nをカソードとする構造を有している。ここでn+ 拡散
層103-1,103-2,・・・103-nは、図1に示したフォ
トダイオード1−1,1−2,・・・1−nに対応す
る。n+ 拡散層103-1,103-2,・・・103-nは、厚い
酸化膜(LOCOS)104 により分離されて、各画素に
対応する独立のカソード電極を形成している。これに対
し、アノードとなるpウェル拡散層102 は共通となって
おり、pウェル拡散層102 上に形成されたp+ 拡散層10
5 を介して、電位VPDが与えられるようになっている。
この電位VPDは、図1におけるフォトダイオード電圧制
御回路13の出力電圧である。Next, the structure of the photodiodes 1-1, 1-2,... 1-n constituting each basic cell will be described with reference to FIG. Each photodiode has a p-well diffusion layer 102 formed on an n-substrate 101 as an anode, and n + diffusion layers 103-1, 103-2,.
It has a structure in which n is a cathode. Here, the n + diffusion layers 103-1, 103-2, ..., 103-n correspond to the photodiodes 1-1, 1-2, ..., 1-n shown in FIG. n + diffusion layer 103-1 and 103-2, · · · 103-n is separated by a thick oxide film (LOCOS) 104, to form a cathode electrode of the independent corresponding to each pixel. On the other hand, the p-well diffusion layer 102 serving as the anode is common, and the p + diffusion layer 10 formed on the p-well diffusion layer 102 is formed.
5, the potential V PD is applied.
This potential V PD is the output voltage of the photodiode voltage control circuit 13 in FIG.
【0019】次に、上記のように構成された第1の実施
の形態に係る固体撮像装置において、低コントラスト時
のS/Nが良くなる原理を、動作と共に説明する。図1
において、帰還容量素子3の容量値をCt ,フォトダイ
オードの寄生容量1′の値をCpdとし、入射光が最大の
画素のフォトダイオードで発生する光電流をImax ,最
小の光電流をImin とする。ここで、図1の各画素中の
リセットスイッチ4をオンすることによって、帰還容量
素子3がリセットされ、リセットスイッチ4をオフする
と積分が開始される。積分開始時の各画素電圧の初期値
をV0 とすると、蓄積信号の最大値Vmax 及び最小値V
min は次式(9),(10)で表される。ここでtは積分
時間、ΔVPDはフォトダイオードの共通アノード電位V
PDの変化量である。 Vmax =V0 +Imax ・t/Ct −ΔVPD・Cpd/Ct ・・・・・(9) Vmin =V0 +Imin ・t/Ct −ΔVPD・Cpd/Ct ・・・・・(10) また、コントラスト信号ΔVC は次式(11)で表され
る。 ΔVC =(Imax −Imin )・t/Ct ・・・・・・・・・・・(11)Next, the principle of improving the S / N at low contrast in the solid-state imaging device according to the first embodiment configured as described above will be described along with the operation. FIG.
, The capacitance value of the feedback capacitance element 3 is C t , the value of the parasitic capacitance 1 ′ of the photodiode is C pd , the photocurrent generated by the photodiode of the pixel with the largest incident light is I max , and the minimum photocurrent is Let it be I min . Here, the feedback capacitance element 3 is reset by turning on the reset switch 4 in each pixel in FIG. 1, and integration is started when the reset switch 4 is turned off. Assuming that the initial value of each pixel voltage at the start of integration is V 0 , the maximum value V max and the minimum value V
min is represented by the following equations (9) and (10). Here, t is the integration time, ΔV PD is the common anode potential V of the photodiode.
This is the amount of change in PD . V max = V 0 + I max · t / C t -ΔV PD · C pd / C t ····· (9) V min = V 0 + I min · t / C t -ΔV PD · C pd / C t ..... (10) the contrast signal [Delta] V C is expressed by the following equation (11). ΔV C = (I max −I min ) · t / C t (11)
【0020】従来の固体撮像装置においては、ΔVPD=
0である。そのときの積分時間に対する最大値Vmax 及
び最小値Vmin の変化を図3に示す。図3において、V
satは飽和電圧を示している。図3からわかるように、
最大値Vmax が飽和電圧Vsat に達する時間t0 よりも
前に、積分を終了する必要がある。これに対して、図1
に示すフォトダイオード電圧制御回路13によって、最小
値Vmin が常にV0 となるように、共通アノード電位V
PDを変化させたときの積分時間に対する最大値Vmax 及
び最小値Vmin の出力の変化を図4に示す。最小値V
min を積分開始時の初期値V0 に一定に保つためには、
共通アノード電位の変化量ΔVPDを次式(12)で示すよ
うに大きくして行けばよい。 ΔVPD=Imin ・t/Cpd ・・・・・・・・・・・・・・・(12)In a conventional solid-state imaging device, ΔV PD =
0. Figure 3 shows the change of the maximum value V max and the minimum value V min for the integral time at that time. In FIG.
sat indicates the saturation voltage. As can be seen from FIG.
It is necessary to terminate the integration before the time t 0 when the maximum value V max reaches the saturation voltage V sat . In contrast, FIG.
The common anode potential V is set so that the minimum value V min is always V 0 by the photodiode voltage control circuit 13 shown in FIG.
Figure 4 shows the change in the output of the maximum value V max and the minimum value V min for the integral time when changing the PD. Minimum value V
In order to keep min constant at the initial value V 0 at the start of integration,
The change amount ΔV PD of the common anode potential may be increased as shown by the following equation (12). ΔV PD = I min · t / C pd (12)
【0021】このように、共通アノード電位VPDを変化
させることによって、図4に示すように時間t0 におけ
るコントラスト信号ΔVC は、図3におけるΔVC と一
致するが、出力は飽和しないため、このΔVC が飽和電
圧Vsat に達する時間t1 まで積分を継続することがで
きる。したがって、蓄積電荷量を増大させることがで
き、フォトンのショット雑音に対するS/Nが向上す
る。なお、このときコントラスト信号成分に対する感度
は変わらない。As described above, by changing the common anode potential V PD , as shown in FIG. 4, the contrast signal ΔV C at the time t 0 matches the ΔV C in FIG. 3, but the output is not saturated. The integration can be continued until time t 1 when this ΔV C reaches the saturation voltage V sat . Therefore, the amount of accumulated charges can be increased, and the S / N for photon shot noise is improved. At this time, the sensitivity to the contrast signal component does not change.
【0022】次に、具体的な数値を入れたS/Nの算出
例について説明する。計算を簡単にするため、Imin =
3/4・Imax ,Vsat =5・V0 とする。ΔVPD=0
のときのVmax がVsat に達する時間t0 は、前記
(9)式より、次式(13)のように表される。 t0 =4・V0 ・Ct /Imax ・・・・・・・・・・・・・(13) このときの蓄積信号電荷Qmax1及びコントラスト信号電
荷ΔQC1は、次式(14),(15)で表される。 Qmax1=Imax ・t0 =4・V0 ・Ct ・・・・・・・・・(14) ΔQC1=(Imax −Imin )・t0 =V0 ・Ct ・・・・・(15) 上記(14)式より、雑音信号電荷Qn1を求めると、次式
(16)のように表される。 Qn1=q0 ・(Qmax1/q0 )1/2 =2・(V0 ・Ct ・q0 )1/2 ・・・・・・・(16) 上記(15),(16)式より、ΔVPD=0のときのS/N
は、次式(17)で表される。 S/N(ΔVPD=0)=ΔQC1/Qn1==1/2・(V0 ・Ct /q0 )1/2 ・・・・・・・(17)Next, a description will be given of an example of calculating the S / N with specific numerical values. To simplify the calculation, I min =
3/4 · I max, and V sat = 5 · V 0. ΔV PD = 0
The time t 0 at which V max reaches V sat in the case of is represented by the following expression (13) from the expression (9). t 0 = 4 · V 0 · C t / I max (13) At this time, the accumulated signal charge Q max1 and the contrast signal charge ΔQ C1 are given by the following equation (14). , (15). Q max1 = I max · t 0 = 4 · V 0 · C t ········· (14) ΔQ C1 = (I max -I min) · t 0 = V 0 · C t ··· (15) When the noise signal charge Q n1 is obtained from the above equation (14), it is expressed as the following equation (16). Q n1 = q 0 · (Q max1 / q 0) 1/2 = 2 · (V 0 · C t · q 0) 1/2 ······· (16) above (15), (16) From the equation, S / N when ΔV PD = 0
Is represented by the following equation (17). S / N (ΔV PD = 0) = ΔQ C1 / Q n1 == 1 / · (V 0 · C t / q 0 ) 1/2 (17)
【0023】次に、ΔVPDを可変として制御したときの
S/Nを求める。最大値Vmax が飽和電圧Vsat に達す
る積分時間t1 は、コントラスト信号ΔVC が、(V
sat −V0 )となる時間であるから、上記(11)式よ
り、次式(18)のように表される。 t1 =(Vsat −V0 )・Ct /(Imax −Imin ) =16・V0 ・Ct /Imax ・・・・・・・・・・・・・・・(18) このときの蓄積電荷量Qmax2及びコントラスト信号電荷
ΔQC2は、次式(19),(20)で表される。 Qmax2=Imax ・t1 =16・V0 ・Ct ・・・・・・・・・・・(19) ΔQC2=(Imax −Imin )t1 =4・V0 ・Ct ・・・・・・(20) 上記(19) 式より雑音信号電荷Qn2を求めると、次式
(21)のように表される。 Qn2=q0 ・(Qmax2/q0 )1/2 =4・(V0 ・Ct ・q0 )1/2 ・・・・・・・(21) 上記(20),(21)式より、VPD可変のときのS/Nは
次式(22)のように表される。 S/N(VPD可変)=ΔQC2/Qn2=(V0 ・Ct /q0 )1/2 ・・・・・・・(22)Next, S / N when ΔV PD is controlled to be variable is determined. The integration time t 1 at which the maximum value V max reaches the saturation voltage V sat is determined by the contrast signal ΔV C being (V
(sat− V 0 ), and is represented by the following equation (18) from the above equation (11). t 1 = (V sat −V 0 ) · C t / (I max −I min ) = 16 · V 0 · C t / I max (18) At this time, the accumulated charge amount Q max2 and the contrast signal charge ΔQ C2 are represented by the following equations (19) and (20). Q max2 = I max · t 1 = 16 · V 0 · C t (19) ΔQ C2 = (I max -I min ) t 1 = 4 · V 0 · C t (20) When the noise signal charge Q n2 is obtained from the above equation (19), it is expressed as the following equation (21). Q n2 = q 0 · (Q max2 / q 0) 1/2 = 4 · (V 0 · C t · q 0) 1/2 ······· (21) above (20), (21) From the equation, the S / N when the V PD is variable is expressed as the following equation (22). S / N (V PD variable) = ΔQ C2 / Q n2 = (V 0 · C t / q 0 ) 1/2 (22)
【0024】ここで(17) 式と(22)式を比較すると、
VPDを可変としたときは、ΔVPD=0すなわちVPDを一
定としたときに対して、2倍のS/Nが得られることが
わかる。また、(13)式と(18)式とを対比すると、積
分時間t0 ,t1 については、t1 はt0 の4倍である
ことがわかる。したがって、VPDを可変とすることによ
って、積分時間が4倍、すなわち蓄積電荷量を4倍にす
ることができるため、S/Nが2倍改善されたことを示
している。Here, comparing the expressions (17) and (22),
It can be seen that when V PD is variable, twice the S / N is obtained when ΔV PD = 0, that is, when V PD is constant. Comparing Expressions (13) and (18), it can be seen that t 1 is four times t 0 for the integration times t 0 and t 1 . Therefore, by making V PD variable, the integration time can be quadrupled, that is, the accumulated charge amount can be quadrupled, indicating that S / N has been improved twice.
【0025】このように、信号成分に対してコントラス
ト信号成分が少ない場合、従来の固体撮像装置において
は、最大信号成分が飽和電圧に達するまでしか積分でき
ないのに対し、本発明においては、コントラスト信号が
飽和電圧に達するまで積分時間を延ばすことができるた
め、結果的に蓄積電荷量が増大し、フォトンのショット
雑音に対するS/Nを向上させることができる。As described above, when the contrast signal component is smaller than the signal component, in the conventional solid-state imaging device, integration can be performed only until the maximum signal component reaches the saturation voltage. Can reach a saturation voltage, the integration time can be extended. As a result, the amount of accumulated charge increases, and the S / N of photons against shot noise can be improved.
【0026】図4においては、蓄積電荷信号の最小値V
min が一定となるように、フォトダイオードの共通アノ
ード電位VPDを制御した例を示したが、蓄積電荷信号の
最大値Vmax が一定となるようにVPDを制御してもよ
い。図5は、最大値Vmax を一定となるようにVPDを制
御した場合の積分時間に対する出力を示したものである
が、図5に示すように、積分開始時の初期電圧値V0 が
飽和電圧Vsat に近い場合は、最大値Vmax を一定とし
た方が、信号レンジを有効に使用することができる。In FIG. 4, the minimum value V of the stored charge signal is shown.
Although the example in which the common anode potential V PD of the photodiodes is controlled so that min is constant, V PD may be controlled such that the maximum value V max of the accumulated charge signal is constant. FIG. 5 shows the output with respect to the integration time when V PD is controlled so that the maximum value V max is constant. As shown in FIG. 5, the initial voltage value V 0 at the start of integration is reduced. When the saturation voltage is close to the saturation voltage V sat , the signal range can be more effectively used by keeping the maximum value V max constant.
【0027】また、積分開始時の初期値V0 がほぼ中間
電位の場合は、図6に示すように、最大値と最小値の平
均値、すなわち(Vmax +Vmin )/2が常に積分開始
時の初期値V0 となるように制御するのが有効である。When the initial value V 0 at the start of the integration is almost at the intermediate potential, as shown in FIG. 6, the average value of the maximum value and the minimum value, that is, (V max + V min ) / 2, always starts the integration. It is effective to control so as to be the initial value V 0 at the time.
【0028】次に、モニター回路12及びフォトダイオー
ド電圧制御回路13の具体的な構成例について説明する。
モニター回路としては本件発明者が先に特願平8−97
307号において開示したピーク検出回路を用いること
により、Vmax ,Vmin 検出回路を構成することができ
る。その回路構成を図7に示す。図7において、20はセ
ンサアレイで、該センサアレイ20の各画素の出力は、n
MOSトランジスタ21−1〜21−nのゲート及びpMO
Sトランジスタ22−1〜22−nのゲートに接続され、そ
れらのnMOSトランジスタ及びpMOSトランジスタ
のドレインは、電源VDD又はグランドに接続され、ソー
スは共通に信号線に接続され、各ソース信号線には抵抗
負荷23又は24が接続されている。なお、上記フォロア構
成のnMOSトランジスタ21−1〜21−n及びpMOS
トランジスタ22−1〜22−nは、それぞれバックゲート
となるウェルを共通にして形成されている。Next, a specific configuration example of the monitor circuit 12 and the photodiode voltage control circuit 13 will be described.
As a monitor circuit, the present inventor has previously filed Japanese Patent Application No. 8-97.
By using the peak detection circuit disclosed in Japanese Patent 307 can be configured V max, the V min detection circuit. FIG. 7 shows the circuit configuration. In FIG. 7, reference numeral 20 denotes a sensor array, and the output of each pixel of the sensor array 20 is n
Gates and pMO of MOS transistors 21-1 to 21-n
The drains of the nMOS transistor and the pMOS transistor are connected to the power supply VDD or the ground, the sources are commonly connected to the signal line, and the source signal lines are connected to the S transistor 22-1 to 22-n. Is connected to a resistance load 23 or 24. Note that the nMOS transistors 21-1 to 21-n having the follower configuration and the pMOS
The transistors 22-1 to 22-n are formed with a common well serving as a back gate.
【0029】上記共通の各ソース信号線は、差動増幅器
25,26の非反転入力端子に接続され、差動増幅器25,26
の出力端子と反転入力端子間には、ゲートが差動増幅器
25,26の出力端子に接続され、ドレインが電源VDD又は
グランドに接続され、ソースが抵抗負荷29又は30に接続
されると共に反転入力端子に接続されるソースフォロア
構成のトランジスタ27,28が設けられている。Each of the common source signal lines is a differential amplifier.
Connected to the non-inverting input terminals of the differential amplifiers 25 and 26
The gate between the output terminal and the inverting input terminal
Source-follower transistors 27 and 28 are connected to the output terminals 25 and 26, the drain is connected to the power supply VDD or ground, and the source is connected to the resistive load 29 or 30 and connected to the inverting input terminal. Have been.
【0030】このような構成のVmax ,Vmin 検出回路
を用いることにより、精度よく最大値及び最小値を検出
することができるが、次に、その動作について説明す
る。共通ソース信号線の信号電圧をVmin 側及びVmax
側で、それぞれVi1(+) ,Vi2(+) とすると、次式(2
3),(24)で表される。 Vi1(+) =k1 vsmin−Vgsn ・・・・・・・・・・・・・・・(23) Vi2(+) =k2 vsmax+Vgsp ・・・・・・・・・・・・・・・(24) ここで、vsmin ,vsmaxは積分中のセンサの信号電圧の
最小値及び最大値、k1,k2 はnMOSトランジスタ
及びpMOSトランジスタの基板効果によるゲインの低
下分で、プロセスにより異なるが通常0.6 〜0.9 程度の
値をとる。また、Vgsn ,Vgsp は、それぞれnMOS
トランジスタ及びpMOSトランジスタのゲート・ソー
ス間電圧で、この値は基板効果によりソースの共通信号
線の電圧によって変化するため定数ではない。[0030] By using the V max, V min detecting circuit having such a configuration, it is possible to accurately detect the maximum value and the minimum value, then, the operation is described. The signal voltage of the common source signal line V min side and V max
On the other hand, assuming that V i1 (+) and V i2 (+) respectively,
3), (24). V i1 (+) = k 1 v smin -V gsn ··············· (23) V i2 (+) = k 2 v smax + V gsp ······· (24) Here, v smin and v smax are the minimum and maximum values of the signal voltage of the sensor being integrated, and k 1 and k 2 are the gains due to the body effect of the nMOS transistor and the pMOS transistor. It usually takes a value of about 0.6 to 0.9, depending on the process. V gsn and V gsp are nMOS
The voltage between the gate and the source of the transistor and the pMOS transistor. This value is not a constant since it varies with the voltage of the common signal line of the source due to the body effect.
【0031】また、ソースフォロア構成のトランジスタ
27,28への入力電圧、すなわちVmin ,Vmax は、この
ソースフォロア構成のトランジスタ27,28の出力電圧、
すなわち差動増幅器25,26の反転入力端子の電圧をV
i1(-) ,Vi2(-) とすると、次式(25),(26)で表さ
れる。 Vi1(-) =k1 Vmin −Vgsn ′ ・・・・・・・・・・・・・・(25) Vi2(-) =k2 Vmax −Vgsp ′ ・・・・・・・・・・・・・・(26) ここで、k1 ,k2 はソースフォロア構成のトランジス
タ27,28の基板効果によるゲイン低下分で、Vgsn ′,
Vgsp ′はソースフォロア構成のトランジスタ27,28の
ゲート・ソース間電圧である。なお、k1 ,k2 はプロ
セスによって決まる値で、上記(23),(24)式の
k1 ,k2 とは、同一基板上に形成されている場合は同
じ値である。A transistor having a source follower configuration
The input voltages to the transistors 27 and 28, that is, V min and V max are the output voltages of the transistors 27 and 28 in this source follower configuration,
That is, the voltage of the inverting input terminals of the differential amplifiers 25 and 26 is set to V
Assuming that i1 (−) and V i2 (−) , they are expressed by the following equations (25) and (26). V i1 (-) = k 1 V min -V gsn '·············· (25) V i2 (-) = k 2 V max -V gsp' ····· (26) Here, k 1 and k 2 are gain reductions due to the body effect of the transistors 27 and 28 having the source follower configuration, and V gsn ′,
V gsp ′ is a gate-source voltage of the transistors 27 and 28 having a source follower configuration. Incidentally, k 1, k 2 is the value determined by the process, the (23), and k 1, k 2 of (24), if it is formed on the same substrate have the same value.
【0032】差動増幅器25,26のゲインが大きく、オフ
セット電圧が零とすると、仮想接地により、Vi1(+) =
Vi1(-) ,Vi2(+) =Vi2(-) が成立するので、次式
(27),(28)が成立する。 Vmin =vsmin−(Vgsn −Vgsn ′)/k1 ・・・・・・・・(27) Vmax =vsmax+(Vgsp −Vgsp ′)/k2 ・・・・・・・・(28) 上記(27)式よりわかるように、nMOSトランジスタ
21−1〜21−nのゲート・ソース間電圧Vgsn とnMO
Sトランジスタ27のゲート・ソース間電圧Vgsn′が等
しくなるように、負荷抵抗23,29を決めることにより、
Vmin =vsminとなり、Vmin 信号出力端子からセンサ
画素中の最小積分出力(最大電圧)が現れる。これは、
画素で積分中の電圧に対して、オフセットの付加やゲイ
ンの低下のない電圧値が得られることを示している。Assuming that the gains of the differential amplifiers 25 and 26 are large and the offset voltage is zero, V i1 (+) =
Since V i1 (−) and V i2 (+) = V i2 (−) hold, the following equations (27) and (28) hold. V min = v smin - (V gsn -V gsn ') / k 1 ········ (27) V max = v smax + (V gsp -V gsp') / k 2 ····· (28) As can be seen from the above equation (27), the nMOS transistor
Gate-source voltage V gsn of 21-1 to 21-n and nMO
By determining the load resistances 23 and 29 so that the gate-source voltage V gsn ′ of the S transistor 27 becomes equal,
V min = v smin, and the smallest integral output in the sensor pixel from V min signal output terminal (maximum voltage) appears. this is,
This shows that a voltage value without adding an offset or reducing the gain can be obtained with respect to the voltage being integrated by the pixel.
【0033】また、(28)式よりわかるように、pMO
Sトランジスタ22−1〜22−nのゲート・ソース間電圧
Vgsp と、pMOSトランジスタ28のゲート・ソース間
電圧Vgsp ′とが等しくなるように、負荷抵抗24,30を
決めることにより、Vmax =vsmaxとなり、Vmax 信号
出力端子からオフセットの付加やゲインの低下の影響を
受けない最大積分出力(最小電圧)が得られる。As can be seen from equation (28), pMO
And S transistors 22-1 to 22-n of the gate-source voltage V gsp, as the voltage V gsp 'between the gate and source of the pMOS transistor 28 are equal, by determining the load resistor 24, 30, V max = V smax , and a maximum integrated output (minimum voltage) is obtained from the V max signal output terminal without being affected by the addition of an offset or a decrease in gain.
【0034】図8は、フォトダイオード電圧制御回路の
構成例を示す図である。この構成例は、非反転入力端に
画素のリセット直後の初期値であり基準値でもあるV0
を入力し、反転入力端に最小値Vmin を入力した差動増
幅器31を設け、該差動増幅器31の出力端は、容量33を介
して差動増幅器36の反転入力端に接続されている。そし
て、この差動増幅器36の反転入力端−出力端間にはリセ
ットスイッチ34及び帰還容量35が設けられ、また出力端
はフォトダイオードのアノード端子(VPD)に接続され
るようになっている。また差動増幅器36の非反転入力端
にはフォトダイオードのアノード電位の初期値VPD0 が
与えられている。なお、差動増幅器31の非反転入力端と
出力端間には容量32が設けられているが、これは系の発
振を抑えるための位相補償容量である。FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a photodiode voltage control circuit. In this configuration example, V 0 which is an initial value and a reference value immediately after resetting of a pixel is applied to a non-inverting input terminal.
And a differential amplifier 31 having a minimum value Vmin input to an inverting input terminal, and an output terminal of the differential amplifier 31 is connected to an inverting input terminal of a differential amplifier 36 via a capacitor 33. . A reset switch 34 and a feedback capacitor 35 are provided between the inverting input terminal and the output terminal of the differential amplifier 36, and the output terminal is connected to the anode terminal (V PD ) of the photodiode. . A non-inverting input terminal of the differential amplifier 36 is supplied with an initial value V PD0 of the anode potential of the photodiode. Note that a capacitor 32 is provided between the non-inverting input terminal and the output terminal of the differential amplifier 31, and is a phase compensation capacitor for suppressing system oscillation.
【0035】このように構成されたフォトダイオード電
圧制御回路は、リセット時にリセットスイッチ34をオン
することにより、VPD出力が初期値VPD0 となる。この
後、センサの積分開始と共にリセットスイッチ34をオフ
することによって、差動増幅器36の反転入力端にV0 と
Vmin の差が現れると、VPD出力を変えてVmin とV0
が一致するように帰還がかかるようになっている。した
がって、このような構成のフォトダイオード電圧制御回
路を用いることによって、Vmin が常にV0 となるよう
にVPDを変化することができる。In the photodiode voltage control circuit configured as described above, when the reset switch 34 is turned on at the time of resetting, the VPD output becomes the initial value VPD0 . Then, when the reset switch 34 is turned off at the same time as the integration of the sensor is started, when a difference between V 0 and V min appears at the inverting input terminal of the differential amplifier 36, the V PD output is changed to change V min and V 0.
The feedback is applied so that the numbers match. Therefore, by using the photodiode voltage control circuit having such a configuration, V PD can be changed so that V min always becomes V 0 .
【0036】上記モニター回路は、最大値Vmax 及び最
小値Vmin 検出回路で構成したものを示したが、この他
にセンサの平均出力Vave を検出する回路を設けて構成
してもよい。その場合、Vmax ,Vmin ,Vave のいず
れか2つの検出回路を用い、一方の検出回路の出力をフ
ォトダイオード電圧制御回路の入力とし、他方の検出回
路の出力を積分制御回路の入力とすればよい。これらの
各検出回路の出力の選択は、センサの各画素(基本セ
ル)の構成や被写体の性質、センサの使用目的に応じて
行えばよい。なお、上記モニター回路をVmax とVave
の検出回路、あるいはVmin とVave の検出回路で構成
してもよいことは勿論である。[0036] The monitor circuit showed that constituted by the maximum value V max and the minimum value V min detection circuit may be configured by providing a circuit for detecting an average output V ave of the other sensor. In that case, any two detection circuits of V max , V min , and V ave are used, the output of one of the detection circuits is used as the input of the photodiode voltage control circuit, and the output of the other detection circuit is used as the input of the integration control circuit. do it. The output of each detection circuit may be selected according to the configuration of each pixel (basic cell) of the sensor, the nature of the subject, and the purpose of use of the sensor. Note that the above monitor circuit is connected to V max and V ave
The detection circuit or that may be composed of a detection circuit of the V min and V ave, of course.
【0037】次に、本発明に係る固体撮像装置の応用例
について説明する。上記本発明の実施の形態におけるモ
ニター回路は、光の入射する有効画素の蓄積電荷信号の
最大、最小あるいは平均を検出する回路で構成されてい
るが、センサの画素の一部を光が入射しない遮光画素と
し、該遮光画素の出力をモニター回路へ入力し、モニタ
ー回路には平均値検出回路を設けて遮光画素出力の平均
値を出力させることにより、等価的にOBクランプを行
った信号を得ることができる。すなわち、通常、遮光画
素は光が入射しなくても素子の暗電流により出力が変化
する。この遮光画素出力が変化しないように、フォトダ
イオード電位を制御することは、有効画素で発生する暗
電流成分を差し引いて出力していることに他ならない。
したがって、このような構成をとることにより、等価的
にOBクランプが行われる。Next, an application example of the solid-state imaging device according to the present invention will be described. The monitor circuit according to the embodiment of the present invention is configured by a circuit that detects the maximum, minimum, or average of the accumulated charge signal of the effective pixel to which light enters, but does not allow light to enter a part of the sensor pixel. The output of the light-shielded pixel is input to a monitor circuit, and the monitor circuit is provided with an average value detection circuit to output the average value of the light-shielded pixel output, thereby obtaining an equivalently OB clamped signal. be able to. That is, normally, the output of the light-shielded pixel changes due to dark current of the element even when light does not enter. Controlling the photodiode potential so that the output of the light-shielded pixel does not change is nothing more than subtracting and outputting a dark current component generated in an effective pixel.
Therefore, by adopting such a configuration, OB clamping is equivalently performed.
【0038】[0038]
【発明の効果】以上実施の形態に基づいて説明したよう
に、請求項1〜8記載の発明によれば、感度を低下させ
ることなく蓄積電荷数を増大させて低コントラスト被写
体のS/Nを向上させると共に、低輝度被写体に対する
S/Nをも確保することが可能な固体撮像装置を実現す
ることができる。また請求項2〜8記載の発明によれ
ば、信号のレンジを有効に使用し且つ蓄積時間の制御を
容易とすることができ、請求項9記載の発明によれば、
OBクランプ出力を容易に得ることが可能となる。As described above with reference to the embodiments, according to the first to eighth aspects of the present invention, the S / N of a low-contrast subject is increased by increasing the number of accumulated charges without lowering the sensitivity. It is possible to realize a solid-state imaging device that can improve the S / N for a low-luminance subject while improving the S / N ratio. According to the second to eighth aspects of the present invention, it is possible to effectively use the signal range and to easily control the accumulation time. According to the ninth aspect of the present invention,
An OB clamp output can be easily obtained.
【図1】本発明に係る固体撮像装置の実施の形態を示す
回路構成図である。FIG. 1 is a circuit configuration diagram illustrating an embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention.
【図2】図1に示した実施の形態におけるフォトダイオ
ード部分の構成を示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional view showing a configuration of a photodiode part in the embodiment shown in FIG.
【図3】従来の固体撮像装置における蓄積時間に対する
蓄積電荷信号の最大値及び最小値の変化を示す図であ
る。FIG. 3 is a diagram illustrating a change in a maximum value and a minimum value of a stored charge signal with respect to a storage time in a conventional solid-state imaging device.
【図4】図1に示した実施の形態における蓄積時間に対
する蓄積電荷信号の最大値及び最小値の変化の一例を示
す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a change in a maximum value and a minimum value of a stored charge signal with respect to a storage time in the embodiment illustrated in FIG. 1;
【図5】図1に示した実施の形態における蓄積時間に対
する蓄積電荷信号の最大値及び最小値の変化の他の例を
示す図である。FIG. 5 is a diagram showing another example of a change in the maximum value and the minimum value of the stored charge signal with respect to the storage time in the embodiment shown in FIG.
【図6】図1に示した実施の形態における蓄積時間に対
する蓄積電荷信号の最大値及び最小値の変化の更に他の
例を示す図である。6 is a diagram showing still another example of a change in the maximum value and the minimum value of the stored charge signal with respect to the storage time in the embodiment shown in FIG.
【図7】図1に示した実施の形態におけるモニター回路
の構成例を示す回路構成図である。FIG. 7 is a circuit configuration diagram showing a configuration example of a monitor circuit in the embodiment shown in FIG. 1;
【図8】図1に示した実施の形態におけるフォトダイオ
ード電圧制御回路の構成例を示す回路構成図である。FIG. 8 is a circuit configuration diagram showing a configuration example of a photodiode voltage control circuit in the embodiment shown in FIG. 1;
【図9】従来の低コントラスト被写体に対する改善策を
施した固体撮像装置の構成例を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional solid-state imaging device in which an improvement measure for a low-contrast subject is taken.
【図10】従来の低コントラスト被写体に対する改善策を
施した固体撮像装置の他の構成例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating another configuration example of a conventional solid-state imaging device in which an improvement measure for a low-contrast subject is taken.
1−1,1−2,・・・1−n フォトダイオード 2 増幅器 3 帰還容量素子 4 リセット用スイッチ 5 選択スイッチ 6 共通信号線 7 アノード制御信号線 11 シフトレジスタ 12 モニター回路 13 フォトダイオード電圧制御回路 14 積分制御回路 20 センサアレイ 21−1,21−2,・・・21−n nMOSトランジスタ 22−1,22−2,・・・22−p pMOSトランジスタ 23,24,29,30 抵抗負荷 25,26 差動増幅器 27,28 ソースフォロア構成のトランジスタ 31,36 差動増幅器 32 位相補償容量 33 容量 34 リセットスイッチ 35 帰還容量 101 n基板 102 pウェル拡散層 103-1,103-2,・・・103-n n+ 拡散層 104 酸化膜(LOCOS) 105 p+ 拡散層1-1, 1-2,... 1-n photodiode 2 amplifier 3 feedback capacitance element 4 reset switch 5 selection switch 6 common signal line 7 anode control signal line 11 shift register 12 monitor circuit 13 photodiode voltage control circuit 14 Integration control circuit 20 Sensor array 21-1, 21-2,..., 21-n NMOS transistor 22-1, 22-2,..., 22-p PMOS transistor 23, 24, 29, 30 Resistive load 25, 26 Differential amplifier 27,28 Source follower transistor 31,36 Differential amplifier 32 Phase compensation capacitance 33 Capacitance 34 Reset switch 35 Feedback capacitance 101 n substrate 102 p-well diffusion layer 103-1,103-2, ... 103 -n n + diffusion layer 104 oxide film (LOCOS) 105 p + diffusion layer
Claims (9)
型拡散層を共通の第1の端子とし、該第二導電型拡散層
上に形成された複数の第一導電型拡散層のそれぞれを第
2の端子とした複数の光電変換素子と、該複数の光電変
換素子の蓄積信号電荷に対応した出力を順次直列に読み
出すための走査手段とを同一基板上に設けた固体撮像装
置において、前記複数の光電変換素子の蓄積信号電荷の
蓄積状態を検出するためのモニター手段と、該モニター
手段の検出信号に基づいて前記複数の光電変換素子の共
通の第1の端子の電位を変える制御回路とを備えている
ことを特徴とする固体撮像装置。1. A plurality of first conductivity type diffusion layers formed on a second conductivity type diffusion layer, the second conductivity type diffusion layer formed on a first conductivity type substrate serving as a common first terminal. A solid-state imaging device provided with a plurality of photoelectric conversion elements each having a second terminal and scanning means for sequentially reading out outputs corresponding to accumulated signal charges of the plurality of photoelectric conversion elements in series on the same substrate And monitor means for detecting an accumulation state of accumulated signal charges of the plurality of photoelectric conversion elements, and changing a potential of a common first terminal of the plurality of photoelectric conversion elements based on a detection signal of the monitor means. A solid-state imaging device comprising a control circuit.
子の蓄積信号電荷のうち最も大きい最大値を検出する最
大検出回路と、前記蓄積信号電荷のうち最も小さい最小
値を検出する最小検出回路とを備えていることを特徴と
する請求項1記載の固体撮像装置。2. A monitor according to claim 1, wherein said monitor means comprises: a maximum detection circuit for detecting a maximum value of the stored signal charges of said photoelectric conversion elements; and a minimum detection circuit for detecting a minimum value of said stored signal charges. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising:
子の平均的な信号電荷の蓄積状態を検出する平均検出回
路と、前記各光電変換素子の蓄積信号電荷のうち最も小
さい最小値を検出する最小検出回路とを備えていること
を特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。3. The monitor means detects an average signal charge accumulation state of each of the photoelectric conversion elements, and detects a smallest minimum value of the accumulated signal charges of each of the photoelectric conversion elements. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a minimum detection circuit.
子の平均的な信号電荷の蓄積状態を検出する平均検出回
路と、前記各光電変換素子の蓄積信号電荷のうち最も大
きい最大値を検出する最大検出回路とを備えていること
を特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。4. An average detection circuit for detecting an average signal charge accumulation state of each of the photoelectric conversion elements, and a maximum value among the accumulated signal charges of each of the photoelectric conversion elements. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a maximum detection circuit.
蓄積信号電荷のうち最も小さい最小値が一定の基準値に
保持される如く、前記各光電変換素子の共通の第1の端
子の電位を制御するように構成されていることを特徴と
する請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体撮像装
置。5. A control circuit according to claim 1, wherein said control circuit controls a potential of a common first terminal of each of said photoelectric conversion elements such that a smallest minimum value among the accumulated signal charges of each of said photoelectric conversion elements is maintained at a fixed reference value. The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 3, wherein the solid-state imaging device is configured to control the following.
蓄積信号電荷の平均値が一定の基準値に保持される如
く、前記各光電変換素子の共通の第1の端子の電位を制
御するように構成されていることを特徴とする請求項
1,3,4のいずれか1項に記載の固体撮像装置。6. The control circuit controls a potential of a common first terminal of each of the photoelectric conversion elements such that an average value of accumulated signal charges of each of the photoelectric conversion elements is maintained at a constant reference value. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is configured as follows.
蓄積信号電荷のうち最も大きい最大値が一定の基準値に
保持される如く、前記各光電変換素子の共通の第1の端
子の電位を制御するように構成されていることを特徴と
する請求項1,2,4のいずれか1項に記載の固体撮像
装置。7. The control circuit according to claim 1, wherein a maximum value of the signal charges stored in each of said photoelectric conversion elements is maintained at a constant reference value. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is configured to control the following.
蓄積信号電荷のうち最も大きい最大値と最も小さい最小
値の平均の値が一定の基準値に保持される如く、前記各
光電変換素子の共通の第1の端子の電位を制御するよう
に構成されていることを特徴とする請求項1又は2記載
の固体撮像装置。8. The control circuit controls each of the photoelectric conversion elements such that an average value of the largest maximum value and the smallest minimum value among the accumulated signal charges of each photoelectric conversion element is held at a constant reference value. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the potential of the common first terminal is controlled.
光状態とされ、前記モニター手段は該遮光状態の光電変
換素子の蓄積信号電荷の平均値を検出する回路を備え、
前記制御回路は前記遮光状態の光電変換素子の蓄積信号
電荷の平均値が一定の基準値に保持される如く、前記各
光電変換素子の共通の第1の端子の電位を制御するよう
に構成されていることを特徴とする請求項1記載の固体
撮像装置。9. A part of the plurality of photoelectric conversion elements is in a light-shielded state, and the monitoring means includes a circuit for detecting an average value of accumulated signal charges of the photoelectric conversion elements in the light-shielded state,
The control circuit is configured to control a potential of a common first terminal of each of the photoelectric conversion elements so that an average value of accumulated signal charges of the photoelectric conversion elements in the light-shielded state is maintained at a constant reference value. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein
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