[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP2000253316A - Cmos image sensor - Google Patents

Cmos image sensor

Info

Publication number
JP2000253316A
JP2000253316A JP11054367A JP5436799A JP2000253316A JP 2000253316 A JP2000253316 A JP 2000253316A JP 11054367 A JP11054367 A JP 11054367A JP 5436799 A JP5436799 A JP 5436799A JP 2000253316 A JP2000253316 A JP 2000253316A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
potential
frame
image sensor
cmos image
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11054367A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Norimitsu Sako
則光 迫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kawasaki Steel Corp filed Critical Kawasaki Steel Corp
Priority to JP11054367A priority Critical patent/JP2000253316A/en
Publication of JP2000253316A publication Critical patent/JP2000253316A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14643Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14654Blooming suppression
    • H01L27/14656Overflow drain structures
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/618Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise for random or high-frequency noise

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To output both of an absolute value and a difference from a front frame by providing sample and hold circuits respectively holding the signal potential of the former frame of a selected pixel sensor, a reset potential after resetting a detection node and the signal potential of a present frame. SOLUTION: In a reading circuit 20, a signal potential Vc including the noise of the present frame is kept to have a capacity CC by turning on a switch SHC; a signal potential Vp including the noise of the former frame is kept to have a capacity CP by turning on a switch SHP; a reset potential Vr including noise is kept to have a capacity CR by turning on a switch SHR. Then, an absolute value (Vc-Vr) or reduced noise components is measured by turning on a switch SWR and a difference (Vc-Vp) from the former frame of reduced noise component is measured by turning on a switch SWP. However, since an hourly distance is generated, the reset noise of the pixel sensor 10 and the white noise of the circuit 20 cannot be reduced perfectly.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、CMOSイメージ
センサに係り、特に、動画も撮像可能なデジタルスチル
カメラや、手振れ補正等のために動き検出が必要なデジ
タルビデオカメラに用いるのに好適な、絶対値及び前フ
レームとの差分を共に出力可能なCMOSイメージセン
サに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a CMOS image sensor and, more particularly, to a CMOS image sensor which is suitable for use in a digital still camera capable of picking up moving images and a digital video camera requiring motion detection for camera shake correction. The present invention relates to a CMOS image sensor capable of outputting both an absolute value and a difference from a previous frame.

【0002】[0002]

【従来の技術】CCDイメージセンサに代わる撮像素子
として、CMOSイメージセンサが着目されている。こ
のCMOSイメージセンサは、ノイズが多いため、何ら
かのノイズ対策を施す必要がある。
2. Description of the Related Art Attention has been focused on a CMOS image sensor as an image pickup device replacing a CCD image sensor. Since this CMOS image sensor has much noise, it is necessary to take some measures against noise.

【0003】例えば、“CMOS Active Pixel Image
Sensors for Highly Integrated Imaging Systems”S
unetra K. Mendis 他、Journal of Solid-State Circu
its,Vol.32,No.2,Feb.1997,P187-197(以下、英語
文献と称する)には、図1(回路図)及び図2(タイミ
ングチャート)に示すような、トランスファゲートTX
によって分離された浮動拡散(Floating Diffusion,F
Dとも略する)出力FDを備えたフォトゲートPGが開
示されている。このピクセルセンサは、更に、リセット
トランジスタMRと、ピクセル内ソースフォロワMI
N、及び、列選択トランジスタMXを含んでいる。
For example, “CMOS Active Pixel Image
Sensors for Highly Integrated Imaging Systems ”S
unetra K. Mendis and others, Journal of Solid-State Circu
its, Vol.32, No.2, Feb.1997, P187-197 (hereinafter referred to as English literature) has a transfer gate TX as shown in FIG. 1 (circuit diagram) and FIG. 2 (timing chart).
Diffusion, F separated by
A photogate PG having an output FD is also disclosed. The pixel sensor further includes a reset transistor MR and a source follower MI in the pixel.
N and a column select transistor MX.

【0004】同じ行のピクセルについて共通な読出し回
路は、第1のソースフォロワの負荷トランジスタMLN
と、信号電位及びリセット電位を記憶するための2つの
サンプルホールド回路を含んでいる。ピクセルセンサ及
び読出し回路のランダムノイズや固定パターンノイズを
低減するために、ノイズの大きさに時間的な相関が強い
短時間に、ノイズを含むリセット電位と同じノイズを含
む信号電位とをそれぞれサンプリングし、信号電位から
リセット電位を差引く、相関二重サンプリングが有効で
あり、ピクセルの浮動拡散ノードから、リセットノイ
ズ、1/fノイズ及びピクセル内ソースフォロワからの
閾値変動を抑制することができる。
A common readout circuit for pixels in the same row is a load transistor MLN of the first source follower.
And two sample-and-hold circuits for storing the signal potential and the reset potential. To reduce random noise and fixed pattern noise in the pixel sensor and readout circuit, sample the reset potential containing noise and the signal potential containing the same noise in a short period of time, in which the magnitude of the noise has a strong temporal correlation. Correlation double sampling, which subtracts the reset potential from the signal potential, is effective, and can suppress reset noise, 1 / f noise, and threshold fluctuation from the source follower in the pixel from the floating diffusion node of the pixel.

【0005】各サンプルホールド回路は、サンプルホー
ルドスイッチMSHS、MSHR、容量CS、CR、及
び、容量電位をバッファして高容量の水平バスを高速で
読み出すための行ソースフォロワMP1、MP2と、行
選択トランジスタMY1、MY2を備えている。行ソー
スフォロワの負荷トランジスタMLP1、MLP2は、
ピクセルの全アレイに関して共通である。ピクセル内の
Nチャネルソースフォロワによる信号電位の変化を補償
するため、行回路ではPチャネルソースフォロワが用い
られている。
Each sample-and-hold circuit includes sample-and-hold switches MSHS and MSHR, capacitors CS and CR, and row source followers MP1 and MP2 for buffering a capacitor potential and reading a high-capacity horizontal bus at high speed. It includes transistors MY1 and MY2. The load transistors MLP1 and MLP2 of the row source follower
Common for all arrays of pixels. To compensate for a change in signal potential due to an N-channel source follower in a pixel, a P-channel source follower is used in the row circuit.

【0006】更に、各行出力回路には、2つのサンプル
ホールド容量CS及びCRを選択的に短絡するための、
クローバースイッチCB、及び、2つの行選択スイッチ
MS1、MS2が設けられている。
Furthermore, each row output circuit has a circuit for selectively short-circuiting two sample-and-hold capacitors CS and CR.
A crowbar switch CB and two row selection switches MS1 and MS2 are provided.

【0007】このCMOSイメージセンサにおける動作
は図3に示す如くである。即ち、まず、電源電圧VDD
及びVSSをそれぞれ5V及び0Vにセットし、トラン
スファゲートTXを2.5Vにバイアスする。ピクセル
内ソースフォロワ及び行ソースフォロワの負荷トランジ
スタMLN、MLP1、MLP2は、それぞれ1.5V
及び2.5Vに直流バイアスされる。
The operation of this CMOS image sensor is as shown in FIG. That is, first, the power supply voltage VDD
And VSS are set to 5V and 0V, respectively, and the transfer gate TX is biased to 2.5V. The load transistors MLN, MLP1, and MLP2 of the intra-pixel source follower and the row source follower are each 1.5 V
And 2.5V DC bias.

【0008】図3(a)に示す信号蓄積期間において、
光によって発生された電子は、5Vにバイアスされた表
面チャネルフォトゲートPGに集められる。ここで、リ
セットトランジスタMRは2.5Vにバイアスされ、過
剰な信号電荷がリセットドレインに流れるように、横方
向ブルーミング防止(lateral antiblooming)ドレイン
として作用する。列選択トランジスタMXは0Vにバイ
アスされている。信号蓄積後、ピクセルの全列が同時に
読み出される。
In the signal accumulation period shown in FIG.
The electrons generated by the light are collected on the surface channel photogate PG biased at 5V. Here, the reset transistor MR is biased to 2.5V and acts as a lateral antiblooming drain so that excess signal charge flows to the reset drain. The column select transistor MX is biased to 0V. After signal accumulation, all columns of pixels are read out simultaneously.

【0009】具体的には、まず、読み出される列内のピ
クセルが、列選択スイッチMXをオンとすることによっ
てアドレスされる。次いで、図3(b)に示す如く、ピ
クセルの浮動拡散出力ノードFDが、リセットゲートM
Rを一時的に5Vとすることによってリセットされる
(図3(b)参照)。これにより、浮動拡散出力FD
は、約3.5Vにリセットされる。
Specifically, first, the pixels in the column to be read are addressed by turning on the column selection switch MX. Next, as shown in FIG. 3B, the floating diffusion output node FD of the pixel is connected to the reset gate M
This is reset by temporarily setting R at 5 V (see FIG. 3B). Thereby, the floating diffusion output FD
Is reset to about 3.5V.

【0010】第1のソースフォロワの出力が、サンプル
ホールドスイッチMSHRをオンとすることによって、
最下行の容量CR上にサンプリングされる。次いで、図
3(c)に示す如く、PGのポテンシャル井戸の底を一
時的に持ち上げて、光電流による蓄積電荷をFDに転送
する。次いで、図3(d)に示す如く、サンプルホール
ドスイッチMSHSをオンとすることによって、FDの
信号電位が、読出し回路の容量CSに保持される。
When the output of the first source follower turns on the sample hold switch MSHR,
It is sampled on the bottom row capacitor CR. Next, as shown in FIG. 3C, the bottom of the potential well of the PG is temporarily lifted, and the accumulated charge due to the photocurrent is transferred to the FD. Next, as shown in FIG. 3D, by turning on the sample hold switch MSHS, the signal potential of the FD is held in the capacitor CS of the reading circuit.

【0011】保持されたリセット電位及び信号電位が、
行選択スイッチMY1、MY2によって、ソースフォロ
ワの2組目を通して順次読み出される。
The held reset potential and signal potential are:
The data is sequentially read through the second set of source followers by the row selection switches MY1 and MY2.

【0012】このようにして保持された容量CSとCR
の電位差△1を求める。次いで、クローバースイッチC
Bをオンとして、選択された2つのサンプルホールド用
容量CSとCRを一時的に短絡し、再度電位差Δ2を求
める。
The capacitances CS and CR thus held are
Is obtained. Next, Clover switch C
With B turned on, the selected two sample-hold capacitors CS and CR are temporarily short-circuited, and the potential difference Δ2 is obtained again.

【0013】このようにして、(Δ1−Δ2)で、読出
し回路のオフセットを除いた信号電位の絶対値を求める
(デルタ差サンプリングDDSと称する)。
In this way, the absolute value of the signal potential excluding the offset of the readout circuit is obtained from (Δ1−Δ2) (referred to as delta difference sampling DDS).

【0014】最後に、FDリセット信号Rとトランスフ
ァ信号TXとを一時的にオンとし、PGをリセットし
て、再び光の取り込みを行う。
Finally, the FD reset signal R and the transfer signal TX are temporarily turned on, the PG is reset, and light is taken in again.

【0015】又、「アナログ2次元DCT(離散コサイ
ン変換)回路と精度適応A/D変換器に基づく画像圧縮
CMOSイメージセンサ」川人祥二他、映像情報メディ
ア学会誌Vol.52,No.2,pp206−213
(1998)には、アナログ2次元DCT回路を集積化
して、センサ上で画像圧縮を行うようにしたCMOSイ
メージセンサにおいて、図4に示す如く、読出し回路R
Oとしてスイッチトキャパシタ回路SCCを用い、容量
帰還の2段のアンプA1、A2と、互いにオーバーラッ
プしないクロックφ1、φ2を用いることが記載されて
いる。
"Image compression CMOS image sensor based on analog two-dimensional DCT (discrete cosine transform) circuit and precision adaptive A / D converter" Shoji Kawahito et al., Journal of the Institute of Image Information and Television Engineers, Vol. 52, no. 2, pp 206-213
(1998) discloses a CMOS image sensor in which an analog two-dimensional DCT circuit is integrated to perform image compression on the sensor, as shown in FIG.
It is described that a switched capacitor circuit SCC is used as O, and two-stage amplifiers A1 and A2 for capacitive feedback and clocks φ1 and φ2 that do not overlap each other are used.

【0016】具体的には、まず、φ2=1として、初段
のアンプA1の帰還容量Cf1をリセットしておく。
Specifically, first, the feedback capacitance Cf1 of the first-stage amplifier A1 is reset by setting φ2 = 1.

【0017】次いで、φ1=1として、フォトダイオー
ドPDからの信号電荷を、初段のアンプA1の帰還容量
Cf1に転送する。
Next, assuming that φ1 = 1, the signal charge from the photodiode PD is transferred to the feedback capacitor Cf1 of the first-stage amplifier A1.

【0018】次いで、φ2=1として、サンプルされた
信号成分を、次段のアンプA2の帰還容量Cf2に転送
し、出力させる。これにより、読出し回路の初段アンプ
A1のオフセットが除かれる。
Next, assuming that φ2 = 1, the sampled signal component is transferred to the feedback capacitor Cf2 of the amplifier A2 in the next stage and output. As a result, the offset of the first-stage amplifier A1 of the read circuit is removed.

【0019】このようにして得られた1ブロックの1列
分の信号出力が、1次元DCT回路で演算処理される。
The signal output for one column of one block obtained in this way is processed by a one-dimensional DCT circuit.

【0020】図4において、ISAはイメージセンサア
レイ、Vsは垂直(ブロック)スキャナ、Vhは水平ス
キャナ、Tcはカップリングトランジスタ群である。
In FIG. 4, ISA is an image sensor array, Vs is a vertical (block) scanner, Vh is a horizontal scanner, and Tc is a coupling transistor group.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】前者の従来技術におけ
る出力信号は、A/Dコンバータによってデジタル変換
され、フレームメモリに記憶されると共に、前フレーム
を記憶しているフレームメモリのデータとの差分が計算
され、動き検出等に利用されるが、複数の大きなフレー
ムメモリと、多くの演算処理を必要とし、消費電力が大
きいという問題点を有する。
The output signal in the former prior art is digitally converted by an A / D converter and stored in a frame memory, and the difference between the output signal and the data in the frame memory storing the previous frame is obtained. Although it is calculated and used for motion detection and the like, it requires a plurality of large frame memories and a large amount of arithmetic processing, and has a problem that power consumption is large.

【0022】一方、後者の従来技術は、ピクセルセンサ
が、フォトダイオードと2つのCMOSのみで構成され
ており、構造が単純であるため、ピクセルセンサを小さ
くできるが、フォトダイオードをリセットできないた
め、ランダムノイズを除去できない。又、アナログの2
次元DCT回路でフレームメモリを削除できる場合もあ
るが、フレーム間の差分が得られないので、動画圧縮の
一般的な規格であるMPEG規格に対応できない上、短
時間、少画素の動画でもデータ量が多いという問題点を
有していた。
On the other hand, in the latter conventional technique, the pixel sensor is composed of only a photodiode and two CMOSs, and the structure is simple, so that the pixel sensor can be made small. Cannot remove noise. Also, analog 2
In some cases, the frame memory can be deleted by the dimensional DCT circuit, but the difference between frames cannot be obtained, so that the MPEG standard, which is a general standard for moving image compression, cannot be used. There was a problem that there were many.

【0023】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くなされたもので、選択により、絶対値、前フレームと
の差分のいずれも出力可能なCMOSイメージセンサを
提供することを課題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and it is an object of the present invention to provide a CMOS image sensor capable of selectively outputting either an absolute value or a difference from a previous frame.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】本発明は、CMOSイメ
ージセンサにおいて、前フレームの信号電荷を保持可能
なピクセルセンサと、選択されたピクセルセンサの前フ
レームの信号電位Vp、検出ノードをリセットした後の
リセット電位Vr、現フレームの信号電位Vcをそれぞれ
保持するサンプルホールド回路と、(Vc−Vp)でフレ
ーム間差分、(Vc−Vr)で絶対値を出力する手段とを
備えることにより、前記課題を解決したものである。
According to the present invention, in a CMOS image sensor, a pixel sensor capable of holding a signal charge of a previous frame, a signal potential Vp of a previous frame of the selected pixel sensor, and a detection node are reset. And a means for outputting a difference between frames by (Vc-Vp) and an absolute value by (Vc-Vr). Is solved.

【0025】又、該CMOSイメージセンサ用のピクセ
ルセンサにおいて、現フレームの光を取り込んで、その
光量に対応する信号電荷を蓄積する受光部と、前フレー
ムの信号電荷を保持するための遮光部と、前記受光部に
蓄積された信号電荷を該遮光部に転送する手段と、前記
遮光部に保持された信号電荷をリセットする手段とを備
えたものである。
Also, in the pixel sensor for the CMOS image sensor, a light receiving section for taking in light of the current frame and storing signal charges corresponding to the light amount, and a light shielding section for holding signal charges of the previous frame are provided. Means for transferring the signal charges accumulated in the light receiving section to the light shielding section, and means for resetting the signal charges held in the light shielding section.

【0026】又、前記CMOSイメージセンサ用ピクセ
ルセンサの信号読出し回路において、前記ピクセルセン
サの前記受光部に蓄積された、現フレームの光量に対応
する信号電荷による信号電位Vcを記憶する現フレーム
電位記憶手段と、前記遮光部に転送されてきた前フレー
ムの信号電荷による信号電位Vpを記憶する前フレーム
電位記憶手段と、前記リセット後の遮光部の信号電位V
rを記憶するリセット電位記憶手段と、選択により、前
記現フレーム電位記憶手段の記憶値Vcと、前記前フレ
ーム電位記憶手段の記憶値Vpの差分(Vc−Vp)、又
は、前記記憶値Vcと前記リセット電位記憶手段の記憶
値Vrの差分(Vc−Vr)を出力する手段とを備えたも
のである。
In the signal readout circuit of the pixel sensor for the CMOS image sensor, a current frame potential storage for storing a signal potential Vc of a signal charge corresponding to the amount of light of the current frame stored in the light receiving section of the pixel sensor. Means, a previous frame potential storing means for storing a signal potential Vp due to a signal charge of a previous frame transferred to the light shielding unit, and a signal potential V of the light shielding unit after the reset.
reset potential storage means for storing r, and a difference (Vc-Vp) between the storage value Vc of the current frame potential storage means and the storage value Vp of the previous frame potential storage means, or the storage value Vc, depending on selection. Means for outputting a difference (Vc-Vr) of the storage value Vr of said reset potential storage means.

【0027】又、動画も撮像可能なデジタルスチルカメ
ラにおいて、前記CMOSイメージセンサと、動画撮像
の最初のフレーム及び定期的なフレームを、前記CMO
Sイメージセンサ出力の絶対値により作成する手段と、
途中のフレームを、前記フレーム間差分により作成する
手段とを備えたものである。
In a digital still camera capable of capturing a moving image, the CMOS image sensor and the first frame and the periodic frame for capturing a moving image are transmitted to the CMO.
Means for creating the absolute value of the S image sensor output;
Means for creating an intermediate frame based on the inter-frame difference.

【0028】又、動き検出が必要なデジタルビデオカメ
ラにおいて、前記CMOSイメージセンサと、該CMO
Sイメージセンサ出力のフレーム間差分により、画面内
の動きベクトルを算出する動き検出手段とを備えたもの
である。
In a digital video camera requiring motion detection, the CMOS image sensor and the CMO
A motion detecting means for calculating a motion vector in the screen based on the inter-frame difference of the S image sensor output.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施形態を詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0030】回路設計及びレイアウト設計において、エ
リアセンサの単位となるピクセルセンサに要求される一
般的な条件は、次のとおりである。 (1)量子効率、その重要な要素である開口率を大きく
する。 (2)CMOSで特に問題となるランダムノイズを低減
できるようにする。 (3)2次元のアレイ状に多数配列されるので、サイズ
をできるだけ小さくする。 (4)そのため、単一のウェルと単一のトランジスタタ
イプを使用する。 (5)トランジスタ等の余分な素子数をできるだけ少な
くする。 (6)ピクセルセンサへの配線数はできるだけ少なくす
る。 (7)変則的な配列は空間的な歪みをもたらすので、ア
レイの周辺部は除き、各ピクセルセンサの受光部を、上
下左右に等間隔に並べられるレイアウト構造にする。
In circuit design and layout design, general conditions required for a pixel sensor as a unit of an area sensor are as follows. (1) To increase the quantum efficiency and the aperture ratio which is an important factor thereof. (2) Random noise, which is particularly problematic in CMOS, can be reduced. (3) Since a large number are arranged in a two-dimensional array, the size is reduced as much as possible. (4) Therefore, a single well and a single transistor type are used. (5) Minimize the number of extra elements such as transistors. (6) The number of wirings to the pixel sensor is reduced as much as possible. (7) Since the irregular arrangement causes spatial distortion, the light receiving units of each pixel sensor are arranged in a layout structure in which the light receiving units of each pixel sensor are arranged at equal intervals in the upper, lower, left, and right directions except for the periphery of the array.

【0031】更に、前フレームとの差分を出力するため
にピクセルセンサに要求される条件は、次のとおりであ
る。 (8)前フレームの信号電荷を保持する。 (9)読出し等で選択されていないピクセルセンサの信
号電荷は、選択されるまで確実に保持して、アドレス選
択信号やリセット信号等に影響されないようにする。 (10)デジタルカメラ等のようにシャッタを用いた連
写(連続撮影)を高速に行うアプリケーションでは、受
光部(フォトゲートやフォトダイオード)の電荷を一斉
にリセットできるようにする。
The conditions required for the pixel sensor to output the difference from the previous frame are as follows. (8) The signal charge of the previous frame is held. (9) The signal charge of the pixel sensor not selected by reading or the like is securely held until selected, so that it is not affected by an address selection signal, a reset signal, or the like. (10) In an application such as a digital camera that performs high-speed continuous shooting (continuous shooting) using a shutter, the charges in the light receiving units (photogates and photodiodes) can be reset all at once.

【0032】前記のような条件を満足した、本発明に係
る第1実施形態であるフォトダイオード方式のピクセル
センサ10の構成及びポテンシャルイメージを図5に示
す。
FIG. 5 shows a configuration and a potential image of the photodiode type pixel sensor 10 according to the first embodiment of the present invention satisfying the above conditions.

【0033】本実施形態は、前フレームの光を取り込ん
で、その光量に対応する信号電荷を蓄積する従来と同様
の受光部12に加えて、前フレームの信号電荷を保持す
るための、例えば金属配線層や光学的な遮光フィルム等
で実現された遮光体16により遮光された遮光部14を
有することを特徴とする。
In the present embodiment, in addition to the conventional light receiving section 12 for taking in the light of the previous frame and accumulating the signal charge corresponding to the amount of light, for example, a metal for holding the signal charge of the previous frame is used. It is characterized by having a light-shielding portion 14 which is shielded by a light-shielding body 16 realized by a wiring layer, an optical light-shielding film or the like.

【0034】図において、Bはベース電荷、Cは、今回
分の電荷、Pは、前回分に比例する転送残電荷である。
In the figure, B is the base charge, C is the current charge, and P is the remaining transfer charge proportional to the previous charge.

【0035】図6は、図1に示した従来例と同様のフォ
トゲート方式のピクセルセンサに適用した、本発明に係
る第2実施形態のピクセルセンサであり、トランスファ
信号TXは、グランドGNDと電源電圧VDDとの間の
適当な電位に保持される。
FIG. 6 shows a pixel sensor according to a second embodiment of the present invention which is applied to a pixel sensor of the same photogate type as that of the conventional example shown in FIG. 1. The transfer signal TX includes a ground GND and a power supply. It is kept at an appropriate potential between the voltage VDD.

【0036】なお、図5及び図6の実施形態は、いずれ
も、ピクセルセンサを、Pウェルを用いてNMOSトラ
ンジスタで構成した例であるが、同様に、Nウェルを用
いてPMOSトランジスタで構成できることも自明であ
る。
In each of the embodiments shown in FIGS. 5 and 6, the pixel sensor is constituted by an NMOS transistor using a P well, but similarly, the pixel sensor can be constituted by a PMOS transistor using an N well. Is also self-evident.

【0037】以下、図5及び図6に示したフォトダイオ
ード方式のピクセルセンサの場合を例にとって、具体的
に説明する。
Hereinafter, a specific description will be given taking the case of the photodiode type pixel sensor shown in FIGS. 5 and 6 as an example.

【0038】まず、周辺回路は、ピクセルセンサの制御
信号(フォトダイオード(PD)リセット信号PDR、
フォトゲート(PG)リセット信号PGR、PG制御信
号PG、トランスファ信号TX、FDリセット信号FD
R、ピクセルセンサ選択信号X等)を駆動する周辺制御
回路と、ピクセルセンサ出力POの信号電位を読出すた
めの、図7に示すような読出し回路20に分けられる。
ピクセルセンサ10のランダムノイズには、FD(T
XとFDRの間のn+)のリセットノイズ、信号検出ノ
ードの信号電位をソースフォロワで出力するトランジス
タMINの1/fノイズ、及び、暗電流がある。読出し
回路20のランダムノイズには、サンプルホールド回路
の容量CC、CP、CRのリセットノイズ、アンプA
C、AP、ARのホワイトノイズ、及び、1/fノイズ
がある。固定パターンノイズは、列毎に並列出力するこ
とによる列間のばらつきによるもので、読出し回路のア
ンプのオフセットばらつきが主な原因である。
First, the peripheral circuit supplies a control signal (photodiode (PD) reset signal PDR,
Photogate (PG) reset signal PGR, PG control signal PG, transfer signal TX, FD reset signal FD
R, a pixel sensor selection signal X, etc.) and a read circuit 20 as shown in FIG. 7 for reading the signal potential of the pixel sensor output PO.
FD (T
There are (n +) reset noise between X and FDR, 1 / f noise of the transistor MIN that outputs the signal potential of the signal detection node by the source follower, and dark current. The random noise of the read circuit 20 includes reset noise of the capacitors CC, CP, and CR of the sample and hold circuit, and the amplifier A
There are C, AP, AR white noise and 1 / f noise. The fixed pattern noise is caused by variations between columns due to parallel output for each column, and is mainly caused by offset variations of the amplifier of the readout circuit.

【0039】ピクセルセンサ及び読出し回路のランダム
ノイズ、固定パターンノイズを低減するために、前記英
語文献に記載された相関二重サンプリングが有効であ
る。
In order to reduce random noise and fixed pattern noise of the pixel sensor and the readout circuit, correlated double sampling described in the above-mentioned English literature is effective.

【0040】そこで、図7の読出し回路では、スイッチ
SHCをオンにして、現フレームのノイズを含む信号電
位Vcを容量CCに、スイッチSHPをオンにして、前
フレームのノイズを含む信号電位Vpを容量CPに、ス
イッチSHRをオンにして、ノイズを含むリセット電位
Vrを容量CRにそれぞれ保持する。そして、スイッチ
SWRをオンにして、ノイズ成分を低減した絶対値(V
c−Vr)、スイッチSWPをオンにして、ノイズ成分を
低減した前フレームとの差分(Vc−Vp)を測定する。
但し、前フレームとの差分の場合、時間的な隔たりがで
きるので、ピクセルセンサのリセットノイズと1/fノ
イズ、読出し回路のホワイトノイズと1/fノイズは完
全には低減できない。
Therefore, in the read circuit of FIG. 7, the switch SHC is turned on, the signal potential Vc including noise of the current frame is set to the capacitor CC, the switch SHP is turned on, and the signal potential Vp including noise of the previous frame is set to The switch SHR is turned on in the capacitor CP, and the reset potential Vr including noise is held in the capacitor CR. Then, the switch SWR is turned on, and the absolute value (V
c−Vr), the switch SWP is turned on, and the difference (Vc−Vp) from the previous frame in which the noise component is reduced is measured.
However, in the case of the difference from the previous frame, there is a time lag, so that the reset noise and 1 / f noise of the pixel sensor and the white noise and 1 / f noise of the readout circuit cannot be completely reduced.

【0041】以下、フォトダイオード方式において、シ
ャッタを用いて光を取り込む場合に、前フレームとの差
分及び絶対値を測定する方法を、手順を追って説明す
る。
Hereinafter, a method of measuring a difference from a previous frame and an absolute value when light is captured using a shutter in the photodiode system will be described step by step.

【0042】(1)光の取り込み センサ上方に配設されたシャッタ(図示省略)を一時的
に開けて、図5に示した如く光を取り込み、今回分の電
荷Cを蓄積する。 (2)ピクセルセンサの選択 ピクセル選択信号Xを「H」にする。 (3)前フレームの信号電位の読出し スイッチSHPを一時的にオンにして、信号電位を容量
CPに記憶する。 (4)FDのリセット 図8に示す如く、FDリセット信号FDRを一時的に
「H」にして、FDに残存する今回の電荷Pを電源に逃
し、リセットする。 (5)リセット電位の読出し スイッチSHRを一時的にオンにして、信号電位を容量
CRに記憶する。 (6)信号電位の移動 図9に示す如く、トランスファ信号TXを一時的に
「H」にして、フォトダイオードの信号電荷CをFDへ
移動する。 (7)現フレームの信号電位の読出し スイッチSHCを一時的にオンにして、現フレームの信
号電位を容量CCに記憶する。 (8)絶対値及び前フレームとの差分の測定 絶対値は、スイッチSWRのみを一時的にオンにした時
の読出し回路20出力VO(=Vc−Vr)を測定する。
一方、前フレームとの差分は、スイッチSWPのみを一
時的にオンにした時の読出し回路20の出力VO(=V
c−Vp)を測定する。 (9)フォトダイオードのリセット 図10に示す如く、PDリセット信号PDRを一時的に
「H」にして、フォトダイオードをリセットする。 (10)ピクセルセンサの非選択 ピクセルセンサ選択信号Xを「L」にし、他のピクセル
センサを選択する。
(1) Light Capture The shutter (not shown) disposed above the sensor is temporarily opened to capture light as shown in FIG. 5 and accumulate the current charge C. (2) Selection of Pixel Sensor The pixel selection signal X is set to “H”. (3) Reading out the signal potential of the previous frame The switch SHP is temporarily turned on, and the signal potential is stored in the capacitor CP. (4) Reset of FD As shown in FIG. 8, the FD reset signal FDR is temporarily set to “H”, the current charge P remaining in the FD is released to the power supply, and reset. (5) Reading of reset potential The switch SHR is temporarily turned on, and the signal potential is stored in the capacitor CR. (6) Movement of Signal Potential As shown in FIG. 9, the transfer signal TX is temporarily set to “H”, and the signal charge C of the photodiode is moved to the FD. (7) Reading the signal potential of the current frame The switch SHC is temporarily turned on, and the signal potential of the current frame is stored in the capacitor CC. (8) Measurement of Absolute Value and Difference from Previous Frame The absolute value measures the output VO (= Vc−Vr) of the readout circuit 20 when only the switch SWR is temporarily turned on.
On the other hand, the difference from the previous frame is determined by the output VO (= V) of the readout circuit 20 when only the switch SWP is temporarily turned on.
c-Vp) is measured. (9) Photodiode Reset As shown in FIG. 10, the PD reset signal PDR is temporarily set to “H” to reset the photodiode. (10) Non-selection of pixel sensor The pixel sensor selection signal X is set to “L”, and another pixel sensor is selected.

【0043】ここで、手順(8)、(9)、(10)の
順番は重要でなく、システム全体の都合で入れ替えるこ
とができる。
Here, the order of the procedures (8), (9) and (10) is not important, and can be interchanged for the convenience of the whole system.

【0044】なお、前記英語文献にデルタ差サンプリン
グDDSとして記載されているように、図7に破線で示
す如く、容量CCとCRの間にスイッチSTXを設け
て、容量のリセットノイズ(オフセット)を低減し、絶
対値を、より正確に測定できるようにすることも可能で
ある。又、容量CCとCPとの間にスイッチを設けて、
容量のオフセットを低減することも可能である。これら
の手順は、(2)と(3)の間で実行することができ
る。
As described as a delta difference sampling DDS in the above-mentioned English document, a switch STX is provided between the capacitors CC and CR as shown by a broken line in FIG. 7 to reduce the reset noise (offset) of the capacitors. It is also possible to reduce the absolute value so that the absolute value can be measured more accurately. Also, a switch is provided between the capacitors CC and CP,
It is also possible to reduce the capacitance offset. These procedures can be performed between (2) and (3).

【0045】なお、シャッタを用いない場合には、常に
光を取り込むので、手順(1)は無用である。シャッタ
を用いる場合、手順(9)のフォトダイオードの暗電流
の影響を除くためのリセットは、シャッタを開く直前
に、全てのピクセルセンサに対して一斉に行う方が好ま
しい。
When the shutter is not used, light is always taken in, so that the procedure (1) is unnecessary. In the case where a shutter is used, it is preferable that the reset for removing the effect of the dark current of the photodiode in step (9) be performed on all the pixel sensors at the same time immediately before the shutter is opened.

【0046】なお、前フレームとの差分が必要でない場
合には、手順(3)をスキップすることができる。この
場合、手順(8)の一部も不要になる。
When the difference from the previous frame is not required, the procedure (3) can be skipped. In this case, part of the procedure (8) becomes unnecessary.

【0047】又、絶対値が必要でない場合には、手順
(5)をスキップすることができる。この場合も、手順
(8)の一部が不要になる。
If the absolute value is not required, step (5) can be skipped. Also in this case, part of the procedure (8) becomes unnecessary.

【0048】フォトゲート方式のピクセルセンサの場合
も、ほぼ同様の手順で測定できるが、手順(6)が異な
る。
In the case of a photogate type pixel sensor, measurement can be performed in substantially the same procedure, but the procedure (6) is different.

【0049】即ち、フォトゲート方式の場合には、手順
(6)で信号電荷を移動する際に、図11に示す如く、
PG制御信号PGを一時的に「L」にして、フォトゲー
トの信号電荷をFDに移動する。
That is, in the case of the photogate system, when the signal charge is moved in the procedure (6), as shown in FIG.
The PG control signal PG is temporarily set to “L”, and the signal charge of the photogate is moved to the FD.

【0050】又、フォトゲート方式の場合、手順(9)
はフォトゲートPGのリセットになるが、信号電荷はF
Dに移動するので、図12に示す如く、PGRをゲート
信号とするトランジスタは削除することができる。
In the case of the photogate method, the procedure (9)
Resets the photogate PG, but the signal charge is F
Since it moves to D, as shown in FIG. 12, a transistor using PGR as a gate signal can be omitted.

【0051】次に、図13を参照して、周辺制御回路に
ついて説明する。
Next, the peripheral control circuit will be described with reference to FIG.

【0052】ピクセルセンサ10は、2次元のアレイ状
に多数(例えば352列×288行、1280列×96
0行等)配列される。その周辺に、読出し回路20と、
ピクセルセンサ10の制御信号を駆動する周辺制御回路
が配置される。ラスタスキャンでは、上の行のピクセル
アレイから順に選択され、読出されていく。通常、各列
毎に1個の読出し回路20が配置され、読出し回路の出
力VOが水平方向に選択されて、プログラマブルゲイン
アンプPGA24でピクセル毎のゲインの違いや全体の
ゲインが補正され、A/Dコンバータ26でデジタル信
号に変換される。
The pixel sensor 10 has a large number (for example, 352 columns × 288 rows, 1280 columns × 96) in a two-dimensional array.
0 rows, etc.). Around the readout circuit 20,
A peripheral control circuit for driving a control signal of the pixel sensor 10 is provided. In the raster scan, pixels are sequentially selected and read from the pixel array in the upper row. Normally, one readout circuit 20 is arranged for each column, the output VO of the readout circuit is selected in the horizontal direction, and the programmable gain amplifier PGA24 corrects the difference between the gains for each pixel and the overall gain. The digital signal is converted by the D converter 26.

【0053】構成の変形例は多種多様であり、ピクセル
センサの出力にスイッチを設けた8ビット毎のブロック
読出しや、読出し回路の出力VOの手前にある加算器を
PGA24に持たせた構成や、水平方向のセレクタ22
を多段にした構成や、シングルスロープ列並列AD変換
アレイを用いた方法等が考えられる。
There are a variety of modifications of the configuration. For example, a block readout for every 8 bits in which a switch is provided for the output of the pixel sensor, a configuration in which the PGA 24 has an adder in front of the output VO of the readout circuit, Horizontal selector 22
, Or a method using a single-slope column parallel AD conversion array.

【0054】図13は、m行×n列のピクセルセンサを
配列した本発明による構成例である。フォトダイオード
方式の構成例であるが、フォトゲート方式でも同様であ
る。
FIG. 13 shows an example of a configuration according to the present invention in which m rows × n columns of pixel sensors are arranged. This is a configuration example of the photodiode system, but the same applies to the photogate system.

【0055】この例において、行デコーダ30の出力
は、1行分のピクセルセンサを選択し、ピクセル選択信
号Xになる。ピクセルセンサの制御信号PDR、TX、
FDRは、行デコーダ30の出力との論理積がとられて
いる。但し、フォトゲート方式の場合、ピクセルセンサ
の制御信号のうち、PGは、行デコーダの出力との論理
積の否定がとられる。
In this example, the output of the row decoder 30 selects one row of pixel sensors and becomes a pixel selection signal X. Pixel sensor control signals PDR, TX,
The FDR is ANDed with the output of the row decoder 30. However, in the case of the photogate method, of the control signal of the pixel sensor, the logical product of the PG and the output of the row decoder is negated.

【0056】行デコーダ30及び列デコーダ32は、カ
ウンタ出力をデコードしてもよいし、1ビットを循環す
るシフトレジスタでもよい。
The row decoder 30 and the column decoder 32 may decode a counter output or may be a shift register that circulates one bit.

【0057】タイミング/制御回路34は、全体のシス
テムを制御している。
The timing / control circuit 34 controls the entire system.

【0058】さて通常、A/D変換されたデジタルデー
タは、色補間や色補正等で処理された後、フレームメモ
リに一旦記憶される一方、前フレームのフレームメモリ
を使って動き検出に利用されたり、静止画圧縮の一般的
な規格であるJPEG規格や、動画圧縮の一般的な規格
であるMPEG規格に基づいてデータ圧縮され、転送さ
れる。例えば8行×8列のデータがDCT、量子化、可
変長符号化、パッキングされて、メモリカードに記憶さ
れたり、他の電子機器に伝送される。
Normally, the digital data subjected to A / D conversion is processed by color interpolation, color correction and the like, and then temporarily stored in a frame memory, while being used for motion detection using the frame memory of the previous frame. Alternatively, data is compressed and transferred based on the JPEG standard, which is a general standard for still image compression, and the MPEG standard, which is a general standard for moving image compression. For example, data of 8 rows × 8 columns is subjected to DCT, quantization, variable length coding, and packing, and is stored in a memory card or transmitted to another electronic device.

【0059】次に、動画も撮影可能とした、本発明の第
3実施形態に係るデジタルスチルカメラについて詳細に
説明する。
Next, a digital still camera according to a third embodiment of the present invention, which can capture moving images, will be described in detail.

【0060】このようなデジタルスチルカメラにおいて
は、主に静止画を扱うので、通常JPEG規格でデータ
圧縮を行う。短時間の動画も記憶し、そのいくつかの場
面を静止画として扱うアプリケーションの場合、30フ
レーム/秒の動画を全てJPEG規格でデータ圧縮した
のでは、膨大なデータ量になってしまい、現実的でな
い。一方、動画に適したMPEG規格では、静止画の品
質に耐えられないし、回路規模が大きくなってしまい、
消費電力も増加する。
In such a digital still camera, since a still image is mainly handled, data compression is usually performed according to the JPEG standard. In the case of an application that stores a short-time moving image and treats some of the scenes as still images, if all the moving images of 30 frames / second are data-compressed according to the JPEG standard, the amount of data becomes enormous, which is practical. Not. On the other hand, with the MPEG standard suitable for moving images, the quality of still images cannot be tolerated, and the circuit scale becomes large.
Power consumption also increases.

【0061】これに対して、本発明を使えば、フレーム
メモリを使わずに、JPEGだけで動画の撮像が可能に
なる。又、動画のいくつかの場面を、静止画の品質で出
力することが可能となる。更に、データ量を削減でき、
より長い時間の動画の記録ができる。又、動きが少ない
ブロックは、差分に対して2次元DCT演算を行うよう
にして、最終的に保存/転送するデータ量を少なくでき
る。又、JPEGとMPEGを併用することもできる。
On the other hand, according to the present invention, a moving image can be captured only by JPEG without using a frame memory. In addition, it is possible to output some scenes of a moving image with still image quality. Furthermore, the data volume can be reduced,
You can record video for a longer time. In addition, for a block with a small amount of motion, a two-dimensional DCT operation is performed on the difference, so that the amount of data finally stored / transferred can be reduced. Also, JPEG and MPEG can be used in combination.

【0062】具体的には、次のようにする。 (1)動画撮像の最初のフレームと定期的なフレーム
を、JPEG規格でデータ圧縮し、転送する(フレーム
内圧縮データと称する)。 (2)途中のフレームは、前フレームとの差分をJPE
G規格でデータ圧縮し、転送する(差分圧縮データと称
する)。 (3)再生側では、フレーム内圧縮データをデータ伸長
し、それを基準に、次からの差分圧縮データを伸長して
足し込んでいく。この動作を、次にフレーム内圧縮デー
タが現われるまで続ける。 (4)動画のいくつかの場面を静止画の品質で使用する
場合には、フレーム内圧縮データを使用する。
Specifically, the following is performed. (1) The first frame of a moving image and the periodic frame are data-compressed according to the JPEG standard and transferred (referred to as intra-frame compressed data). (2) In the middle frame, the difference from the previous frame is JPE
The data is compressed according to the G standard and transferred (referred to as differential compressed data). (3) On the reproduction side, the in-frame compressed data is decompressed, and based on the decompressed data, the subsequent differentially compressed data is decompressed and added. This operation is continued until the next intra-frame compressed data appears. (4) When some scenes of a moving image are used with still image quality, intra-frame compressed data is used.

【0063】本実施形態の構成例を図14に示す。図に
おいて、40は、本発明に係るCMOSイメージセン
サ、42は信号処理/制御部、44は、レンズ38を駆
動するためのレンズモータ(図示省略)を含む機構系、
46は、液晶ディスプレイ(LCD)、48は、JPE
G規格による符号化/復号化部、50はメモリカード/
データ入出力部である。
FIG. 14 shows a configuration example of the present embodiment. In the figure, 40 is a CMOS image sensor according to the present invention, 42 is a signal processing / control unit, 44 is a mechanical system including a lens motor (not shown) for driving the lens 38,
46 is a liquid crystal display (LCD), 48 is JPE
An encoding / decoding unit according to the G standard, 50 is a memory card /
It is a data input / output unit.

【0064】本実施形態では、再生側にフレームメモリ
を必要とするが、パソコンや印刷機等であるため、回路
規模や消費電力は、電池駆動のデジタルスチルカメラほ
ど問題にはならない。
In the present embodiment, a frame memory is required on the reproduction side, but since it is a personal computer or a printing machine, the circuit scale and power consumption do not matter as much as a battery-driven digital still camera.

【0065】次に、本発明の第4実施形態に係るデジタ
ルビデオカメラについて、詳細に説明する。
Next, a digital video camera according to a fourth embodiment of the present invention will be described in detail.

【0066】デジタルビデオカメラでは、長時間の録画
を行うので、MPEG規格のデータ圧縮になる。このM
PEG規格において、回路規模、消費電力、動作速度の
ネックになるのが動き検出である。通常、前フレームと
の差分を計算して、画面内の動きベクトルを算出し、全
体が動いていれば手ブレを補正する。
In the digital video camera, since recording is performed for a long time, data compression according to the MPEG standard is performed. This M
In the PEG standard, motion detection is a bottleneck in circuit scale, power consumption, and operation speed. Normally, a difference from the previous frame is calculated, a motion vector in the screen is calculated, and if the whole is moving, camera shake is corrected.

【0067】本発明を適用した場合には、CMOSイメ
ージセンサ自体が前フレームとの差分を直接出力するの
で、動き検出用のフレームメモリが不要となり、計算量
が少なく、回路規模も小さくなる。又、前フレームの信
号電位は、前フレームでの測定の際に、各ピクセルセン
サに保持されたままなので、消費電力の増加は少ない。
When the present invention is applied, since the CMOS image sensor itself directly outputs the difference from the previous frame, a frame memory for motion detection is not required, the amount of calculation is small, and the circuit scale is small. In addition, since the signal potential of the previous frame remains held in each pixel sensor at the time of measurement in the previous frame, an increase in power consumption is small.

【0068】本実施形態の構成例を図15に示す。図に
おいて、52はベースバンド信号処理部、54は制御
部、56は、2つのワーキングメモリ57A、57Bを
含む、MPEG規格による符号化/復号化部、58は、
MPEGによる予測符号化/復号化の際に使用されるフ
レームメモリ、60はRF信号処理部、62はビデオカ
セットである。
FIG. 15 shows a configuration example of this embodiment. In the figure, 52 is a baseband signal processing unit, 54 is a control unit, 56 is an encoding / decoding unit according to the MPEG standard including two working memories 57A and 57B, and 58 is
A frame memory used for predictive encoding / decoding by MPEG, an RF signal processing unit 60, and a video cassette 62.

【0069】前記実施形態に共通するシステム動作と要
素は次のとおりである。 (1)ピクセルセンサから絶対値を出力するか、前フレ
ームとの差分を出力するか、差分の後で絶対値を出力す
るかの切替えと制御を行う。 (2)シャッタを使用する場合、受光部のリセットを行
う。 (3)前フレームと現フレームのフレームメモリの代わ
りに、絶対値や前フレームとの差分の2次元DCT演算
等を行うワーキングメモリを設ける。ラスタスキャンの
場合、通常は8ライン分を2セット設ける。一方のワー
キングメモリをDCT演算に使用しながら、読出し中の
ピクセルのデータを、他方のワーキングメモリに記憶
し、交互に使用する。
The system operation and elements common to the above embodiment are as follows. (1) Switching and control of outputting an absolute value from the pixel sensor, outputting a difference from the previous frame, or outputting an absolute value after the difference are performed. (2) When a shutter is used, the light receiving unit is reset. (3) Instead of the frame memory of the previous frame and the current frame, a working memory for performing a two-dimensional DCT operation of an absolute value or a difference between the previous frame and the like is provided. In the case of raster scanning, usually two sets of eight lines are provided. While one working memory is used for the DCT operation, the data of the pixel being read is stored in the other working memory and used alternately.

【0070】[0070]

【発明の効果】本発明によれば、前フレームとの差分を
直接出力することができるので、画像品質を落とさず
に、データ量を減らすことができる。又、MPEG規格
に用いる場合を除いて、複数の大容量フレームメモリを
不要にできる。
According to the present invention, since the difference from the previous frame can be directly output, the data amount can be reduced without lowering the image quality. Also, a plurality of large-capacity frame memories can be eliminated except when the frame memory is used for the MPEG standard.

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

【図1】CMOSイメージセンサ及びその読出し回路の
従来例を示す回路図
FIG. 1 is a circuit diagram showing a conventional example of a CMOS image sensor and its readout circuit.

【図2】前記従来例の動作を示すタイミングチャートFIG. 2 is a timing chart showing the operation of the conventional example.

【図3】前記従来例の動作を説明するための、ポテンシ
ャルイメージを示す線図
FIG. 3 is a diagram showing a potential image for explaining the operation of the conventional example.

【図4】CMOSイメージセンサの他の従来例のセンサ
部と読出し回路の構成を示す回路図
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of another conventional sensor unit and a readout circuit of a CMOS image sensor.

【図5】本発明の第1実施形態に係るフォトダイオード
方式のピクセルセンサを示す線図
FIG. 5 is a diagram showing a photodiode type pixel sensor according to the first embodiment of the present invention;

【図6】本発明の第2実施形態に係るフォトゲート方式
のピクセルセンサを示す線図
FIG. 6 is a diagram showing a photogate type pixel sensor according to a second embodiment of the present invention;

【図7】前記第1実施形態の読出し回路の例を示す回路
FIG. 7 is a circuit diagram showing an example of a read circuit according to the first embodiment;

【図8】前記第1実施形態におけるFDリセット状態の
ポテンシャルイメージを示す線図
FIG. 8 is a diagram showing a potential image in an FD reset state in the first embodiment.

【図9】同じく信号電荷移動状態のポテンシャルイメー
ジを示す線図
FIG. 9 is a diagram showing a potential image in a signal charge transfer state.

【図10】同じくフォトダイオードリセット状態のポテ
ンシャルイメージを示す線図
FIG. 10 is a diagram showing a potential image in a photodiode reset state.

【図11】前記第2実施形態における信号電荷移動状態
のポテンシャルイメージを示す線図
FIG. 11 is a diagram showing a potential image in a signal charge transfer state in the second embodiment.

【図12】同じくフォトゲートリセット状態のポテンシ
ャルイメージを示す線図
FIG. 12 is a diagram showing a potential image in a photogate reset state.

【図13】前記第1実施形態を用いたときのピクセルセ
ンサ配列と周辺回路の例を示すブロック線図
FIG. 13 is a block diagram showing an example of a pixel sensor array and peripheral circuits when the first embodiment is used.

【図14】本発明の第3実施形態に係る、動画を撮影可
能としたデジタルスチルカメラの全体構成を示すブロッ
ク線図
FIG. 14 is a block diagram showing an overall configuration of a digital still camera capable of capturing a moving image according to a third embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第4実施形態に係るデジタルビデオ
カメラの全体構成を示すブロック線図
FIG. 15 is a block diagram showing an overall configuration of a digital video camera according to a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…ピクセルセンサ 12…受光部 14…遮光部 16…遮光体 20…読出し回路 40…CMOSイメージセンサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Pixel sensor 12 ... Light receiving part 14 ... Light shielding part 16 ... Light shielding body 20 ... Readout circuit 40 ... CMOS image sensor

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】前フレームの信号電荷を保持可能なピクセ
ルセンサと、 選択されたピクセルセンサの前フレームの信号電位V
p、検出ノードをリセットした後のリセット電位Vr、現
フレームの信号電位Vcをそれぞれ保持するサンプルホ
ールド回路と、 (Vc−Vp)でフレーム間差分、(Vc−Vr)で絶対値
を出力する手段と、 を備えたことを特徴とするCMOSイメージセンサ。
1. A pixel sensor capable of holding a signal charge of a previous frame, and a signal potential V of a previous frame of a selected pixel sensor.
p, a sample-and-hold circuit for holding the reset potential Vr after resetting the detection node, and the signal potential Vc of the current frame, and a means for outputting an inter-frame difference by (Vc-Vp) and an absolute value by (Vc-Vr) And a CMOS image sensor comprising:
【請求項2】現フレームの光を取り込んで、その光量に
対応する信号電荷を蓄積する受光部と、 前フレームの信号電荷を保持するための遮光部と、 前記受光部に蓄積された信号電荷を該遮光部に転送する
手段と、 前記遮光部に保持された信号電荷をリセットする手段
と、 を備えたことを特徴とするCMOSイメージセンサ用の
ピクセルセンサ。
2. A light receiving section for receiving light of a current frame and storing signal charges corresponding to the amount of light, a light shielding section for holding signal charges of a previous frame, and a signal charge stored in the light receiving section. A pixel sensor for a CMOS image sensor, comprising: means for transferring a signal charge to the light-shielding portion; and means for resetting signal charges held in the light-shielding portion.
【請求項3】請求項2に記載のピクセルセンサの前記受
光部に蓄積された、現フレームの光量に対応する信号電
荷による信号電位Vcを記憶する現フレーム電位記憶手
段と、 前記遮光部に転送されてきた前フレームの信号電荷によ
る信号電位Vpを記憶する前フレーム電位記憶手段と、 前記リセット後の遮光部の信号電位Vrを記憶するリセ
ット電位記憶手段と、選択により、前記現フレーム電位
記憶手段の記憶値Vcと、前記前フレーム電位記憶手段
の記憶値Vpの差分(Vc−Vp)、又は、前記記憶値Vc
と前記リセット電位記憶手段の記憶値Vrの差分(Vc−
Vr)を出力する手段と、 を備えたことを特徴とするCMOSイメージセンサ用ピ
クセルセンサの信号読出し回路。
3. A current frame potential storage means for storing a signal potential Vc of a signal charge corresponding to a light amount of a current frame, stored in the light receiving section of the pixel sensor according to claim 2, and transferred to the light shielding section. A previous frame potential storing means for storing the signal potential Vp by the signal charges of the previous frame, a reset potential storing means for storing the signal potential Vr of the light-shielding section after the reset, and a current frame potential storing means by selection. Or the difference (Vc−Vp) between the storage value Vc of the previous frame and the storage value Vp of the previous frame potential storage means, or the storage value Vc
And the difference (Vc−
Vr) outputting means for outputting a pixel signal for a CMOS image sensor.
【請求項4】動画も撮像可能なデジタルスチルカメラに
おいて、 請求項1に記載のCMOSイメージセンサと、 動画撮像の最初のフレーム及び定期的なフレームを、前
記CMOSイメージセンサ出力の絶対値により作成する
手段と、 途中のフレームを、前記フレーム間差分により作成する
手段と、 を備えたことを特徴とする、CMOSイメージセンサを
用いたデジタルスチルカメラ。
4. A digital still camera capable of capturing a moving image, wherein the CMOS image sensor according to claim 1 and a first frame and a periodic frame for capturing a moving image are created based on an absolute value of the output of the CMOS image sensor. A digital still camera using a CMOS image sensor, comprising: means for generating an intermediate frame based on the difference between the frames.
【請求項5】動き検出が必要なデジタルビデオカメラに
おいて、 請求項1に記載のCMOSイメージセンサと、 該CMOSイメージセンサ出力のフレーム間差分によ
り、画面内の動きベクトルを算出する動き検出手段と、 を備えたことを特徴とする、CMOSイメージセンサを
用いたデジタルビデオカメラ。
5. A digital video camera requiring motion detection, wherein: the CMOS image sensor according to claim 1; and a motion detecting means for calculating a motion vector in a screen based on an inter-frame difference of an output of the CMOS image sensor. A digital video camera using a CMOS image sensor, comprising:
JP11054367A 1999-03-02 1999-03-02 Cmos image sensor Pending JP2000253316A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11054367A JP2000253316A (en) 1999-03-02 1999-03-02 Cmos image sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11054367A JP2000253316A (en) 1999-03-02 1999-03-02 Cmos image sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000253316A true JP2000253316A (en) 2000-09-14

Family

ID=12968697

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11054367A Pending JP2000253316A (en) 1999-03-02 1999-03-02 Cmos image sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000253316A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1195816A2 (en) 2000-09-20 2002-04-10 Eastman Kodak Company CMOS active pixel with scavenging diode
WO2005013608A1 (en) * 2003-07-30 2005-02-10 The University Of Tokyo Two-dimensional macro-cell control image sensor, imaging element, and imaging method
KR100504562B1 (en) * 2001-07-18 2005-08-03 매그나칩 반도체 유한회사 CMOS Image Sensor
JP2007143118A (en) * 2005-09-12 2007-06-07 Victor Co Of Japan Ltd Imaging apparatus
JP2011023979A (en) * 2009-07-15 2011-02-03 Sony Corp Output circuit of ccd solid-state image sensor, ccd solid-state image sensor and imaging apparatus
WO2011096340A1 (en) * 2010-02-05 2011-08-11 国立大学法人静岡大学 Solid-state image pickup device, method of reading pixel signal, and pixel
US9667893B2 (en) 2013-11-19 2017-05-30 Kabushiki Kaisha Toshiba Noise removing device and imaging device

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1195816A2 (en) 2000-09-20 2002-04-10 Eastman Kodak Company CMOS active pixel with scavenging diode
EP1195816A3 (en) * 2000-09-20 2008-04-16 Eastman Kodak Company CMOS active pixel with scavenging diode
KR100504562B1 (en) * 2001-07-18 2005-08-03 매그나칩 반도체 유한회사 CMOS Image Sensor
WO2005013608A1 (en) * 2003-07-30 2005-02-10 The University Of Tokyo Two-dimensional macro-cell control image sensor, imaging element, and imaging method
JP2007143118A (en) * 2005-09-12 2007-06-07 Victor Co Of Japan Ltd Imaging apparatus
JP2011023979A (en) * 2009-07-15 2011-02-03 Sony Corp Output circuit of ccd solid-state image sensor, ccd solid-state image sensor and imaging apparatus
WO2011096340A1 (en) * 2010-02-05 2011-08-11 国立大学法人静岡大学 Solid-state image pickup device, method of reading pixel signal, and pixel
JPWO2011096340A1 (en) * 2010-02-05 2013-06-10 国立大学法人静岡大学 Solid-state imaging device, pixel signal reading method, pixel
US8786745B2 (en) 2010-02-05 2014-07-22 National University Corporation Shizuoka University Solid-state image pickup device
JP5713266B2 (en) * 2010-02-05 2015-05-07 国立大学法人静岡大学 Solid-state imaging device, pixel signal reading method, pixel
US9667893B2 (en) 2013-11-19 2017-05-30 Kabushiki Kaisha Toshiba Noise removing device and imaging device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4290066B2 (en) Solid-state imaging device and imaging system
US8253836B2 (en) Solid-state imaging device, imaging device and driving method of solid-state imaging device
JP4423112B2 (en) Solid-state imaging device and imaging system
US6734906B1 (en) Image pickup apparatus with photoelectric conversion portions arranged two dimensionally
JP4858281B2 (en) Solid-state imaging device
US20060181625A1 (en) CMOS image sensor with wide dynamic range
US10791293B2 (en) Solid-state imaging device, method for driving solid-state imaging device, and electronic apparatus
US8085324B2 (en) Solid-state imaging apparatus
US20030117510A1 (en) Image pickup apparatus
JP2010141928A (en) Solid-state image pickup device
US6933973B1 (en) CMOS image sensor having block scanning capability
JP2006197393A (en) Solid-state imaging device, driving method thereof and camera
JP4533367B2 (en) Solid-state imaging device
JP2011504067A (en) Dual sensitivity image sensor circuit and image sensor array
KR100823376B1 (en) Imaging apparatus and imaging system
US9860468B2 (en) Solid-state image pickup device, and image pickup device which provides for enhanced image quality
JP5434485B2 (en) Solid-state image sensor, solid-state image sensor driving method, and camera system
JP4609092B2 (en) Physical information acquisition method and physical information acquisition device
JP2000253316A (en) Cmos image sensor
JP2006186467A (en) Method and device for acquiring physical information
JPH05145857A (en) Wide dynamic range camera
JP5177198B2 (en) Physical information acquisition method and physical information acquisition device
JP4720275B2 (en) Imaging device
JP7569989B2 (en) Imaging device
JP2014057367A (en) Solid-state imaging element and camera system