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IMAGE SENSOR

Patent code P08A013475
File No. ShIP-5079
Posted date Jun 13, 2008
Application number P2006-073455
Publication number P2007-251680A
Patent number P4370407
Date of filing Mar 16, 2006
Date of publication of application Sep 27, 2007
Date of registration Sep 11, 2009
Inventor
  • (In Japanese)川人 祥二
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人静岡大学
Title IMAGE SENSOR
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an image sensor which achieves the enlargement of dynamic range and the reduction of noise without the need for circuit scale expansion or the like.
SOLUTION: When reading pixel signals for one image from a pixel part 12, prior to reading the pixel signals, the pixel part 12 is reset for each pixel at the interval of a divided reading term resulting from dividing a relevant reading term. During the first divided reading term, on the other hand, a value indicative of a reset level read at a time point of resetting is made into an inverse code and stored in a memory 20 for each pixel, and a value indicative of a signal level read thereafter is then added to the value which has been stored in the memory 20, and stored in the memory 20. During each divided reading term after the second one, a value indicative of a reset level read at the time point of resetting is made into an inverse code, added to the value which has been stored in the memory 20, and stored in the memory 20, and a value indicative of a signal level thereafter is then added to the value which has been stored in the memory 20, and stored in the memory 20.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


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

Field of industrial application (In Japanese)


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。

Scope of claims (In Japanese)
【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。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2006073455thum.jpg
State of application right Registered
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