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イメージセンサ

国内特許コード P08A013475
整理番号 ShIP-5079
掲載日 2008年6月13日
出願番号 特願2006-073455
公開番号 特開2007-251680
登録番号 特許第4370407号
出願日 平成18年3月16日(2006.3.16)
公開日 平成19年9月27日(2007.9.27)
登録日 平成21年9月11日(2009.9.11)
発明者
  • 川人 祥二
出願人
  • 静岡大学
発明の名称 イメージセンサ
発明の概要 【課題】回路規模の大型化等を招くことなく、ダイナミックレンジの拡大及びノイズの低減を実現するイメージセンサを得る。
【解決手段】画素部12から1画像分の画素信号を読み出すとき、当該読み出し期間を分割した分割読出期間毎で画素毎に、画素信号の読み出しに先立って画素部12をリセットする一方、分割読出期間毎で画素毎に、最初の分割読出期間は、リセットされた時点で読み出されたリセットレベルを示す値を逆符号としメモリ20に記憶した後、その後読み出された信号レベルを示す値をメモリ20に記憶されている値に加算してメモリ20に記憶し、2番目以降の分割読出期間は、リセットされた時点で読み出されたリセットレベルを示す値を逆符号としメモリ20に記憶されている値に加算してメモリ20に記憶した後、その後読み出された信号レベルを示す値をメモリ20に記憶されている値に加算してメモリ20に記憶する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要 【背景技術】近年、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサや、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサ等のイメージセンサは幅広い用途で用いられており、その用途によっては非常に広いダイナミックレンジが要求される。なお、ここでいう‘ダイナミックレンジ’とは、暗時のノイズレベルと信号の飽和レベルとの比を示すものであり、多くの用途ではこれを拡大するだけでよいが、蛍光イメージング等の特定の用途では、同時に高いS/N比(Signal to Noise Ratio)が必要とされる場合がある。十分な照度レベルの状態下におけるノイズはショットノイズが支配的であり、ショットノイズは信号電子数の平方根で表されるため、S/N比を高くするためには、一般に、イメージセンサの画素において扱うことのできる飽和信号電子数を多くする必要がある。しかしながら、飽和信号電子数を多くするためには、一般に、多くの電子を蓄えるために画素面積と信号電圧を大きくしなければならず、CMOSイメージセンサ、CCDイメージセンサの何れにおいても限界がある。そこで、以上の問題を解決するために適用できる技術として、特許文献1には、電荷転送素子の出力からフィードスルーレベルと信号レベルとを各々複数回サンプリングし、当該フィードスルーレベルの複数回サンプリングの結果を加算したデータと当該信号レベルの複数回サンプリングの結果を加算したデータとの差分を取ることにより、ダイナミックレンジを拡大することができ、固定パターンノイズやランダムノイズも低減することができる技術が開示されている。
【特許文献1】特開平10-191169号公報
産業上の利用分野 本発明は、イメージセンサに係り、特に、各々リセットされた時点からの受光光量に応じて電荷が蓄積され、蓄積された電荷量に応じた画素信号が読み出される複数の受光素子が1次元又は2次元のアレイ状に配置された撮像手段を有するイメージセンサに関する。
特許請求の範囲 【請求項1】 各々リセットが行われた時点からの受光光量に応じて電荷が蓄積され、蓄積された電荷量に応じた画素信号が読み出される複数の受光素子が1次元又は2次元のアレイ状に配置された撮像手段と、 前記撮像手段から読み出された画素信号をデジタル値に変換する変換手段と、 前記変換手段によって得られた前記デジタル値を記憶する記憶手段と、 前記撮像手段によって被写体を撮像しつつ1画像分の画素信号を読み出すとき、当該1画像分の読み出し期間を予め定められた期間毎に分割した分割読出期間毎で、かつ画素毎に、画素信号の読み出しに先立って前記受光素子に対してリセットを行うリセット手段と、 前記分割読出期間毎で、かつ画素毎に、最初の分割読出期間は、前記リセットが行われた時点で読み出された画素信号から得られたデジタル値を逆符号として前記記憶手段の対応する記憶領域に記憶した後、次のリセットが行われるまでの期間内における所定期間の経過後に読み出された画素信号から得られたデジタル値を前記記憶手段の対応する記憶領域に記憶されているデジタル値に加算して当該記憶領域に記憶し、2番目以降の分割読出期間は、前記リセットが行われた時点で読み出された画素信号から得られたデジタル値を逆符号として前記記憶手段の対応する記憶領域に記憶されているデジタル値に加算して当該記憶領域に記憶した後、次のリセットが行われるまでの期間内における所定期間の経過後に読み出された画素信号から得られたデジタル値を前記記憶手段の対応する記憶領域に記憶されているデジタル値に加算して当該記憶領域に記憶する演算記憶手段と、 を備えたイメージセンサ。
【請求項2】 前記記憶手段の記憶内容を1画像分の読み出しを行う前にクリアする初期化手段を更に備え、 前記演算記憶手段は、前記分割読出期間毎で、かつ画素毎に、前記リセットが行われた時点で読み出された画素信号から得られたデジタル値を逆符号として前記記憶手段の対応する記憶領域に記憶されているデジタル値に加算して当該記憶領域に記憶した後、次のリセットが行われるまでの期間内における所定期間の経過後に読み出された画素信号から得られたデジタル値を前記記憶手段の対応する記憶領域に記憶されているデジタル値に加算して当該記憶領域に記憶する、 請求項1記載のイメージセンサ。
【請求項3】 前記演算記憶手段による演算に先立ち、前記記憶手段に記憶されているデジタル値を一時的に記憶するレジスタを更に備え、 前記演算記憶手段は、前記レジスタに記憶されたデジタル値を用いて前記加算を行う 請求項1又は請求項2記載のイメージセンサ。
【請求項4】 前記記憶手段を、各々前記撮像手段のカラム毎のデジタル値を記憶する複数のラインメモリにより構成した 請求項1乃至請求項3の何れか1項記載のイメージセンサ。
【請求項5】 前記撮像手段と前記変換手段との間に介在され、1以上の利得を有する前置増幅器を更に備え、 前記変換手段は、前記撮像手段から読み出されて前記前置増幅器によって増幅された画素信号をデジタル値に変換する 請求項1乃至請求項4の何れか1項記載のイメージセンサ。
【請求項6】 前記前置増幅器は、 反転増幅器と、 前記撮像手段の前記画素信号の出力端子と前記反転増幅器の反転入力端子との間に接続された第1キャパシタと、 前記反転増幅器の反転入力端子と出力端子との間に接続された第2キャパシタと、 前記撮像手段から1画像分の画素信号を読み出す際に、各前記分割読出期間における読み出しに先立って1回のみ前記反転増幅器のリセットを行う開閉手段と、 を備えた請求項5記載のイメージセンサ。
産業区分
  • テレビ
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
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