JPH1155570A - Solid-state image pickup element - Google Patents
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Landscapes
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、画像入力装置に関
し、特にコンピュータなどへの画像情報を入力するのに
好適な固体撮像素子に関するものである。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an image input device, and more particularly to a solid-state image sensor suitable for inputting image information to a computer or the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】画像入力装置の一つとしての固体撮像素
子には、フォトダイオードとこのフォトダイオードで光
電変換された電気信号を順次読み出す信号読み出し用ト
ランジスタを設けたMOS型撮像素子とフォトダイオー
ドと信号電荷の転送を行うCCDからなるCCD型撮像
素子とがある。前者は、各画素のほとんどの部分を有効
な受光部であるフォトダイオードにできる反面、画素選
択時に発生するスイッチング雑音により画質を損ねる問
題があって、実用化にあたってはCCD型撮像素子が主
流となっていた。2. Description of the Related Art A solid-state image pickup device as one of image input devices has a MOS type image pickup device provided with a photodiode and a signal readout transistor for sequentially reading out electric signals photoelectrically converted by the photodiode, a photodiode, and the like. There is a CCD type image pickup device including a CCD for transferring signal charges. In the former case, most of the pixels can be used as photodiodes, which are effective light-receiving parts.On the other hand, there is a problem in that image quality is impaired due to switching noise generated when selecting pixels. I was
【0003】近年、撮像システムの高性能化に伴い固体
撮像素子も高精細化が必要となり、CCD型撮像素子に
おいても多画素化が進んできた。しかし、CCD型撮像
素子は画素をフォトダイオードとCCDで構成している
ため、多画素化により一画素あたりの面積の減少の影響
が大きくなり取り扱える信号電荷量が減少するため、画
質の劣化が問題となり、これ以上の多画素化は困難な状
況となっている。In recent years, as the performance of an imaging system has become higher, the solid-state imaging device also needs to have higher definition, and the number of pixels in a CCD type imaging device has also increased. However, since the CCD type image pickup device has pixels composed of a photodiode and a CCD, the effect of a reduction in the area per pixel increases due to the increase in the number of pixels, and the amount of signal charges that can be handled is reduced. Thus, it is difficult to increase the number of pixels.
【0004】このため、画素内部で信号読み出しに必要
となる面積が少ないMOS型撮像素子の特徴を生かし、
半導体加工技術の進展をもとに各画素毎に簡単なアンプ
を内蔵した増幅型撮像素子が検討されており、AMI
(Amplified MOS IntelligentImager)、BASIS(B
ase Stored Image Sensor)、CMD(Charge Modulati
on Device)など各種の方式が提案されている。例え
ば、AMIは、1986年テレビジョン学会全国大会の
p51〜52(安藤他、「増幅型固体撮像素子のランダ
ムノイズ」)において報告されている。For this reason, taking advantage of the characteristics of the MOS type image pickup device, which requires a small area for signal reading inside the pixel,
Based on the progress of semiconductor processing technology, an amplification type image sensor incorporating a simple amplifier for each pixel is being studied.
(Amplified MOS Intelligent Imager), BASIS (B
ase Stored Image Sensor), CMD (Charge Modulati)
on Device). For example, AMI is reported in pp. 51-52 (Ando et al., "Random noise of amplifying solid-state imaging device") at the 1986 National Convention of the Institute of Television Engineers of Japan.
【0005】以下、従来のAMIについて図8を用いて
説明する。図8(a)にAMIの固体撮像素子の構成を
示し、図8(b)に各単位画素での構成を示す。図示の
如く、2次元配列された画素81には、垂直走査回路8
2から電源電圧Vddが供給されると共に、垂直スイッ
チトランジスタTVLの開閉を行う信号線V1〜V4と
リセットトランジスタTRの開閉を行うリセット信号線
R1〜R4とが接続されている。ここで、信号線Vとリ
セット信号線Rとは共用されており、信号線Vが選択さ
れることによりリセットがかかるように接続されてい
る。また、水平走査回路83からの信号線H1〜H4は
水平スイッチトランジスタTHLの開閉を行う。Hereinafter, a conventional AMI will be described with reference to FIG. FIG. 8A shows a configuration of an AMI solid-state imaging device, and FIG. 8B shows a configuration of each unit pixel. As shown in the figure, the two-dimensionally arranged pixels 81 are provided with a vertical scanning circuit 8.
2, a power supply voltage Vdd is supplied, and signal lines V1 to V4 for opening and closing the vertical switch transistor TVL are connected to reset signal lines R1 to R4 for opening and closing the reset transistor TR. Here, the signal line V and the reset signal line R are shared, and are connected so that the reset is performed when the signal line V is selected. The signal lines H1 to H4 from the horizontal scanning circuit 83 open and close the horizontal switch transistor THL.
【0006】具体的な信号読み出し動作は、以下のよう
になる。まず垂直走査回路82によって信号線V1を選
択してから水平走査回路83により信号線H1〜H4を
順次走査して、信号線S1〜S4から信号線V1に沿っ
た画素81の画像情報としての信号電流を順次読み出
し、負荷抵抗とソースフォロワからなる出力回路84に
より電圧変換して取り出す。同様にして、信号線V2を
選択(同時にリセット信号線R1が選択される)してか
ら信号線H1〜H4を順次走査して、信号線S1〜S4
から信号電流を順次読み出し、この動作を信号線V3以
降も繰返し、全画素について信号を読み出す。A specific signal reading operation is as follows. First, the signal line V1 is selected by the vertical scanning circuit 82, then the signal lines H1 to H4 are sequentially scanned by the horizontal scanning circuit 83, and the signal as the image information of the pixel 81 along the signal line V1 from the signal lines S1 to S4. The current is sequentially read out, and voltage-converted and taken out by an output circuit 84 including a load resistor and a source follower. Similarly, after the signal line V2 is selected (the reset signal line R1 is selected at the same time), the signal lines H1 to H4 are sequentially scanned, and the signal lines S1 to S4 are scanned.
, A signal current is sequentially read out from the memory cell, and this operation is repeated for the signal line V3 and thereafter to read out signals for all pixels.
【0007】具体的な画素ごとの信号読み出し動作は、
以下のようになる。画素内の光電変換部であるフォトダ
イオードPDは、初期状態でリセットトランジスタTR
を通し初期電圧に設定されている。1フレームの光蓄積
時間に光電変換によって発生した電子はフォトダイオー
ドPDに蓄積され、その結果フォトダイオードPDの電
位は下がっていく。その電位は、増幅用トランジスタT
Aのゲートに印加されて増幅され、垂直スイッチトラン
ジスタTVLが選択されると、フォトダイオードPDの
電位の変化により変調された電流が信号線Sに読み出さ
れる。この信号読み出しの後、選択された垂直方向の画
素列について、リセットトランジスタTRを開閉してフ
ォトダイオードPDの電位がリセットされる。A specific signal reading operation for each pixel is as follows.
It looks like this: The photodiode PD, which is a photoelectric conversion unit in the pixel, has a reset transistor TR in an initial state.
Is set to the initial voltage. Electrons generated by photoelectric conversion during the light accumulation time of one frame are accumulated in the photodiode PD, and as a result, the potential of the photodiode PD decreases. The potential of the transistor T
When the voltage is applied to the gate of A and amplified and the vertical switch transistor TVL is selected, a current modulated by a change in the potential of the photodiode PD is read out to the signal line S. After the signal reading, the reset transistor TR is opened and closed for the selected vertical pixel column to reset the potential of the photodiode PD.
【0008】このように増幅型撮像素子では、増幅用ト
ランジスタTAで信号電荷を増幅することにより、これ
までのMOS型撮像素子の短所であったスイッチング雑
音成分を相対的に低減することにより性能向上を図って
いる。As described above, in the amplification type image pickup device, the signal charge is amplified by the amplifying transistor TA, so that the switching noise component which is a disadvantage of the conventional MOS type image pickup device is relatively reduced, thereby improving the performance. Is being planned.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】この増幅型撮像素子は
多画素化に適しているものの、さらに多画素化が進んだ
場合、次に述べるような問題が生じる。Although this amplification type imaging device is suitable for increasing the number of pixels, the following problem arises when the number of pixels further increases.
【0010】固体撮像素子の毎秒あたりの読み出しフレ
ーム数を一定とすると、固体撮像素子の画素数の増加に
比例して走査速度も高速となる。さらに、固体撮像素子
の出力回路や次段に接続されている画像処理装置との間
の信号線の広帯域化も必要になる。また、このような固
体撮像素子を用いた画像処理システムからいえば、取り
扱う画像データ量の増加により画像処理や認識に必要と
なる処理時間が大幅に増加する。Assuming that the number of read frames per second of the solid-state image sensor is constant, the scanning speed becomes higher in proportion to the increase in the number of pixels of the solid-state image sensor. Further, it is necessary to widen the signal line between the output circuit of the solid-state imaging device and the image processing device connected to the next stage. Further, in the case of an image processing system using such a solid-state imaging device, the processing time required for image processing and recognition is significantly increased due to an increase in the amount of image data to be handled.
【0011】例えば、現在もっともよく用いられている
固体撮像素子は有効画素数38万画素であり、画素情報
のデータレートすなわち固体撮像素子の走査周波数は1
4.32MHzである。ハイビジョンなど高精細な画像
に用いられる固体撮像素子としては有効画素数200万
画素のものが実用化されているが、その場合の走査周波
数は74.25MHzにもなり、走査回路の走査周波数
はさらに高くなる。For example, the solid-state imaging device most frequently used at present has an effective pixel number of 380,000 pixels, and the data rate of pixel information, ie, the scanning frequency of the solid-state imaging device is 1
4.32 MHz. As a solid-state imaging device used for high-definition images such as high-definition images, those having an effective pixel number of 2 million pixels have been put to practical use. In that case, the scanning frequency becomes 74.25 MHz, and the scanning frequency of the scanning circuit is further increased Get higher.
【0012】本発明の目的は、上記問題点に鑑み、多画
素化が進んだ場合でも走査周波数の増加を抑えることの
できる固体撮像素子を提供することにある。An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of suppressing an increase in scanning frequency even when the number of pixels has increased in view of the above problems.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の固体撮
像素子は、複数の光電変換手段と、該光電変換手段を走
査する走査手段と、上記光電変換手段から出力された光
電変換信号から有意な光電変換領域を特定する信号評価
手段と、該信号評価手段により有意と特定した光電変換
領域に応じて変化させた走査クロックにより上記有意と
特定した光電変換領域の光電変換手段を上記走査手段で
走査して光電変換信号を読み出すように制御する制御手
段と、を備えることを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided a solid-state imaging device comprising: a plurality of photoelectric conversion units; a scanning unit that scans the photoelectric conversion units; and a photoelectric conversion signal output from the photoelectric conversion units. A signal evaluation unit for specifying a significant photoelectric conversion region, and the scanning unit for converting the photoelectric conversion unit of the photoelectric conversion region specified as significant by a scanning clock changed according to the photoelectric conversion region specified as significant by the signal evaluation unit. And control means for controlling so as to read out the photoelectric conversion signal by scanning at the same time.
【0014】請求項2に記載の固体撮像素子は、請求項
1記載の固体撮像素子において、上記走査クロックは、
上記複数の光電変換手段を同一期間内に所定方向に全て
走査する走査クロックよりも低周波数であることを特徴
とする。According to a second aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the first aspect, the scanning clock is:
The frequency is lower than a scanning clock for scanning all of the plurality of photoelectric conversion units in a predetermined direction within the same period.
【0015】請求項3に記載の固体撮像素子は、請求項
1記載の固体撮像素子において、上記光電変換手段は2
次元状に配設され、上記信号評価手段は、上記光電変換
手段から出力された光電変換信号を垂直方向及び水平方
向に積分した結果に基づいて有意な光電変換領域を特定
することを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, there is provided the solid-state imaging device according to the first aspect, wherein the photoelectric conversion means is a two-dimensional imaging device.
The signal evaluation means is arranged in a dimension, and the signal evaluation means specifies a significant photoelectric conversion area based on a result of integrating the photoelectric conversion signal output from the photoelectric conversion means in the vertical direction and the horizontal direction. .
【0016】請求項4に記載の固体撮像素子は、請求項
1または請求項3記載の固体撮像素子において、上記信
号評価手段は、上記光電変換手段からの各出力と基準信
号との比較結果に基づき有意な光電変換領域を特定する
ことを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, in the solid-state image sensing device according to the first or third aspect, the signal evaluation means determines a comparison result between each output from the photoelectric conversion means and a reference signal. It is characterized in that a significant photoelectric conversion area is specified based on the area.
【0017】請求項5に記載の固体撮像素子は、請求項
1または請求項3記載の固体撮像素子において、上記信
号評価手段は、上記光電変換手段からの隣接する各出力
の差分値と基準信号との比較結果に基づき有意な光電変
換領域を特定することを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the first or third aspect, the signal evaluation means includes a difference value between adjacent outputs from the photoelectric conversion means and a reference signal. A significant photoelectric conversion region is specified based on the comparison result with the above.
【0018】[0018]
【発明の実施の形態】高精細な画像を扱っている場合で
も、画像の全領域が必要な場合は少なく、意味のある画
像領域があればよい場合が多い。そこで、本発明の固体
撮像素子では、そこに注目して、実際に画像情報を読み
出す前に、入力された画像のうち必要となる画像領域、
即ち有意な光電変換領域を画像の性質に基づき判定し、
その判定結果を各画素を走査する走査回路にフィードバ
ックして、必要となる画像領域に応じて走査回路の走査
クロックを変えて走査して実際の画像を取り込むことに
より、高精細な画像を扱いつつ、固体撮像素子の走査周
波数の増加を抑え、さらに画像処理装置へ入力される画
像データ量の低減を図るようにしている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Even when a high-definition image is handled, the whole area of the image is rarely needed, and in many cases, a meaningful image area is sufficient. Therefore, the solid-state imaging device of the present invention pays attention to this, and before actually reading out image information, a necessary image area of the input image,
That is, a significant photoelectric conversion area is determined based on the properties of the image,
The determination result is fed back to a scanning circuit that scans each pixel, and a scanning clock of the scanning circuit is changed according to a required image area to scan and capture an actual image, thereby handling a high-definition image. In addition, an increase in the scanning frequency of the solid-state imaging device is suppressed, and the amount of image data input to the image processing apparatus is reduced.
【0019】以下、本発明を1次元固体撮像素子に適用
した実施の形態を図1を用いて説明する。図1(a)に
本実施の形態に係る固体撮像素子の構成を示し、図1
(b)に各単位画素での構成を示す。本実施の形態で用
いるトランジスタはMOSトランジスタである。図示の
如く、1次元配列された画素11には、Vddが供給さ
れると共に、走査回路12からの読み出しトランジスタ
TVのゲートの開閉を行う読み出し信号線Vとリセット
トランジスタTRのゲートの開閉を行うリセット信号線
Rとが接続されている。また走査回路12からはスイッ
チトランジスタTHのゲートの開閉を行う信号線H1〜
H4が接続されている。Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a one-dimensional solid-state image sensor will be described with reference to FIG. FIG. 1A shows the configuration of the solid-state imaging device according to the present embodiment.
(B) shows the configuration of each unit pixel. The transistor used in this embodiment is a MOS transistor. As shown, Vdd is supplied to the pixels 11 arranged one-dimensionally, and a read signal line V for opening and closing the gate of the read transistor TV from the scanning circuit 12 and a reset for opening and closing the gate of the reset transistor TR. The signal line R is connected. From the scanning circuit 12, signal lines H1 to H1 for opening and closing the gate of the switch transistor TH are provided.
H4 is connected.
【0020】また、信号線S1〜S4は信号評価回路1
4に接続され、信号評価回路14により全ての画素11
で光電変換された信号を検出して、その中から有意な光
電変換領域の判定を行って、その領域を示す選択信号S
Eを発生する。タイミング発生回路15は、選択信号S
Eに応じて信号線Hを駆動する走査クロックCLと信号
線Hの開始位置を示す走査回路データPとを走査回路1
2に送り、走査回路12は必要な信号線Hを駆動して実
際の読み出しを行う。つまり、画素11で光電変換され
た信号を評価して有意となる光電変換領域を特定してか
ら、その領域のみ駆動して読み出すのである。The signal lines S1 to S4 are connected to the signal evaluation circuit 1
4 and all the pixels 11
The photoelectrically converted signal is detected in the above, a significant photoelectric conversion region is determined from the signal, and the selection signal S indicating the region is determined.
E is generated. The timing generation circuit 15 outputs the selection signal S
A scanning clock CL for driving the signal line H according to E and scanning circuit data P indicating the starting position of the signal line H are supplied to the scanning circuit 1.
2, the scanning circuit 12 drives the necessary signal lines H to perform actual reading. That is, after the photoelectrically converted signal in the pixel 11 is evaluated and a significant photoelectric conversion region is specified, only that region is driven and read.
【0021】具体的な信号読み出し動作は、以下のよう
になる。まず走査回路12が、読み出し信号線Vを開
き、有意な光電変換領域に対応した信号線Hのみを順次
走査して、信号線Sからの画像情報としての信号電流を
読み出し、負荷抵抗とソースフォロワからなる出力回路
13により電圧変換して取り出す。その後、リセット信
号線Rを開き、各画素がリセットされ1フレームの読み
出しが終了する。A specific signal reading operation is as follows. First, the scanning circuit 12 opens the readout signal line V, sequentially scans only the signal line H corresponding to the significant photoelectric conversion region, reads out a signal current as image information from the signal line S, and reads the load resistance and the source follower. The voltage is converted by an output circuit 13 consisting of After that, the reset signal line R is opened, each pixel is reset, and the reading of one frame is completed.
【0022】具体的な画素ごとの信号読みだし動作は、
以下のようになる。初期状態でリセットトランジスタT
Rを通してフォトダイオードPDは初期電圧に設定され
ている。1フレームの光蓄積時間に光電変換によって発
生した電子はフォトダイオードPDに蓄積され、その電
位は下がる。その電位は、読み出しトランジスタTVが
選択されると、増幅用トランジスタTAのゲートに入力
されて増幅される。フォトダイオードPDの電位変化に
より変調された電流が信号線Sに読み出される。この信
号読み出しの後、リセットトランジスタTRのゲートの
開閉によりリセットされる。A specific signal reading operation for each pixel is as follows.
It looks like this: Initially reset transistor T
Through R, the photodiode PD is set to the initial voltage. Electrons generated by photoelectric conversion during the light accumulation time of one frame are accumulated in the photodiode PD, and the potential of the photodiode PD decreases. When the read transistor TV is selected, the potential is input to the gate of the amplification transistor TA and amplified. The current modulated by the potential change of the photodiode PD is read out to the signal line S. After this signal is read, the gate is reset by opening and closing the gate of the reset transistor TR.
【0023】次に、上記実際の読み出し動作の前に行う
光電変換された信号評価の動作について説明する。各画
素11毎の信号を信号評価回路14に入力し、以下に述
べる信号検出動作により全光電変換領域のうち有意とな
る光電変換領域を特定することにより、上記信号読み出
し動作の必要な光電変換領域を選択する。Next, the operation of evaluating the photoelectrically converted signal performed before the actual read operation will be described. A signal for each pixel 11 is input to the signal evaluation circuit 14, and a significant photoelectric conversion region is specified from all the photoelectric conversion regions by a signal detection operation described below. Select
【0024】図2に、信号評価回路14の詳細を示す。
この回路は、各画素からの信号電流を入力して各画素ご
とに信号検出を行う検出回路21と、各検出回路21か
らの信号を入力して有意か否かの判定を行う判定回路2
2と、判定回路22からの判定結果をパラレル入力して
その判定結果を選択信号SEとしてシリアル出力する選
択スイッチ等からなる信号読み出し回路23とからな
る。FIG. 2 shows the details of the signal evaluation circuit 14.
This circuit includes a detection circuit 21 that receives a signal current from each pixel and performs signal detection for each pixel, and a determination circuit 2 that receives a signal from each detection circuit 21 and determines whether the signal is significant or not.
2 and a signal readout circuit 23 including a selection switch for serially inputting the determination result from the determination circuit 22 and serially outputting the determination result as a selection signal SE.
【0025】次に、図2の検出回路21の具体例を図3
(a)に示す。各画素の信号電流を負荷抵抗31により
電圧に変換し、トランジスタ32と負荷抵抗33により
インピーダンス変換を行い出力する。Next, a specific example of the detection circuit 21 of FIG. 2 is shown in FIG.
(A). The signal current of each pixel is converted into a voltage by the load resistor 31, impedance-converted by the transistor 32 and the load resistor 33, and output.
【0026】次に、図2の判定回路22の具体例を図4
(a)に示す。図4(a)は、画像の明るさにより領域
判定をする場合の回路である。検出回路21からの出力
をコンパレータ41に入力し、入力された信号と基準電
圧Vrefと比較し、その結果が大のとき出力するよう
動作する。このためコンパレータ41は、ある基準の明
るさに対応した基準信号より大きい信号を出力した画素
のみ出力して選択信号SEとする。このように判定回路
22から出力した信号に対応した画素を選ぶことによ
り、ある明るさ以上の光電変換領域を特定することがで
きる。また、このとき得られた領域が複数個になった場
合、両端の選択領域内側全体を有意とすることも有効で
ある。Next, a specific example of the judgment circuit 22 shown in FIG.
(A). FIG. 4A is a circuit for determining an area based on the brightness of an image. The output from the detection circuit 21 is input to the comparator 41, the input signal is compared with the reference voltage Vref, and the operation is performed so as to output when the result is large. For this reason, the comparator 41 outputs only a pixel that has output a signal larger than the reference signal corresponding to a certain reference brightness, and uses it as the selection signal SE. By selecting a pixel corresponding to the signal output from the determination circuit 22 in this manner, a photoelectric conversion region having a certain brightness or higher can be specified. When a plurality of regions are obtained at this time, it is also effective to make the entire inside of the selected region at both ends significant.
【0027】また、図2の判定回路22の別の具体例を
図4(b)に示す。図4(b)は、画像の信号変化の大
きさにより領域判定をする場合の回路である。各隣接画
素の検出回路22の出力間で絶対値差分をとるよう絶対
値差分器42を設け、その出力をコンパレータ43に入
力する。コンパレータ43は、所定の絶対値差分の大き
さに対応した基準電圧Vrefより大きい信号変化を出
力した画素間のみ出力して選択信号SEとする。このよ
うにして、所定値以上の変化をもつ光電変換領域を特定
することができる。この場合においても、複数個の選択
領域のうち、両端の選択領域内側全体を有意とすること
も有効である。FIG. 4B shows another specific example of the judgment circuit 22 shown in FIG. FIG. 4B shows a circuit for determining an area based on the magnitude of a signal change in an image. An absolute value difference unit is provided so as to obtain an absolute value difference between outputs of the detection circuits 22 of adjacent pixels, and the output is input to a comparator 43. The comparator 43 outputs the selection signal SE only between pixels that output a signal change greater than the reference voltage Vref corresponding to the magnitude of the predetermined absolute value difference. In this manner, a photoelectric conversion region having a change equal to or more than a predetermined value can be specified. In this case, it is also effective to make the entirety of the inside of the selection area at both ends of the plurality of selection areas significant.
【0028】図5に、タイミング発生回路15の詳細を
示す。信号評価回路14からの選択信号SEはデューテ
イ比検出回路51に入力され、そこで全画素から有意な
画素の割合を演算し、その演算結果を電圧制御型発振器
(VCO)52に入力して、その割合に応じてその発振
周波数を制御して走査クロックCLとする。つまり、そ
の全画素の内有意な画素の割合が少ないほど走査クロッ
クCLを低くするのである。また、発振器出力を分周し
たものを複数個用意しておき、全画素の内有意な画素の
割合に応じてその中から選択するようにしてもよい。さ
らに、デューテイ比検出回路51に低域通過フィルタを
用いて、そこで得られた直流成分により発振周波数の制
御をしてもよい。FIG. 5 shows the details of the timing generation circuit 15. The selection signal SE from the signal evaluation circuit 14 is input to the duty ratio detection circuit 51, where the ratio of significant pixels is calculated from all the pixels, and the calculation result is input to the voltage controlled oscillator (VCO) 52. The oscillation frequency is controlled in accordance with the ratio and used as the scan clock CL. That is, the lower the ratio of significant pixels among all the pixels, the lower the scanning clock CL is. Alternatively, a plurality of frequency-divided oscillator outputs may be prepared and selected from among them according to the ratio of significant pixels among all pixels. Furthermore, a low-pass filter may be used for the duty ratio detection circuit 51, and the oscillation frequency may be controlled by the DC component obtained therefrom.
【0029】一方、信号評価回路14からの選択信号S
Eは、有意画素判定回路53に入力され、選択信号SE
のエッジ信号を取りだして、走査回路スタート位置を示
す走査回路データPとする。このようにして、全画素領
域に対して選択された画素領域の比に応じて走査回路を
走査する走査周波数を制御すれば、情報量に応じた固体
撮像素子の走査が可能となる。On the other hand, the selection signal S from the signal evaluation circuit 14
E is input to the significant pixel determination circuit 53, and the selection signal SE
Is taken as scanning circuit data P indicating the scanning circuit start position. In this way, if the scanning frequency for scanning the scanning circuit is controlled according to the ratio of the selected pixel area to the entire pixel area, the solid-state imaging device can be scanned according to the amount of information.
【0030】次に、図6を用いて、上述した実施の形態
における走査クロックCLの発生の様子を説明する。図
1の固体撮像素子は4画素であったが、実際は1次元に
多数の画素を備えた固体撮像素子であり、その画素列の
模式図を図6(a)に示す。これらの画素に入射光が図
6(b)に示すように入射されると、信号評価回路によ
り基準電圧Vrefよりハイレベルの選択信号SEが図
6(c)に示すように発生する。このような入射光に対
して、従来の走査回路の走査開始位置を示す走査回路デ
ータP′を図6(d)に、走査クロックCL′を図6
(e)に、読み出し信号を図6(f)に、それぞれ示
す。一方、本発明では、このような入射光に対して、走
査回路の走査開始位置を示す走査回路データPを図6
(g)に、走査クロックCLを図6(h)に、読み出し
信号を図6(i)に、従来と同一時間軸でそれぞれ示
す。このことから、従来技術では、有意な領域が一部で
あっても走査クロックを変えずに全ての画素について読
み出しを行っていたのであるが、本発明では、同一フレ
ーム内で全ての画素について走査する走査クロックより
も低周波数の走査クロックに制御して有意な領域の読み
出しを行っている。Next, the generation of the scan clock CL in the above-described embodiment will be described with reference to FIG. Although the solid-state imaging device in FIG. 1 has four pixels, it is actually a solid-state imaging device having a large number of pixels in one dimension, and FIG. 6A is a schematic diagram of a pixel row. When incident light is incident on these pixels as shown in FIG. 6B, a selection signal SE having a higher level than the reference voltage Vref is generated by the signal evaluation circuit as shown in FIG. 6C. With respect to such incident light, FIG. 6D shows scanning circuit data P 'indicating the scanning start position of the conventional scanning circuit, and FIG.
FIG. 6F shows the read signal in FIG. 6E. On the other hand, in the present invention, the scanning circuit data P indicating the scanning start position of the scanning circuit for such incident light is shown in FIG.
FIG. 6 (g) shows the scanning clock CL in FIG. 6 (h), and FIG. 6 (i) shows the readout signal on the same time axis as the conventional one. For this reason, in the related art, the reading was performed for all the pixels without changing the scanning clock even if the significant area was part, but in the present invention, the scanning was performed for all the pixels in the same frame. The reading of a significant area is performed by controlling the scanning clock at a frequency lower than that of the scanning clock.
【0031】次に、本発明を2次元固体撮像素子に適用
した実施の形態を図7を用いて説明する。図7(a)に
本実施の形態に係る固体撮像素子の構成を示し、図7
(b)に各単位画素での構成を示す。基本的には、上述
した1次元固体撮像素子で行った信号評価を2次元に展
開した構成であるが、図示の如く、2次元配列された画
素71と、実際の信号読み出しで線順次に選択される信
号線V1〜V4とリセットトランジスタTRのゲートの
開閉を行うリセット信号線R1〜R4とが接続された垂
直走査回路72と、水平スイッチトランジスタTHLの
ゲートの開閉を順次行う信号線H1〜H4が接続された
水平走査回路73と、各画素71からの画像情報として
の信号電流を電圧変換する負荷抵抗とソースフォロワか
らなる出力回路74と、信号線V1〜V4方向の信号評
価を行う垂直信号評価回路75と、信号線S1〜S4方
向の信号評価を行う水平信号評価回路76と、垂直信号
評価回路75から出力された選択信号VSEと水平信号
評価回路76から出力された選択信号HSEとを受け
て、垂直走査回路72の信号線V1〜V4の中で有意と
判定された光電変換領域に対応する信号線Vを走査する
ための走査クロックVCLとその走査開始位置を示す走
査回路データVPを出力し、水平走査回路73の信号線
H1〜H4の中で有意と判定された光電変換領域に対応
する信号線Hを走査するための走査クロックHCLとそ
の走査開始位置を示す走査回路データHPを出力するタ
イミング発生回路77とで構成されている。Next, an embodiment in which the present invention is applied to a two-dimensional solid-state image sensor will be described with reference to FIG. FIG. 7A shows the configuration of the solid-state imaging device according to the present embodiment.
(B) shows the configuration of each unit pixel. Basically, the signal evaluation performed by the above-described one-dimensional solid-state imaging device is developed two-dimensionally. However, as shown in the figure, pixels 71 arranged two-dimensionally and line-sequentially selected by actual signal reading. The vertical scanning circuit 72 to which the connected signal lines V1 to V4 and the reset signal lines R1 to R4 for opening and closing the gate of the reset transistor TR are connected, and the signal lines H1 to H4 for sequentially opening and closing the gate of the horizontal switch transistor THL. Are connected, an output circuit 74 composed of a load resistor and a source follower for converting a signal current as image information from each pixel 71 into a voltage, and a vertical signal for evaluating signals in signal lines V1 to V4. An evaluation circuit 75; a horizontal signal evaluation circuit 76 for evaluating signals in the signal lines S1 to S4; a selection signal VSE output from the vertical signal evaluation circuit 75; Scan clock VCL for scanning signal line V corresponding to a photoelectric conversion region determined to be significant among signal lines V1 to V4 of vertical scanning circuit 72 in response to selection signal HSE output from value circuit 76. And scanning circuit data VP indicating the scanning start position, and a scanning clock HCL for scanning the signal line H corresponding to the photoelectric conversion region determined to be significant among the signal lines H1 to H4 of the horizontal scanning circuit 73. And a timing generation circuit 77 which outputs scanning circuit data HP indicating the scanning start position.
【0032】垂直信号評価回路75及び水平信号評価回
路76の詳細は、図2に示す構成であり、各信号線V及
び信号線Sごとに検出回路21と接続され、判定回路2
2を経て信号読み出し回路23から選択信号VSE、H
SEが出力される。ここで、各信号評価回路の検出回路
21は、図3(b)に示す構成であり、タイミング発生
回路77からの切換信号VK、HKにより端子a,b,
cに切り替えるスイッチ34を備え、信号評価では各画
素からの信号電流を負荷抵抗35により電圧に変換し、
トランジスタ36と負荷抵抗37によりインピーダンス
変換を行う。また、各信号評価回路の判定回路22は図
4に示す構成である。The details of the vertical signal evaluation circuit 75 and the horizontal signal evaluation circuit 76 are shown in FIG. 2, and are connected to the detection circuit 21 for each signal line V and signal line S.
2, the selection signals VSE, H from the signal readout circuit 23.
SE is output. Here, the detection circuit 21 of each signal evaluation circuit has the configuration shown in FIG. 3B, and the terminals a, b,
c, a switch 34 for switching to c, and in signal evaluation, a signal current from each pixel is converted into a voltage by a load resistor 35,
Impedance conversion is performed by the transistor 36 and the load resistor 37. The determination circuit 22 of each signal evaluation circuit has the configuration shown in FIG.
【0033】次に、実際の信号読み出し動作の前に行う
信号評価の動作について説明する。この動作は、水平信
号検出と垂直信号検出の2段階で行う。Next, the operation of signal evaluation performed before the actual signal read operation will be described. This operation is performed in two stages of horizontal signal detection and vertical signal detection.
【0034】まず、水平信号検出時には、垂直信号評価
回路75内の検出回路21のスイッチ34を電源Vdd
(端子a)に接続し、水平信号評価回路76内の検出回
路21のスイッチ34をトランジスタ36のゲート(端
子c)に接続する。その結果、垂直方向の全ての信号線
Vは電源線となり、各画素毎にフォトダイオードPDの
電位に応じて増幅用トランジスタTAで発生した信号電
流が信号線S1〜S4を通り、水平信号評価回路76で
各信号線Sごとに積算されて検出される。First, when a horizontal signal is detected, the switch 34 of the detection circuit 21 in the vertical signal evaluation circuit 75 is set to the power supply Vdd.
(Terminal a), and the switch 34 of the detection circuit 21 in the horizontal signal evaluation circuit 76 is connected to the gate (terminal c) of the transistor 36. As a result, all the signal lines V in the vertical direction become power supply lines, and the signal current generated in the amplifying transistor TA according to the potential of the photodiode PD for each pixel passes through the signal lines S1 to S4, and the horizontal signal evaluation circuit. At 76, the signals are integrated and detected for each signal line S.
【0035】次に、垂直信号検出時には、その逆に、水
平信号評価回路76内の検出回路21のスイッチ34を
電源Vdd(端子a)に接続し、垂直信号評価回路75
内の検出回路21のスイッチ34をトランジスタ36の
ゲート(端子c)に接続する。その結果、水平方向の全
ての信号線Sは電源線となり、各画素毎にフォトダイオ
ードPDの電位に応じて増幅用トランジスタTAで発生
した信号電流が信号線V1〜V4を通り、垂直信号評価
回路75で各信号線Vごとに積算されて検出される。Next, when a vertical signal is detected, the switch 34 of the detection circuit 21 in the horizontal signal evaluation circuit 76 is connected to the power supply Vdd (terminal a).
The switch 34 of the detection circuit 21 is connected to the gate (terminal c) of the transistor 36. As a result, all the signal lines S in the horizontal direction become power supply lines, and the signal current generated by the amplifying transistor TA according to the potential of the photodiode PD for each pixel passes through the signal lines V1 to V4, and the vertical signal evaluation circuit At 75, it is integrated and detected for each signal line V.
【0036】こうして、水平及び垂直方向の画素列に対
してそれぞれ有意な光電変換領域を示す選択信号VS
E、HSEを発生し、タイミング発生回路77は、水平
及び垂直方向の画素列に対してそれぞれ有意な光電変換
領域に応じて、同一フレーム内で各方向全ての画素につ
いて走査する走査クロックよりも低周波数の走査クロッ
クVCL、HCLに制御して有意な光電変換領域の読み
出しを行う。Thus, the selection signal VS indicating the significant photoelectric conversion area for the horizontal and vertical pixel columns, respectively.
E, HSE, and the timing generation circuit 77 is lower than the scan clock for scanning all pixels in each direction in the same frame according to the significant photoelectric conversion area for the horizontal and vertical pixel columns. The significant scan of the photoelectric conversion region is performed by controlling the scan clocks VCL and HCL of the frequency.
【0037】具体的な信号読み出し動作は、以下のよう
になる。垂直走査回路72により有意な光電変換領域に
対応して選択された一本の信号線Vに垂直信号評価回路
75の検出回路21のスイッチ34により電源電圧Vd
d(端子a)を接続して、非選択の他の信号線Vをスイ
ッッチ34によりハイインピーダンス(端子b)に接続
して、選択された信号線Vに沿った有意な画素列のみの
信号電流を信号線Sに読み出し、水平走査回路73によ
り有意な光電変換領域に対応して選択された信号線Hを
順次走査して、読み出しを行う。以下、同様にして、順
次有意な光電変換領域に対応して選択された信号線Vを
順次走査して有意な光電変換領域に対応した画素から画
像情報を読み出す。なお、本実施の形態では、垂直走査
回路72からの指示によりスイッチ34を切り替えて信
号線Vの走査を制御したが、同様なスイッチを垂直走査
回路72に設け、直接Vddを供給するようにしてもよ
い。The specific signal reading operation is as follows. The power supply voltage Vd is applied to one signal line V selected corresponding to the significant photoelectric conversion region by the vertical scanning circuit 72 by the switch 34 of the detection circuit 21 of the vertical signal evaluation circuit 75.
d (terminal a) is connected, the other unselected signal lines V are connected to high impedance (terminal b) by the switch 34, and the signal currents of only significant pixel columns along the selected signal line V are connected. Is read out to the signal line S, and the horizontal scanning circuit 73 sequentially scans the selected signal line H corresponding to the significant photoelectric conversion area to perform reading. Hereinafter, similarly, the signal lines V selected sequentially corresponding to the significant photoelectric conversion regions are sequentially scanned, and the image information is read from the pixels corresponding to the significant photoelectric conversion regions. In this embodiment, the scanning of the signal line V is controlled by switching the switch 34 in accordance with an instruction from the vertical scanning circuit 72. However, a similar switch is provided in the vertical scanning circuit 72 so that Vdd is directly supplied. Is also good.
【0038】具体的な画素ごとの信号読み出し動作は、
以下のようになる。リセットトランジスタTRを通して
フォトダイオードPDは初期電圧に設定されている。1
フレームの光蓄積時間に光電変換によって発生した電子
によりフォトダイオードPDの電位が下がる。その変調
された電位は、増幅用トランジスタTAのゲートに入力
されて増幅され、フォトダイオードPDの電位変化によ
り変調された電流が選択された信号線Vにより信号線S
に読み出される。この信号読み出しの後、リセトトラン
ジスタTRのゲートの開閉によりリセットされる。A specific signal reading operation for each pixel is as follows.
It looks like this: The photodiode PD is set to the initial voltage through the reset transistor TR. 1
Electrons generated by photoelectric conversion during the light accumulation time of the frame lower the potential of the photodiode PD. The modulated potential is input to the gate of the amplifying transistor TA, amplified, and the current modulated by the potential change of the photodiode PD is selected by the selected signal line V to the signal line S.
Is read out. After this signal is read, the reset is performed by opening and closing the gate of the reset transistor TR.
【0039】なお、上述した2次元固体撮像素子は16
画素の場合を示したが、さらに多画素の2次元固体撮像
素子であっても同様に適用できることは言うまでもな
い。The two-dimensional solid-state imaging device described above has 16
Although the case of pixels has been described, it goes without saying that the present invention can be similarly applied to a two-dimensional solid-state imaging device having more pixels.
【0040】[0040]
【発明の効果】本発明によれば、固体撮像素子に入力さ
れた画像のうち必要となる領域を画像の性質に基づき特
定し、その結果を走査手段にフィードバックし必要領域
のみ外部に出力することにより、高精細な画像を扱いつ
つ、固体撮像素子の走査周波数の増加を抑え、さらに画
像処理装置へ入力される画像データ量の低減を図ること
が可能となる。According to the present invention, a necessary area of an image input to a solid-state image sensor is specified based on the properties of the image, and the result is fed back to scanning means and only the required area is output to the outside. Accordingly, it is possible to suppress an increase in the scanning frequency of the solid-state imaging device and to reduce the amount of image data input to the image processing device while handling a high-definition image.
【図1】本実施の形態に係る1次元固体撮像素子を示す
図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a one-dimensional solid-state imaging device according to an embodiment;
【図2】本実施の形態に係る信号評価回路の詳細を示す
図である。FIG. 2 is a diagram illustrating details of a signal evaluation circuit according to the present embodiment;
【図3】本実施の形態に係る信号評価回路の検出回路を
示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a detection circuit of the signal evaluation circuit according to the present embodiment.
【図4】本実施の形態に係る信号評価回路の判定回路を
示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a determination circuit of the signal evaluation circuit according to the present embodiment.
【図5】本実施の形態に係るタイミング発生回路の詳細
を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating details of a timing generation circuit according to the present embodiment;
【図6】本実施の形態に係る走査の様子を説明するため
の図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a state of scanning according to the present embodiment.
【図7】本実施の形態に係る2次元固体撮像素子を示す
図である。FIG. 7 is a diagram showing a two-dimensional solid-state imaging device according to the present embodiment.
【図8】従来の2次元固体撮像素子を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a conventional two-dimensional solid-state imaging device.
11,71 画素 12 走査回路 13,74 出力回路 14 信号評価回路 15,77 タイミング発生回路 72 垂直走査回路 73 水平走査回路 75 垂直信号評価回路 76 水平信号評価回路 11, 71 pixels 12 scanning circuit 13, 74 output circuit 14 signal evaluation circuit 15, 77 timing generation circuit 72 vertical scanning circuit 73 horizontal scanning circuit 75 vertical signal evaluation circuit 76 horizontal signal evaluation circuit
Claims (5)
な光電変換領域を特定する信号評価手段と、 該信号評価手段により有意と特定した光電変換領域に応
じて変化させた走査クロックにより上記有意と特定した
光電変換領域の光電変換手段を上記走査手段で走査して
光電変換信号を読み出すように制御する制御手段と、を
備えることを特徴とする固体撮像素子。A plurality of photoelectric conversion means; a scanning means for scanning the photoelectric conversion means; a signal evaluation means for specifying a significant photoelectric conversion area from a photoelectric conversion signal output from the photoelectric conversion means; Control means for controlling the scanning means to scan the photoelectric conversion means of the photoelectric conversion area specified as significant by the scanning means and to read out the photoelectric conversion signal with the scanning clock changed according to the photoelectric conversion area specified as significant by the evaluation means. And a solid-state image sensor.
換手段を同一期間内に所定方向に全て走査する走査クロ
ックよりも低周波数であることを特徴とする請求項1記
載の固体撮像素子。2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the scan clock has a lower frequency than a scan clock that scans all of the plurality of photoelectric conversion units in a predetermined direction within the same period.
れ、 上記信号評価手段は、上記光電変換手段から出力された
光電変換信号を垂直方向及び水平方向に積分した結果に
基づいて有意な光電変換領域を特定することを特徴とす
る請求項1記載の固体撮像素子。3. The photoelectric conversion means is arranged in a two-dimensional manner, and the signal evaluation means has a significant value based on a result of integrating a photoelectric conversion signal output from the photoelectric conversion means in a vertical direction and a horizontal direction. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a photoelectric conversion region is specified.
からの各出力と基準信号との比較結果に基づき有意な光
電変換領域を特定することを特徴とする請求項1または
請求項3記載の固体撮像素子。4. The signal evaluation device according to claim 1, wherein said signal evaluation means specifies a significant photoelectric conversion area based on a comparison result between each output from said photoelectric conversion means and a reference signal. Solid-state imaging device.
からの隣接する各出力の差分値と基準信号との比較結果
に基づき有意な光電変換領域を特定することを特徴とす
る請求項1または請求項3記載の固体撮像素子。5. The method according to claim 1, wherein the signal evaluation unit specifies a significant photoelectric conversion area based on a comparison result between a difference value between adjacent outputs from the photoelectric conversion unit and a reference signal. The solid-state imaging device according to claim 3.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9208803A JPH1155570A (en) | 1997-08-04 | 1997-08-04 | Solid-state image pickup element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9208803A JPH1155570A (en) | 1997-08-04 | 1997-08-04 | Solid-state image pickup element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1155570A true JPH1155570A (en) | 1999-02-26 |
Family
ID=16562388
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9208803A Pending JPH1155570A (en) | 1997-08-04 | 1997-08-04 | Solid-state image pickup element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1155570A (en) |
-
1997
- 1997-08-04 JP JP9208803A patent/JPH1155570A/en active Pending
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