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JP4396023B2 - Solid-state imaging device and driving method thereof - Google Patents

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JP4396023B2
JP4396023B2 JP2000341299A JP2000341299A JP4396023B2 JP 4396023 B2 JP4396023 B2 JP 4396023B2 JP 2000341299 A JP2000341299 A JP 2000341299A JP 2000341299 A JP2000341299 A JP 2000341299A JP 4396023 B2 JP4396023 B2 JP 4396023B2
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charge
solid
state imaging
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秀雄 野村
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Sony Corp
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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一定期間内に複数回の読み出しを行って、蓄積した電荷に対応する信号の離散化データを直接得る固体撮像装置およびその駆動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
固体撮像装置は、動画や静止画を対象としたカメラシステム、スキャナや複写機、画像認識装置等の画像入力システムなど、多くの分野で適用されている。また、近年では、デジタル技術の進歩によって、固体撮像装置においても出力信号として離散化データ(デジタルデータ)を求める要望が高くなってきている。
【0003】
従来の固体撮像装置で出力信号をデジタル化するには、一定期間露光した後、その出力に比例した信号を固体撮像装置の出力部にてA/D変換する方式が用いられている。
【0004】
例えば、CCD(Charge Coupled Device)では、1フィールド期間蓄積した電荷を転送し、その後段の出力回路で蓄積電荷量に応じた電圧に変換した後、別途設けたA/D変換回路を介してアナログ出力をデジタル出力に変換している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような固体撮像装置およびその駆動方法には次のような問題がある。すなわち、アナログ出力からデジタル出力を得るためのA/D変換回路は規模が大きく、固体撮像装置の小型化には不向きである。また、A/D変換回路で発生するノイズ分があり、固体撮像装置に組み込むには問題が生じる。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明の固体撮像装置は、入射光に対して一定期間電荷の蓄積を行う受光部と、受光部で電荷の蓄積を行う1フィールド期間内に複数回の電荷読み出しを行う読み出し制御部と、読み出し制御部によって読み出した電荷に対応する信号と所定の基準値とを比較して出力する差動アンプとを備え、1フィールド期間内に行う複数回の電荷読み出しを等分割にするか不均等にするかを選択できるようになっているものである
【0007】
また、本発明の固体撮像装置の駆動方法は、入射光に対して一定期間電荷の蓄積を行う工程と、電荷の蓄積を行う1フィールド期間内に複数回の電荷読み出しを行う工程と、読み出した電荷に対応する信号と所定の基準値とを比較して出力する工程とを備え、1フィールド期間内に行う複数回の電荷読み出しを等分割にするか不均等にするかを選択できるようになっている
【0008】
このような本発明では、一定期間電荷の蓄積を行っている間、複数回に分けてその電荷の読み出しを行っている。この読み出した各電荷に対応する信号と所定の基準値とを比較することで、電荷量が多いほど1フィールド期間内で複数回に分けて読み出すタイミングのうち早い段階で基準値を超え、反対に電荷量が少ないほど遅い段階で基準値を超えることになる。つまり、読み出しの各タイミングで0、1判定を行うことで、蓄積した電荷に対応する信号を直接離散化データに変換できるようになる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図1は、本実施形態の固体撮像装置を説明する基本回路図である。すなわち、この固体撮像装置は、主としてMOS型のセンサ1を備えたもので、センサ1で光電変換して得た電荷を一時蓄積するコンデンサ2と、その蓄積した電荷を読み出す制御を行う読み出しトランジスタ3と、読み出した電荷の電荷量に応じた信号と基準値とを比較する差動アンプ4と、コンデンサ2に蓄積した電荷を排出する制御を行うリセットトランジスタ5とを備えている。
【0010】
センサ1は、入射光に対する光電変換を行い、変換された電荷はコンデンサ2に蓄積される。コンデンサ2には、一定期間センサ1が光電変換した入射光量に応じた電荷が蓄積される。
【0011】
このコンデンサ2に蓄積された電荷は、読み出しトランジスタ3のゲートに読み出しパルスが印加されることで読み出され、信号電圧として差動アンプ4の一方の入力端へ送出される。また、差動アンプ4の他方の入力端には所定の基準値が入力されている。これにより、差動アンプ4は、読み出された電荷に対応する信号電圧と基準値とを比較して、0または1のデジタル信号を出力する。
【0012】
一定期間の信号出力が終了した後、リセットトランジスタ5のゲートにリセットパルスが印加されると、コンデンサ2に蓄積された電荷は排出される。
【0013】
本実施形態では、この読み出しトランジスタ3のゲートへ、1フィールド期間内に複数回の読み出しパルスが印加される点に特徴がある。図2は、読み出しパルスを説明する図で、(a)は従来の読み出しパルスのタイミング、(b)は本実施形態の読み出しパルスのタイミングである。
【0014】
従来の読み出しパルスは、1フィールド期間に1回の読み出しパルスが発生しているが、本実施形態では、1フィールド期間内に8回の読み出しパルスが発生している。
【0015】
すなわち、この固体撮像装置では、1フィールド期間を8分割して読み出しパルスを発生し、読み出しトランジスタ3のゲートへ順次印加して1フィールド期間に蓄積する電荷を8ビットのデジタル信号として出力する。ここで、1フィールド期間内に発生する各読み出しパルス間を分割フィールドと言うものとする。
【0016】
MOS型のセンサ1の場合、光電変換して得た電荷がコンデンサ2に蓄積され、リセットするまで非破壊で何度でも読み出せるようになっている。つまり、各読み出しパルスによって読み出される電荷の電荷量は、1フィールドの始まりからその読み出しパルス発生までの間の各分割フィールドの合計分蓄積された電荷量となる。
【0017】
したがって、例えば、1/8フィールドで発生する読み出しパルスによって1/8フィールド分蓄積した電荷に対応する信号が差動アンプ4へ入力され、2/8フィールドで発生する読み出しパルスによって2/8フィールド分蓄積した電荷に対応する信号が差動アンプ4へ入力され、以下同様に8/8フィールドで発生する読み出しパルスまで順に各々の分割フィールドの合計分蓄積した電荷に対応する信号が差動アンプ4へ入力される。
【0018】
この差動アンプ4には、所定の基準値が入力されており、先に説明した各分割フィールドの合計分蓄積した電荷に対応する信号と比較される。そして、この基準値より電荷量に対応する信号の方が小さい場合には0を出力し、それ以外(基準値以上)の場合には1を出力する。
【0019】
図3は、センサへ入力される信号レベルと出力信号との関係を説明する図である。ここでは6つのセンサ1a〜1fに各々の強さの光が入力し、その時の各分割フィールドでの出力(差動アンプからの出力)を示している。
【0020】
例えば、センサ1aからの出力の信号レベルが「5」であるとすると、1/8フィールド〜3/8フィールドまでは差動アンプから「0」が出力され、4/8フィールド以降は差動アンプから「1」が出力される。
【0021】
また、センサ1bからの出力の信号レベルが「8」であるとすると、1/8フィールド〜8/8フィールドまでの全てで差動アンプから「1」が出力される。
【0022】
また、センサ1cからの出力の信号レベルが「7」であるとすると、1/8フィールドだけ差動アンプから「0」が出力され、2/8フィールド以降は差動アンプから「1」が出力される。
【0023】
また、センサ1dからの出力の信号レベルが「3」であるとすると、1/8フィールド〜5/8フィールドまでは差動アンプから「0」が出力され、6/8フィールド以降は差動アンプから「1」が出力される。
【0024】
また、センサ1eからの出力の信号レベルが「1」であるとすると、1/8フィールド〜7/8フィールドまでは差動アンプから「0」が出力され、8/8フィールドだけ差動アンプから「1」が出力される。
【0025】
また、センサ1fからの出力の信号レベルが「6」であるとすると、1/8フィールド〜2/8フィールドまでは差動アンプから「0」が出力され、3/8フィールド以降は差動アンプから「1」が出力される。
【0026】
このように、本実施形態の固体撮像装置では、各信号レベルに応じて差動アンプからその信号レベルに応じたデジタル信号が出力され、複雑なA/D変換回路を設ける必要なくデジタル出力を得ることができる。
【0027】
図4は、露光時間に対する入射光量と、各入射光量に対応する出力信号の変化を説明する図である。本実施形態の固体撮像装置を駆動する場合、読み出しトランジスタ3(図1参照)のゲートへ、1フィールド期間内に複数回の読み出しパルスを印加する。この際、1フィールド期間を8等分した読み出しパルスを発生させる。
【0028】
この場合、図4に示す入射光量L1〜L8では、各々等分割された分割フィールドに応じた読み出しパルスによって等間隔で各ビットの出力信号が発生する。ここで、入射光量L1からL8まではリニアに増加しているが、出力信号の推移はLog的に変化する。これにより、入射光量が少ない場合には高ダイナミックレンジを実現でき、入射光量が多い場合には出力信号の飽和を抑制できることになる。
【0029】
また、図5は、不均等な分割フィールドの場合の各入射光量と出力信号との関係を説明する図である。ここでは、最初の分割フィールドより後の分割フィールドの期間をLog的に増加させている。これにより、読み出しパルスの発生タイミングはLog的になるものの、出力信号はリニアに変化するようになる。
【0030】
つまり、一つの固体撮像装置であっても、読み出しトランジスタのゲートへ印加する読み出しパルスのタイミングを等分割にするか、Log的にするかにより出力信号の変化をLog的にするか、リニアにするかを選択できるようになる。
【0031】
また、図6は、CCDから成る固体撮像装置の例を示す構成図である。ここでは、マトリクス状に配置された複数のセンサ1と、センサ1の図中縦列に対応して形成される垂直転送部10と、垂直転送部10の図中下端側に設けられた水平転送部20と、水平転送部20の後段に設けられる出力部30と、出力部30からの信号が一方側の入力、基準値が他方側の入力となる差動アンプ4とを備えている。
【0032】
このようなCCDから成る固体撮像装置では、所定期間でセンサ1によって光電変換して得た電荷を、所定のタイミングで発生する読み出しパルスによって垂直転送部10へ送り、垂直転送パルスによって垂直方向へ順次転送する。また、垂直方向に転送した後は、水平転送部20で水平方向に順次転送する。その後、出力部30によって転送してきた各電荷を電荷量に応じた電圧に変換し、出力している。
【0033】
また、差動アンプ4では、出力部30から出力される電圧と、所定の基準値とを比較して、0または1のデジタル信号を出力する。
【0034】
このようなCCDから成る本実施形態の固体撮像装置でも、先と同様に、1フィールド期間内に複数回の読み出しパルスが印加される点に特徴がある。なお、CCDでは電荷の読み出しが破壊読み出しになることから、図5に示すようなLog的な間隔で読み出しパルスを印加することで、各分割フィールドを徐々に広くして、各分割フィールドでの蓄積時間を徐々に長くしていく。
【0035】
これにより、1フィールド期間内の分割フィールドで読み出しパルスを発生し、電荷の読み出しを行って電荷が排出されても、次の分割フィールドでは前の分割フィールドよりも長い期間電荷の蓄積を行っているため、各分割フィールドに対応した電荷量は徐々に増加していくことになる。
【0036】
したがって、順次増加していく各分割フィールドに対応した電荷量の信号を差動アンプ4で基準値と比較することにより、破壊読み出しであっても入射光量に応じたデジタル出力を得ることができるようになる。
【0037】
このようなCCDから成る本実施形態の固体撮像装置では、1フィールド期間内で複数回の読み出しを行うことから、1回の読み出しで取り扱う電荷量を少なくすることができ、センサ1の大きさや垂直転送部10および水平転送部20の大きさを小さくできるようになる。さらに、垂直転送部10および水平転送部20の低電圧駆動化を図ることができる。
【0038】
なお、CCDのような破壊読み出しとなる固体撮像装置でも、各分割フィールドで差動アンプ4に与える基準値を可変することにより、図4に示すような等分割の読み出しであっても入射光量に応じたデジタル出力を得ることができる。
【0039】
つまり、図4に示す等分割の読み出しでは、各分割フィールドの期間が等しいことから、同じ光量ではどの分割フィールドでも蓄積される電荷量は等しい。一方、異なる光量ではどの分割フィールドでも蓄積される電荷量に一定の差がある。
【0040】
そこで、1フィールド内の最初の読み出しパルスから最後の読み出しパルスにかけて、差動アンプ4に与える基準値を徐々に小さくしていく。これにより、各分割フィールドが等間隔であっても、入射光量に応じたデジタル出力を得ることができるようになる。
【0041】
ここで、上記説明した本実施形態において、複数のセンサを備える場合、1フィールド期間内の1分割フィールドでは、各センサに対応したビット出力が順に得られる。このため、このビット出力をメモリに格納する場合、メモリの格納先アドレスを1フィールド内の分割フィールド数に相当するアドレス分だけシフトして格納していく。
【0042】
例えば、1フィールドを8分割している場合、一の分割フィールドで得られた各センサの各ビット出力をメモリのアドレス(1,9,17,…)の順、すなわち8アドレス間隔で格納する。そして、次の分割フィールドで得られた各センサの各ビット出力をメモリのアドレス(2,10,18,…)の順に格納する。このような格納を1フィールド期間内で順次行うと、同じセンサで得た1フィールド期間のビット出力が連続する8アドレスに格納されるようになる。
【0043】
上記説明したMOS型の固体撮像装置では、ライン型、エリア型いずれでも適用でき、また上記CCD型の固体撮像装置では、ライン型であっても適用可能である。
【0044】
このような固体撮像装置は、動画や静止画を対象としたカメラシステム、スキャナや複写機等の画像入力システム、またパターンマッチング等を行う画像認識システムに適用できる。
【0045】
ここで、本実施形態の固体撮像装置では、入力レベルが高いほど、早い段階で出力ビットに「1」が立つことになる。したがって、本実施形態の固体撮像装置を画像認識システムに適用すれば、入力レベルの高い部分を1フィールド期間の早い段階で検知することができ、高速なパターンマッチング処理を実現できるようになる。
【0046】
また、本実施形態の固体撮像装置では、1フィールド内の分割フィールドに対応した出力ビットが「1」になれば、その後の出力ビットを自動的に「1」として取り扱うようにすれば、その後の処理を高速化できるようになる。
【0047】
なお、本実施形態では、1フィールド期間を8分割して、1フィールド期間内に8回の読み出しパルスを発生する例を説明したが、本発明はこれに限定されず、適宜読み出しパルスの回数を設定すればよい。また、出力するデジタル信号の利用形態に応じて1フィールド期間内の読み出しパルス数を可変するようにしてもよい。
【0048】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば次のような効果がある。すなわち、受光部で光電変換して得た信号を複雑なA/D変換回路を用いることなく、簡単な構成から成る差動アンプでデジタル化することができ、固体撮像装置の小型化、高速化を図ることが可能となる。また、1回の読み出しで取り扱う電荷量が小さいため、画素や転送部の小型化を図ることができ、画素の高密度化や駆動部の低振幅化、低電圧化を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態の固体撮像装置を説明する基本回路図である。
【図2】読み出しパルスを説明する図である。
【図3】センサへ入力される信号レベルと出力信号との関係を説明する図である。
【図4】露光時間に対する入射光量と、各入射光量に対応する出力信号の変化を説明する図である。
【図5】不均等な分割フィールドの場合の各入射光量と出力信号との関係を説明する図である。
【図6】CCDから成る固体撮像装置の例を示す構成図である。
【符号の説明】
1…センサ、2…コンデンサ、3…読み出しトランジスタ、4…差動アンプ、5…リセットトランジスタ、10…垂直転送部、20…水平転送部、30…出力部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid-state imaging apparatus that directly reads out discrete data of a signal corresponding to accumulated charges by performing a plurality of readings within a certain period and a driving method thereof.
[0002]
[Prior art]
Solid-state imaging devices are applied in many fields such as camera systems for moving images and still images, image input systems such as scanners, copying machines, and image recognition devices. In recent years, with the advancement of digital technology, there is an increasing demand for discrete data (digital data) as an output signal even in a solid-state imaging device.
[0003]
In order to digitize an output signal in a conventional solid-state imaging device, a method is used in which after a certain period of exposure, a signal proportional to the output is A / D converted at the output unit of the solid-state imaging device.
[0004]
For example, in a CCD (Charge Coupled Device), charges accumulated in one field period are transferred, converted into a voltage corresponding to the amount of accumulated charges by an output circuit at a subsequent stage, and then analogized via a separately provided A / D conversion circuit. The output is converted to digital output.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a solid-state imaging device and its driving method have the following problems. That is, an A / D conversion circuit for obtaining a digital output from an analog output is large in scale and is not suitable for downsizing of a solid-state imaging device. In addition, there is a noise component generated in the A / D conversion circuit, which causes a problem when incorporated in a solid-state imaging device.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve such problems. That is, the solid-state imaging device according to the present invention includes a light receiving unit that accumulates charges for a certain period with respect to incident light, and a read control unit that performs charge readout a plurality of times within one field period in which charges are accumulated in the light receiving unit. And a differential amplifier that compares and outputs a signal corresponding to the charge read out by the read control unit and a predetermined reference value, and makes it possible to divide a plurality of charge reads performed within one field period equally or unevenly. You can choose what to do .
[0007]
The solid-state imaging device driving method of the present invention includes a step of accumulating charges for a certain period of time with respect to incident light, a step of reading out charges a plurality of times within one field period for accumulating charges, And a step of comparing and outputting a signal corresponding to the charge and a predetermined reference value, so that it is possible to select whether the charge read-out multiple times within one field period is equally divided or non-uniform. It is .
[0008]
In the present invention, the charge is read out in a plurality of times while the charge is accumulated for a certain period. By comparing the signal corresponding to each read charge and a predetermined reference value, the reference value is exceeded at an early stage of the readout timing divided into a plurality of times within one field period as the charge amount increases. The smaller the charge amount, the higher the reference value is exceeded at a later stage. That is, by performing 0 or 1 determination at each read timing, a signal corresponding to the accumulated charge can be directly converted into discrete data.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a basic circuit diagram for explaining the solid-state imaging device of the present embodiment. That is, this solid-state imaging device mainly includes a MOS sensor 1, a capacitor 2 for temporarily accumulating charges obtained by photoelectric conversion by the sensor 1, and a read transistor 3 for performing control for reading the accumulated charges. And a differential amplifier 4 that compares a signal corresponding to the amount of the read charge with a reference value, and a reset transistor 5 that performs control to discharge the charge accumulated in the capacitor 2.
[0010]
The sensor 1 performs photoelectric conversion on incident light, and the converted electric charge is accumulated in the capacitor 2. The capacitor 2 accumulates electric charges according to the amount of incident light photoelectrically converted by the sensor 1 for a certain period.
[0011]
The electric charge accumulated in the capacitor 2 is read out by applying a read pulse to the gate of the read transistor 3 and is sent as a signal voltage to one input terminal of the differential amplifier 4. A predetermined reference value is input to the other input terminal of the differential amplifier 4. As a result, the differential amplifier 4 compares the signal voltage corresponding to the read charge with the reference value, and outputs a digital signal of 0 or 1.
[0012]
When the reset pulse is applied to the gate of the reset transistor 5 after the signal output for a certain period is completed, the electric charge accumulated in the capacitor 2 is discharged.
[0013]
The present embodiment is characterized in that a plurality of read pulses are applied to the gate of the read transistor 3 within one field period. 2A and 2B are diagrams for explaining the read pulse, in which FIG. 2A shows the timing of the conventional read pulse, and FIG. 2B shows the timing of the read pulse of this embodiment.
[0014]
In the conventional read pulse, one read pulse is generated in one field period. In the present embodiment, eight read pulses are generated in one field period.
[0015]
That is, in this solid-state imaging device, one field period is divided into eight to generate a readout pulse, which is sequentially applied to the gate of the readout transistor 3 and the charge accumulated in the one field period is output as an 8-bit digital signal. Here, each readout pulse generated within one field period is referred to as a divided field.
[0016]
In the case of the MOS type sensor 1, the electric charge obtained by photoelectric conversion is accumulated in the capacitor 2 and can be read out any number of times without resetting until reset. That is, the amount of charge read by each readout pulse is the amount of charge accumulated for the total of each divided field from the start of one field to the generation of the readout pulse.
[0017]
Therefore, for example, a signal corresponding to the charge accumulated for 1/8 field by the read pulse generated in the 1/8 field is input to the differential amplifier 4, and the signal corresponding to 2/8 field is output by the read pulse generated in the 2/8 field. A signal corresponding to the accumulated charge is input to the differential amplifier 4, and similarly, a signal corresponding to the accumulated charge for each divided field is sequentially input to the differential amplifier 4 until a read pulse generated in the 8/8 field. Entered.
[0018]
A predetermined reference value is input to the differential amplifier 4 and is compared with a signal corresponding to the charge accumulated for the total of each divided field described above. If the signal corresponding to the amount of charge is smaller than the reference value, 0 is output, and otherwise (1 or more), 1 is output.
[0019]
FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship between the signal level input to the sensor and the output signal. Here, light of each intensity is input to the six sensors 1a to 1f, and the outputs (outputs from the differential amplifier) in each divided field at that time are shown.
[0020]
For example, if the signal level of the output from the sensor 1a is “5”, “0” is output from the differential amplifier from the 1/8 field to the 3/8 field, and the differential amplifier after the 4/8 field. Outputs “1”.
[0021]
If the signal level of the output from the sensor 1b is “8”, “1” is output from the differential amplifier in all of the 1/8 field to 8/8 field.
[0022]
If the signal level of the output from the sensor 1c is “7”, “0” is output from the differential amplifier for 1/8 field, and “1” is output from the differential amplifier after 2/8 field. Is done.
[0023]
If the signal level of the output from the sensor 1d is “3”, “0” is output from the differential amplifier from the 1/8 field to the 5/8 field, and the differential amplifier after the 6/8 field. Outputs “1”.
[0024]
If the signal level of the output from the sensor 1e is "1", "0" is output from the differential amplifier from 1/8 field to 7/8 field, and only 8/8 field is output from the differential amplifier. “1” is output.
[0025]
If the signal level of the output from the sensor 1 f is “6”, “0” is output from the differential amplifier from the 1/8 field to the 2/8 field, and the differential amplifier after the 3/8 field. Outputs “1”.
[0026]
As described above, in the solid-state imaging device of the present embodiment, a digital signal corresponding to the signal level is output from the differential amplifier according to each signal level, and a digital output is obtained without the need to provide a complicated A / D conversion circuit. be able to.
[0027]
FIG. 4 is a diagram for explaining the change in the amount of incident light with respect to the exposure time and the output signal corresponding to each amount of incident light. When driving the solid-state imaging device of the present embodiment, a plurality of read pulses are applied to the gate of the read transistor 3 (see FIG. 1) within one field period. At this time, a read pulse is generated by dividing one field period into eight equal parts.
[0028]
In this case, in the incident light amounts L1 to L8 shown in FIG. 4, output signals of each bit are generated at equal intervals by read pulses corresponding to the equally divided divided fields. Here, the amount of incident light L1 to L8 increases linearly, but the transition of the output signal changes in a Log manner. Thus, a high dynamic range can be realized when the amount of incident light is small, and saturation of the output signal can be suppressed when the amount of incident light is large.
[0029]
FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between each incident light quantity and the output signal in the case of unequal divided fields. Here, the period of the divided field after the first divided field is increased in a Log manner. As a result, the generation timing of the read pulse becomes Log, but the output signal changes linearly.
[0030]
That is, even in a single solid-state imaging device, the change of the output signal is made logarithmic or linear depending on whether the timing of the readout pulse applied to the gate of the readout transistor is equally divided or made logarithmic. It becomes possible to choose.
[0031]
FIG. 6 is a configuration diagram illustrating an example of a solid-state imaging device including a CCD. Here, a plurality of sensors 1 arranged in a matrix, a vertical transfer unit 10 formed corresponding to the columns of the sensors 1 in the figure, and a horizontal transfer unit provided on the lower end side of the vertical transfer unit 10 in the figure 20, an output unit 30 provided in a subsequent stage of the horizontal transfer unit 20, and a differential amplifier 4 in which a signal from the output unit 30 is an input on one side and a reference value is an input on the other side.
[0032]
In such a solid-state imaging device composed of a CCD, the electric charge obtained by photoelectric conversion by the sensor 1 in a predetermined period is sent to the vertical transfer unit 10 by a read pulse generated at a predetermined timing, and sequentially in the vertical direction by a vertical transfer pulse. Forward. Further, after the transfer in the vertical direction, the horizontal transfer unit 20 sequentially transfers in the horizontal direction. Thereafter, each charge transferred by the output unit 30 is converted into a voltage corresponding to the amount of charge and output.
[0033]
The differential amplifier 4 compares the voltage output from the output unit 30 with a predetermined reference value and outputs a digital signal of 0 or 1.
[0034]
The solid-state imaging device according to the present embodiment including such a CCD is also characterized in that a readout pulse is applied a plurality of times within one field period, as before. In the CCD, since the readout of charges is destructive readout, by applying readout pulses at Log intervals as shown in FIG. 5, each divided field is gradually widened and accumulated in each divided field. Increase the time gradually.
[0035]
As a result, even if a read pulse is generated in a divided field within one field period and the charge is read out and discharged, the charge is accumulated in the next divided field for a longer period than in the previous divided field. For this reason, the charge amount corresponding to each divided field gradually increases.
[0036]
Therefore, by comparing the signal of the amount of charge corresponding to each divided field, which sequentially increases, with the reference value by the differential amplifier 4, a digital output corresponding to the amount of incident light can be obtained even in destructive readout. become.
[0037]
In the solid-state imaging device according to the present embodiment including such a CCD, since the readout is performed a plurality of times within one field period, the amount of charge handled by one readout can be reduced, and the size and vertical of the sensor 1 can be reduced. The sizes of the transfer unit 10 and the horizontal transfer unit 20 can be reduced. Furthermore, low voltage driving of the vertical transfer unit 10 and the horizontal transfer unit 20 can be achieved.
[0038]
Note that even in a solid-state imaging device such as a CCD that performs destructive readout, the reference value given to the differential amplifier 4 can be varied in each divided field, so that the amount of incident light can be reduced even in equally divided readout as shown in FIG. The corresponding digital output can be obtained.
[0039]
That is, in the equally divided readout shown in FIG. 4, since the period of each divided field is equal, the amount of charge accumulated in any divided field is the same for the same amount of light. On the other hand, there is a certain difference in the amount of charge accumulated in any divided field at different light quantities.
[0040]
Therefore, the reference value given to the differential amplifier 4 is gradually reduced from the first read pulse to the last read pulse in one field. This makes it possible to obtain a digital output corresponding to the amount of incident light even if the divided fields are equally spaced.
[0041]
Here, in the present embodiment described above, when a plurality of sensors are provided, a bit output corresponding to each sensor is sequentially obtained in one divided field within one field period. Therefore, when storing this bit output in the memory, the storage destination address of the memory is shifted and stored by an address corresponding to the number of divided fields in one field.
[0042]
For example, when one field is divided into eight, each bit output of each sensor obtained in one divided field is stored in the order of memory addresses (1, 9, 17,...), That is, at eight address intervals. Then, each bit output of each sensor obtained in the next divided field is stored in the order of memory addresses (2, 10, 18,...). When such storage is sequentially performed within one field period, the bit output of one field period obtained by the same sensor is stored at eight consecutive addresses.
[0043]
The MOS-type solid-state imaging device described above can be applied to either a line-type or an area-type, and the CCD-type solid-state imaging device can be applied to a line-type.
[0044]
Such a solid-state imaging device can be applied to a camera system for moving images and still images, an image input system such as a scanner and a copying machine, and an image recognition system that performs pattern matching and the like.
[0045]
Here, in the solid-state imaging device of the present embodiment, the higher the input level, the more “1” is set in the output bit at an earlier stage. Therefore, when the solid-state imaging device of this embodiment is applied to an image recognition system, a portion with a high input level can be detected at an early stage of one field period, and high-speed pattern matching processing can be realized.
[0046]
In the solid-state imaging device according to the present embodiment, if the output bit corresponding to the divided field in one field is “1”, the subsequent output bit is automatically handled as “1”, and then It becomes possible to speed up the processing.
[0047]
In the present embodiment, an example in which one field period is divided into eight and eight read pulses are generated in one field period has been described. However, the present invention is not limited to this, and the number of read pulses is appropriately set. You only have to set it. Further, the number of read pulses in one field period may be varied according to the usage form of the digital signal to be output.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, the present invention has the following effects. That is, the signal obtained by photoelectric conversion in the light receiving unit can be digitized by a differential amplifier having a simple configuration without using a complicated A / D conversion circuit, and the solid-state imaging device can be reduced in size and speeded up. Can be achieved. In addition, since the amount of charge handled in one reading is small, it is possible to reduce the size of the pixel and the transfer unit, and it is possible to achieve higher density of the pixel, lower amplitude of the drive unit, and lower voltage. Become.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a basic circuit diagram illustrating a solid-state imaging device according to an embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating a read pulse.
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a signal level input to a sensor and an output signal.
FIG. 4 is a diagram for explaining a change in an incident light amount with respect to an exposure time and an output signal corresponding to each incident light amount.
FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between each incident light quantity and an output signal in the case of unequal divided fields.
FIG. 6 is a configuration diagram illustrating an example of a solid-state imaging device including a CCD.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sensor, 2 ... Capacitor, 3 ... Reading transistor, 4 ... Differential amplifier, 5 ... Reset transistor, 10 ... Vertical transfer part, 20 ... Horizontal transfer part, 30 ... Output part

Claims (10)

入射光に対して一定期間電荷の蓄積を行う受光部と、
前記受光部で電荷の蓄積を行う1フィールド期間内に複数回の電荷読み出しを行う読み出し制御部と、
前記読み出し制御部によって読み出した電荷に対応する信号と所定の基準値とを比較して出力する差動アンプとを備え
前記1フィールド期間内に行う複数回の電荷読み出しを等分割にするか不均等にするかを選択できるようになっている
ことを特徴とする固体撮像装置。
A light receiving unit that accumulates charges for a certain period of time with respect to incident light;
A readout control unit that performs charge readout a plurality of times within one field period in which charges are accumulated in the light receiving unit;
A differential amplifier that compares and outputs a signal corresponding to the electric charge read by the read control unit and a predetermined reference value ;
A solid-state imaging device characterized in that a plurality of charge readings performed within the one field period can be selected to be equally divided or non-uniform .
前記1フィールド期間内に行う複数回の電荷読み出しによる前記差動アンプの出力結果が前記所定の基準値を超えた場合、その後の当該1フィールド期間内の電荷読み出しによる前記差動アンプの出力結果を自動的に前記所定の基準値を超えたとして取り扱う
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
When the output result of the differential amplifier by a plurality of charge readouts performed within the one field period exceeds the predetermined reference value, the output result of the differential amplifier by the subsequent charge readouts within the one field period is obtained. 2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is automatically handled as exceeding the predetermined reference value .
前記読み出し制御部は、前記1フィールド期間内に行う複数回の電荷読み出し間隔が不均等となる選択を行った場合、前記1フィールド期間内で間隔を徐々に変えた複数回の電荷読み出しを行う
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
The read control unit performs a plurality of charge readings with gradually changing intervals within the one field period when performing a selection in which a plurality of charge reading intervals performed within the one field period are unequal. The solid-state imaging device according to claim 1.
前記差動アンプから、電荷量に応じた離散化データを出力する
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the differential amplifier outputs discretized data corresponding to a charge amount.
前記差動アンプに入力される所定の基準値は、前記複数回の電荷読み出し毎に可変する
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the predetermined reference value input to the differential amplifier is varied for each of the plurality of charge readouts.
入射光に対して一定期間電荷の蓄積を行う工程と、
前記電荷の蓄積を行う1フィールド期間内に複数回の電荷読み出しを行う工程と、
読み出した前記電荷に対応する信号と所定の基準値とを比較して出力する工程とを備え
前記1フィールド期間内に行う複数回の電荷読み出しを等分割にするか不均等にするかを選択できるようになっている
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
Storing charges for a certain period of time with respect to incident light;
A step of performing charge readout a plurality of times within one field period in which the charge is accumulated;
A step of comparing and outputting a signal corresponding to the read electric charge and a predetermined reference value ,
A method of driving a solid-state imaging device, wherein it is possible to select whether the plurality of charge readouts performed within one field period are equally divided or non-uniform .
前記1フィールド期間内に行う複数回の電荷読み出しによる前記差動アンプの出力結果が前記所定の基準値を超えた場合、その後の当該1フィールド期間内の電荷読み出しによる前記差動アンプの出力結果を自動的に前記所定の基準値を超えたとして取り扱う
ことを特徴とする請求項6記載の固体撮像装置の駆動方法。
When the output result of the differential amplifier by a plurality of charge readouts performed within the one field period exceeds the predetermined reference value, the output result of the differential amplifier by the subsequent charge readouts within the one field period is obtained. 7. The method for driving a solid-state imaging device according to claim 6 , wherein the predetermined reference value is automatically handled as being exceeded .
前記1フィールド期間内に行う複数回の電荷読み出し間隔が不均等隣る選択を行った場合、前記1フィールド期間内で間隔を徐々に変えた複数回の電荷読み出しを行う
ことを特徴とする請求項6記載の固体撮像装置の駆動方法。
The charge readout is performed a plurality of times while the intervals are gradually changed in the one field period when selection is made such that the plurality of charge readout intervals performed within the one field period are unevenly adjacent. 6. A driving method of a solid-state imaging device according to 6.
前記電荷と所定の基準値とを比較して、前記電荷の電荷量に応じた離散化データを出力する
ことを特徴とする請求項6記載の固体撮像装置の駆動方法。
The method of driving a solid-state imaging device according to claim 6, wherein the charge is compared with a predetermined reference value and discretized data corresponding to the charge amount of the charge is output.
前記所定の基準値を、前記複数回の電荷読み出し毎に可変する
ことを特徴とする請求項6記載の固体撮像装置の駆動方法。
The method for driving a solid-state imaging device according to claim 6, wherein the predetermined reference value is varied for each of the plurality of charge readings.
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