JP2000295533A - Solid-state imaging device, driving method thereof, and signal processing method of solid-state imaging device - Google Patents
Solid-state imaging device, driving method thereof, and signal processing method of solid-state imaging deviceInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 画素の黒レベル信号を基に補正する従来の方
法では、ラインアンプごとのオフセットバラツキについ
ては補正できるものの、ゲインバラツキについては補正
することはできない。
【解決手段】 垂直信号線15ごとにラインアンプ19
を持つCMOS型撮像素子において、ラインアンプ19
のDCバイアスを、垂直ブランキング期間V−BLK内
でDCバイアス発生回路23によって2値(高レベルと
低レベル)で切り換えて、ラインアンプ19の動作点を
2段階に変化させることにより、画素11を動作させず
に、黒レベル信号と白レベル信号を生成し、この黒レベ
ル信号と白レベル信号を、後段の信号処理系において、
ラインアンプ19の特性バラツキを補正する補正信号と
して用いる。
(57) [Problem] In a conventional method of correcting based on a black level signal of a pixel, offset variation for each line amplifier can be corrected, but gain variation cannot be corrected. A line amplifier (19) is provided for each vertical signal line (15).
In a CMOS type imaging device having
Of the pixel 11 by changing the operating point of the line amplifier 19 in two steps by switching the DC bias of the line amplifier 19 into two levels (high level and low level) by the DC bias generation circuit 23 within the vertical blanking period V-BLK. Without operating, a black level signal and a white level signal are generated, and the black level signal and the white level signal are processed by a signal processing system in a subsequent stage.
It is used as a correction signal for correcting the characteristic variation of the line amplifier 19.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子およ
びその駆動方法、並びに固体撮像素子の信号処理方法に
関し、特に垂直信号線ごとにラインアンプを持つ構成の
固体撮像素子およびその駆動方法、並びに固体撮像素子
の縦筋状のノイズ成分を除去するための信号処理方法に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image sensing device, a method of driving the same, and a signal processing method of the solid-state image sensing device. More particularly, the present invention relates to a solid-state image sensing device having a line amplifier for each vertical signal line, and a method of driving the same. The present invention relates to a signal processing method for removing a vertical streak-like noise component of a solid-state imaging device.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、この種の固体撮像素子として、図
9に示すように、単位画素101が行列状に2次元配置
されてなる画素部に対して、垂直走査回路102によっ
て垂直選択線103を介して行選択を行う一方、単位画
素101の各々の画素信号を垂直信号線104の各々に
接続されたラインアンプ105に行単位で蓄えるととも
に、水平走査回路16によって列選択を行うことで水平
信号線107およびセンスアンプ108を介して出力す
る構成のCMOS型撮像素子が知られている(例えば、
米国特許5,345,266号参照)。2. Description of the Related Art Conventionally, as a solid-state imaging device of this type, as shown in FIG. 9, a vertical scanning circuit 102 applies a vertical selection line 103 to a pixel portion in which unit pixels 101 are two-dimensionally arranged in a matrix. , The pixel signals of the unit pixels 101 are stored in the line amplifier 105 connected to each of the vertical signal lines 104 on a row-by-row basis, and the horizontal scanning circuit 16 performs column selection to perform horizontal selection. There is known a CMOS type image sensor having a configuration in which output is performed via a signal line 107 and a sense amplifier 108 (for example,
U.S. Pat. No. 5,345,266).
【0003】このように、垂直信号線104ごとにライ
ンアンプ108を持つCMOS型撮像素子では、各ライ
ンアンプ108を構成する回路素子の特性のバラツキは
避けられなく、この回路素子の特性バラツキは各ライン
アンプ108ごとの特性バラツキの要因となる。このラ
インアンプ108ごとの特性バラツキとしては、トラン
ジスタのVth(閾値電圧)のバラツキ(以下、Vth
バラツキと称す)等によるオフセットバラツキ(むら)
とゲインバラツキがある。As described above, in a CMOS type image sensor having a line amplifier 108 for each vertical signal line 104, variations in the characteristics of the circuit elements constituting each line amplifier 108 are inevitable. This becomes a factor of characteristic variation for each line amplifier 108. The characteristic variation of each line amplifier 108 includes variation in Vth (threshold voltage) of a transistor (hereinafter, Vth).
Offset variation due to variation)
And there is gain variation.
【0004】これらの特性バラツキは、縦筋状のノイズ
となって現れ、画質に悪影響を及ぼすことになる。この
縦筋状のノイズ成分を除去するために、従来は、撮像素
子の撮像面に入射する入射光を遮断した状態(シャッタ
ーを閉じた状態)で各画素から黒レベル信号を出力し、
これを後段の信号処理系においてフレームメモリに蓄積
しておき、撮像素子から出力される撮像信号との間で画
素ごとに演算することによって補正を行っていた。[0004] These characteristic variations appear as vertical streak-like noise, which adversely affects image quality. Conventionally, in order to remove this vertical streak-shaped noise component, a black level signal is output from each pixel in a state where incident light incident on the imaging surface of the imaging element is blocked (shutter is closed).
This is stored in a frame memory in a signal processing system at the subsequent stage, and correction is performed by calculating for each pixel with an image signal output from an image sensor.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように、画素の黒レベル信号を基に補正する従来の方
法では、Vthバラツキ等によるオフセットバラツキに
ついては補正できるものの、黒レベル信号からだけでは
ラインアンプ108のゲインに関する情報は得られない
ため、各垂直信号線104のラインアンプ108ごとの
ゲインバラツキについては補正することはできなく、し
たがって縦筋状のノイズ成分を完全に除去することはで
きなかった。However, as described above, in the conventional method of correcting based on the black level signal of the pixel, offset variations due to Vth variations and the like can be corrected, but the line can be corrected only from the black level signal. Since information on the gain of the amplifier 108 cannot be obtained, it is not possible to correct the variation in gain of each vertical signal line 104 for each line amplifier 108, and therefore it is not possible to completely remove vertical streak-like noise components. Was.
【0006】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、ラインアンプごとの
オフセットバラツキのみならず、ゲインバラツキについ
ても補正できるようにした固体撮像素子およびその駆動
方法、並びに固体撮像素子の信号処理方法を提供するこ
とにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of correcting not only offset variation for each line amplifier but also gain variation, and a driving method thereof. A method and a signal processing method for a solid-state imaging device are provided.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、単位画素が行列状に2次元配置されて
なる画素部と、この画素部の行方向の画素列ごとに配さ
れた信号線の各々に接続された複数のラインアンプとを
備えた固体撮像素子において、複数のラインアンプの各
々の動作点を変化させるようにする。In order to achieve the above object, according to the present invention, a pixel section in which unit pixels are two-dimensionally arranged in a matrix and a pixel section in a row direction of the pixel section are arranged. In a solid-state imaging device including a plurality of line amplifiers connected to each of the connected signal lines, an operating point of each of the plurality of line amplifiers is changed.
【0008】複数のラインアンプの各々の動作点を変化
させることにより、例えば、黒レベル信号と白レベル信
号の2つの補正信号を生成できる。この2つの補正信号
は、固体撮像素子の出力信号として導出される。そし
て、信号処理系において、2つの補正信号を固体撮像素
子の撮像信号と演算する。その結果、固体撮像素子の撮
像信号中に含まれるノイズ成分、特にラインアンプのゲ
インバラツキに起因するノイズ成分が除去される。By changing the operating point of each of the plurality of line amplifiers, for example, two correction signals of a black level signal and a white level signal can be generated. These two correction signals are derived as output signals of the solid-state imaging device. Then, in the signal processing system, the two correction signals are calculated with the imaging signal of the solid-state imaging device. As a result, noise components included in the imaging signal of the solid-state imaging device, particularly noise components caused by variations in the gain of the line amplifier are removed.
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の一
実施形態に係るCMOS撮像素子を示す概略構成図であ
る。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention.
【0010】図1において、破線で囲まれた領域が単位
画素11を表している。この単位画素11は、光電変換
素子であるフォトダイオード(PD)12と、画素を行
単位で選択する垂直選択用スイッチである選択用MOS
トランジスタ13と、フォトダイオード12から信号電
荷を読み出す読み出し用スイッチである読み出し用MO
Sトランジスタ14とから構成され、これら単位画素1
1が行列状に2次元配置されて画素部を構成している。In FIG. 1, a region surrounded by a broken line represents a unit pixel 11. The unit pixel 11 includes a photodiode (PD) 12 which is a photoelectric conversion element and a selection MOS which is a vertical selection switch for selecting pixels in row units.
A transistor 13 and a readout MO which is a readout switch for reading out signal charges from the photodiode 12
And an S transistor 14. These unit pixels 1
1 are two-dimensionally arranged in a matrix to constitute a pixel portion.
【0011】この単位画素11において、フォトダイオ
ード12は入射光を光電変換しかつ光電変換によって得
られた信号電荷を蓄積する。すなわち、フォトダイオー
ド12は光電変換と電荷蓄積の両機能を兼ね備えてい
る。このフォトダイオード12のカソード電極と、行方
向(垂直方向)の画素列ごとに配された垂直信号線15
の間には、選択用MOSトランジスタ13および読み出
し用MOSトランジスタ14が直列に接続されている。
そして、選択用MOSトランジスタ13のゲート電極は
垂直選択線16に、読み出し用MOSトランジスタ14
のゲート電極は読み出しパルス線17にそれぞれ接続さ
れている。In this unit pixel 11, a photodiode 12 photoelectrically converts incident light and accumulates signal charges obtained by the photoelectric conversion. That is, the photodiode 12 has both functions of photoelectric conversion and charge accumulation. A cathode electrode of the photodiode 12 and a vertical signal line 15 arranged for each pixel column in a row direction (vertical direction).
Between them, the selection MOS transistor 13 and the read MOS transistor 14 are connected in series.
The gate electrode of the selection MOS transistor 13 is connected to the vertical selection line 16 and the read MOS transistor 14
Are connected to the read pulse line 17, respectively.
【0012】垂直信号線15の端部と水平信号線18と
の間には、垂直信号線15に読み出された信号電荷を信
号電圧に変換するラインアンプ19と、このラインアン
プ19の出力電圧を選択的に水平信号線18に出力する
水平選択用MOSトランジスタ20が直列に接続されて
いる。Between an end of the vertical signal line 15 and the horizontal signal line 18, a line amplifier 19 for converting signal charges read out to the vertical signal line 15 into a signal voltage, and an output voltage of the line amplifier 19 Are selectively connected in series to the horizontal signal line 18.
【0013】ラインアンプ19としては、例えば、図2
(A)に示すように、差動アンプ191とソース接地ア
ンプ192の2段からなる構成のものや、図2(B)に
示すように、ソースフォロワ回路からなる構成のものが
用いられる。このラインアンプ19には、キャパシタ2
1と、垂直信号線15をリセットするリセット用MOS
トランジスタ22が並列に接続されている。なお、ライ
ンアンプ19として、信号電荷を信号電流に変換する回
路構成のものを用いることも可能である。As the line amplifier 19, for example, FIG.
As shown in FIG. 2A, a configuration having two stages of a differential amplifier 191 and a common source amplifier 192 and a configuration having a source follower circuit as shown in FIG. 2B are used. The line amplifier 19 includes a capacitor 2
1 and a reset MOS for resetting the vertical signal line 15
Transistors 22 are connected in parallel. The line amplifier 19 may have a circuit configuration for converting a signal charge into a signal current.
【0014】ラインアンプ19の直流バイアス(以下、
DCバイアスと称す)は、DCバイアス発生回路23で
生成される。このDCバイアス発生回路23は、例えば
2値(高レベル/低レベル)化されたDCバイアスを発
生し、この高レベル/低レベルのDCバイアスをライン
アンプ19に択一的に与えることにより、このラインア
ンプ19の動作点を2段階に変化させる動作点調整手段
として機能する。The DC bias of the line amplifier 19 (hereinafter referred to as
DC bias) is generated by the DC bias generation circuit 23. The DC bias generation circuit 23 generates, for example, a binary (high level / low level) DC bias and selectively supplies the high level / low level DC bias to the line amplifier 19, thereby It functions as operating point adjusting means for changing the operating point of the line amplifier 19 in two stages.
【0015】図3に、DCバイアス発生回路23の回路
構成の一例を示す。本例に係るDCバイアス発生回路2
3は、ソース電極が電源に接続され、ゲート電極が接地
されたPchMOSトランジスタQ1と、このPchM
OSトランジスタQ1のドレイン電極とグランド(GN
D)の間に接続されたダイオード接続構成のNchMO
SトランジスタQ2と、PchMOSトランジスタQ1
に対して並列に接続されたPchMOSトランジスタQ
3とからなるMOS抵抗型直流電流源回路の構成となっ
ている。FIG. 3 shows an example of the circuit configuration of the DC bias generation circuit 23. DC bias generation circuit 2 according to this example
Reference numeral 3 denotes a Pch MOS transistor Q1 having a source electrode connected to a power supply and a gate electrode grounded;
The drain electrode of the OS transistor Q1 and the ground (GN
D) NchMO of diode connection configuration connected during
S transistor Q2 and PchMOS transistor Q1
PchMOS transistor Q connected in parallel to
3 is a MOS resistance type direct current source circuit.
【0016】かかる構成のDCバイアス発生回路23に
おいて、PchMOSトランジスタQ3のゲート電極に
直流バイアスを切り換えるためのバイアス切換パルスが
与えられ、PchMOSトランジスタQ1,Q3とNc
hMOSトランジスタQ2の各ドレイン共通接続点Aの
電位がDCバイアスとして取り出されることになる。バ
イアス切換パルスは、図4のタイミングチャートに示す
ように、映像信号フォーマットの垂直ブランキング期間
V−BLK内で発生される。In the DC bias generation circuit 23 having such a configuration, a bias switching pulse for switching the DC bias is applied to the gate electrode of the PchMOS transistor Q3, and the PchMOS transistors Q1, Q3 and Nc
The potential of each drain common connection point A of the hMOS transistor Q2 is extracted as a DC bias. The bias switching pulse is generated in the vertical blanking period V-BLK of the video signal format, as shown in the timing chart of FIG.
【0017】ここで、バイアス切換パルスが高レベルの
ときには、MOSトランジスタQ3がオフ状態にあるこ
とから、ドレイン共通接続点Aには、MOSトランジス
タQ1,Q2の各チャネル抵抗による分圧によって低レ
ベルの電位がDCバイアスとして得られ、またバイアス
切換パルスが低レベルのときには、MOSトランジスタ
Q3がオン状態となり、MOSトランジスタQ1,Q3
の各チャネル抵抗が並列になるため、略電源電圧の高レ
ベルの電位がDCバイアスとして得られることになる。Here, when the bias switching pulse is at a high level, the MOS transistor Q3 is in an off state, so that a low level is applied to the drain common connection point A by the voltage division by the channel resistances of the MOS transistors Q1 and Q2. When the potential is obtained as a DC bias and the bias switching pulse is at a low level, MOS transistor Q3 is turned on, and MOS transistors Q1, Q3
Are connected in parallel, a high-level potential of substantially the power supply voltage is obtained as a DC bias.
【0018】再び図1において、行選択のための垂直走
査回路24および列選択のための水平走査回路25が設
けられている。これら走査回路24,25は、例えばシ
フトレジスタによって構成される。そして、垂直走査回
路24から出力される垂直走査パルスφVmが垂直選択
線16に印加され、また水平走査回路25から出力され
る読み出しパルスφCnが読み出しパルス線17に、水
平走査パルスφHnが水平選択用MOSトランジスタ2
0のゲート電極に、リセットパルスφRnがリセット用
MOSトランジスタ22のゲート電極にそれぞれ印加さ
れる。Referring again to FIG. 1, a vertical scanning circuit 24 for row selection and a horizontal scanning circuit 25 for column selection are provided. These scanning circuits 24 and 25 are constituted by, for example, shift registers. The vertical scanning pulse φVm output from the vertical scanning circuit 24 is applied to the vertical selection line 16, the read pulse φCn output from the horizontal scanning circuit 25 is applied to the read pulse line 17, and the horizontal scanning pulse φHn is used for horizontal selection. MOS transistor 2
The reset pulse φRn is applied to the gate electrode of the reset MOS transistor 22.
【0019】水平信号線18の出力端側には、水平出力
アンプ26を介して例えば相関二重サンプリング回路
(以下、CDS(Correlated Double Sampling)回路と称
する)27が差分回路として設けられている。このCD
S回路27は、単位画素11の各々から水平信号線18
を経由して順次供給されるリセットレベルと信号レベル
の差分をとるために設けられたものである。At the output end of the horizontal signal line 18, for example, a correlated double sampling circuit (hereinafter, referred to as a CDS (Correlated Double Sampling) circuit) 27 is provided as a difference circuit via a horizontal output amplifier 26. This CD
The S circuit 27 is connected to the horizontal signal line 18 from each of the unit pixels 11.
This is provided to obtain a difference between a reset level and a signal level which are sequentially supplied via the.
【0020】上記構成のCMOS型撮像素子において、
単位画素11が行列状に配置されてなる画素部は、図5
に示すように、その全領域(画素エリア)に対して、特
定の領域が外部から光を取り込んで実際に撮像に寄与す
る開口エリアとなっており、それ以外の領域は遮光膜に
よって覆われて光を取り込まない遮光エリア(光学的
黒;OPB)となっている。この遮光エリアは、外部か
ら光が入射されないことから、当該エリア内の画素は黒
レベル信号を出力することになる。この黒レベル信号
は、本撮像素子から出力される撮像信号の基準レベルと
して用いられる。In the CMOS type imaging device having the above structure,
The pixel portion in which the unit pixels 11 are arranged in a matrix is shown in FIG.
As shown in the figure, with respect to the entire area (pixel area), a specific area is an opening area which takes in light from the outside and actually contributes to imaging, and the other area is covered with a light shielding film. It is a light shielding area (optical black; OPB) that does not capture light. Since no light enters the light-shielded area from the outside, the pixels in the area output a black level signal. This black level signal is used as a reference level of an image signal output from the image sensor.
【0021】ところで、DCバイアス発生回路23に与
えられるバイアス切換パルスは、図4のタイミングチャ
ートに示すように、垂直ブランキング期間V−BLK内
のある期間でのみ低レベルとなり、それ以外は高レベル
となる。撮像信号の読み出し時には、バイアス切換パル
スは高レベルの状態にある。このとき、図3に示すDC
バイアス発生回路23において、PchMOSトランジ
スタQ3はオフ状態となる。As shown in the timing chart of FIG. 4, the bias switching pulse applied to the DC bias generation circuit 23 has a low level only during a certain period in the vertical blanking period V-BLK, and otherwise has a high level. Becomes At the time of reading out the imaging signal, the bias switching pulse is at a high level. At this time, the DC shown in FIG.
In the bias generation circuit 23, the PchMOS transistor Q3 is turned off.
【0022】ここで、PchMOSトランジスタQ1は
ソース電極が電源に、ゲート電極がグランドにそれぞれ
接続されているので、常にオン状態にある。これによ
り、PchMOSトランジスタQ1とNchMOSトラ
ンジスタQ2のチャネル抵抗にしたがってドレイン共通
接続点Aに得られる電位、即ち出力するDCバイアス電
位が決まる。Here, the PchMOS transistor Q1 is always on because the source electrode is connected to the power supply and the gate electrode is connected to the ground. Thus, the potential obtained at the common drain connection point A, that is, the output DC bias potential is determined according to the channel resistances of the PchMOS transistor Q1 and the NchMOS transistor Q2.
【0023】このDCバイアス値を、例えば図2(A)
に示す回路構成のラインアンプのDCバイアス1として
入力すると、当該ラインアンプの入出力特性は、図6に
示すようになる。すなわち、各画素11で発生した信号
電荷に応じて、(黒レベル〜飽和レベル)の信号が出力
される。This DC bias value is, for example, shown in FIG.
When input as the DC bias 1 of the line amplifier having the circuit configuration shown in FIG. 6, the input / output characteristics of the line amplifier become as shown in FIG. That is, a signal of (black level to saturation level) is output according to the signal charge generated in each pixel 11.
【0024】一方、実際の画面上に現れない垂直ブラン
キング期間V−BLKにおいては、ラインアンプ19と
水平走査回路25によって擬似的に黒レベル信号と飽和
レベル付近の白レベル信号を出力するようにする。On the other hand, during the vertical blanking period V-BLK that does not appear on the actual screen, the line amplifier 19 and the horizontal scanning circuit 25 output a pseudo black level signal and a white level signal near the saturation level. I do.
【0025】先ず、黒レベル信号の出力に際しては、画
像信号の読み出し時と同様に、垂直ブランキング期間V
−BLKにおいて、DCバイアス発生回路23に高レベ
ルのバイアス切換パルスを与える。これにより、Pch
MOSトランジスタQ3がオフ状態となり、また垂直ブ
ランキング期間V−BLKでは遮光エリアの画素信号が
出力されることになることから、黒レベル信号が出力さ
れる。このとき、ラインアンプ19の入出力特性は図7
の特性となり、ラインアンプ19のリセットレベルの
入力で黒レベル信号が出力される。First, when the black level signal is output, the vertical blanking period V
At −BLK, a high-level bias switching pulse is applied to the DC bias generation circuit 23. Thereby, Pch
Since the MOS transistor Q3 is turned off and a pixel signal in the light-shielded area is output in the vertical blanking period V-BLK, a black level signal is output. At this time, the input / output characteristics of the line amplifier 19 are as shown in FIG.
The black level signal is output when the reset level of the line amplifier 19 is input.
【0026】また、白レベル信号の出力に際しては、垂
直ブランキング期間V−BLK内のある期間において、
DCバイアス発生回路23に低レベルのバイアス切換パ
ルスを与える。これにより、PchMOSトランジスタ
Q3がオン状態となる。すると、PchMOSトランジ
スタQ1とPchMOSトランジスタQ3の各チャネル
抵抗が並列になるために、ドレイン共通接続点Aの電
位、即ちDCバイアスが電源電圧に近い方へシフトす
る。このとき、ラインアンプ19の入出力特性は図7の
特性となり、ラインアンプ19のリセットレベルの入
力で白レベル信号が出力される。In outputting the white level signal, a certain period in the vertical blanking period V-BLK
A low level bias switching pulse is applied to the DC bias generation circuit 23. Thereby, PchMOS transistor Q3 is turned on. Then, since the channel resistances of the PchMOS transistor Q1 and the PchMOS transistor Q3 become parallel, the potential of the drain common connection point A, that is, the DC bias shifts toward the power supply voltage. At this time, the input / output characteristics of the line amplifier 19 are as shown in FIG. 7, and a white level signal is output when the reset level of the line amplifier 19 is input.
【0027】上述したように、垂直信号線15ごとにラ
インアンプ19を持つCMOS型撮像素子において、ラ
インアンプ19のDCバイアスを、垂直ブランキング期
間V−BLK内でDCバイアス発生回路23によって2
値(高レベルと低レベル)で切り換えて、ラインアンプ
19の動作点を2段階に変化させることにより、画素1
1を動作させずに、黒信号レベルと白信号レベルを生成
することができる。このようにして生成された黒信号レ
ベルと白信号レベルは、後段の信号処理系において、後
述するように、ラインアンプ19の特性バラツキを補正
する補正信号として用いられる。As described above, in the CMOS image sensor having the line amplifier 19 for each vertical signal line 15, the DC bias of the line amplifier 19 is controlled by the DC bias generation circuit 23 within the vertical blanking period V-BLK.
By changing the operating point of the line amplifier 19 in two stages by switching between values (high level and low level), the pixel 1
1 can be generated without generating the black signal level and the white signal level. The black signal level and white signal level generated in this manner are used as correction signals for correcting characteristic variations of the line amplifier 19 in a signal processing system at a later stage, as described later.
【0028】なお、本実施形態では、ラインアンプ19
のDCバイアスを2値で切り換え、ラインアンプ19の
動作点を2段階に変化させて黒レベル信号と白レベル信
号を生成するとしたが、ラインアンプ19の動作点の切
り換えは2段階に限定されるものではなく、ラインアン
プ19のDCバイアスを連続的に変えることによってラ
インアンプ19の動作点を連続的に変化させて黒レベル
信号および白レベル信号以外に、その間のレベル信号を
連続的に生成することも可能である。In this embodiment, the line amplifier 19
Is switched by two values, and the operating point of the line amplifier 19 is changed in two steps to generate a black level signal and a white level signal. However, the switching of the operating point of the line amplifier 19 is limited to two steps. Instead, the operating point of the line amplifier 19 is continuously changed by continuously changing the DC bias of the line amplifier 19 to continuously generate a level signal in addition to the black level signal and the white level signal. It is also possible.
【0029】これによれば、ラインアンプ19のゲイン
に関する情報をより多く得ることができるため、ライン
アンプ19のゲインバラツキをより確実に補正すること
ができ、その結果、本撮像素子の撮像信号中に含まれる
ラインアンプ19のゲインバラツキに起因する縦筋状の
ノイズ成分を確実に除去できることになる。According to this, since more information on the gain of the line amplifier 19 can be obtained, the variation in the gain of the line amplifier 19 can be more reliably corrected. , The vertical streak-like noise component caused by the variation in the gain of the line amplifier 19 included in the line amplifier 19 can be reliably removed.
【0030】次に、ラインアンプ19の特性バラツキを
補正する機能を持つ信号処理系の構成および動作につい
て説明する。図8は、CMOS型撮像素子の信号処理系
の構成の一例を示すブロック図である。Next, the configuration and operation of a signal processing system having a function of correcting the characteristic variation of the line amplifier 19 will be described. FIG. 8 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a signal processing system of a CMOS image sensor.
【0031】図8において、撮像素子31としては、先
述した構成のCMOS型撮像素子が用いられる。これに
より、撮像素子31からは、通常の撮像信号以外に、垂
直ブランキング期間V−BLKにおいて黒レベル信号と
白レベル信号が補正信号として出力される。撮像素子3
1の出力信号は、A/D変換器32にデジタル化された
後、演算回路33およびラインメモリ34に供給され
る。ラインメモリ34には、垂直ブランキング期間V−
BLKにおいて入力される遮光エリア内の画素の信号、
即ち黒レベル信号が1ライン分格納される。In FIG. 8, a CMOS image sensor having the above-described configuration is used as the image sensor 31. As a result, the image sensor 31 outputs a black level signal and a white level signal as correction signals in the vertical blanking period V-BLK in addition to the normal imaging signal. Image sensor 3
The output signal of 1 is digitized by an A / D converter 32 and then supplied to an arithmetic circuit 33 and a line memory 34. The line memory 34 has a vertical blanking period V-
A signal of a pixel in the light-shielded area input in the BLK,
That is, a black level signal is stored for one line.
【0032】このラインメモリ34に格納された黒レベ
ル信号は演算回路33に与えられ、この演算回路33に
おいて、CMOS型撮像素子31からA/D変換器32
を介して供給される撮像信号との間で演算が行われる。
これにより、ラインアンプ19のオフセットバラツキ
(むら)の補正が行われる。すなわち、演算回路33で
は、ラインアンプ19の特性バラツキのうち、オフセッ
トバラツキに起因する縦筋状のノイズ成分が撮像信号中
から除去される。The black level signal stored in the line memory 34 is supplied to an arithmetic circuit 33. In the arithmetic circuit 33, the CMOS type image sensor 31 converts the A / D converter 32
Is calculated with the imaging signal supplied via the.
Thus, the offset variation (unevenness) of the line amplifier 19 is corrected. That is, the arithmetic circuit 33 removes, from among the characteristic variations of the line amplifier 19, a vertical streak-like noise component due to the offset variation from the image pickup signal.
【0033】次に、オフセットバラツキに起因する縦筋
状のノイズ成分が除去された撮像信号は、演算回路35
に供給されるとともに、差分回路36の一方の入力とな
り、さらに遅延回路37で所定の時間だけ遅延されて差
分回路36の他方の入力となる。遅延回路37は、図4
のタイミングチャートにおいて、垂直ブランキング期間
V−BLKにおいて入力される黒レベル信号と白レベル
信号との同時化を図る作用をなす。Next, the image pickup signal from which the vertical streak-like noise component caused by the offset variation has been removed is calculated by the arithmetic circuit 35.
, And becomes one input of the difference circuit 36, and is further delayed by a predetermined time by the delay circuit 37 to become the other input of the difference circuit 36. The delay circuit 37 shown in FIG.
In the timing chart of FIG. 7, the black level signal and the white level signal input during the vertical blanking period V-BLK are synchronized.
【0034】差動回路36は、遅延回路37で同時化さ
れた黒レベル信号と白レベル信号のレベル差を得る。こ
のレベル差は、ラインメモリ38に1ライン分格納され
る。このラインメモリ38に格納されたレベル差は演算
回路35に与えられ、この演算回路35において、演算
回路33から供給される撮像信号との間で演算が行われ
る。これにより、ラインアンプ19のゲインバラツキの
補正が行われる。すなわち、演算回路35では、ライン
アンプ19の特性バラツキのうち、ゲインバラツキに起
因する縦筋状のノイズ成分が撮像信号中から除去され
る。The differential circuit 36 obtains the level difference between the black level signal and the white level signal synchronized by the delay circuit 37. This level difference is stored in the line memory 38 for one line. The level difference stored in the line memory 38 is supplied to an arithmetic circuit 35, and the arithmetic circuit 35 performs an arithmetic operation with the imaging signal supplied from the arithmetic circuit 33. Thus, the gain variation of the line amplifier 19 is corrected. That is, the arithmetic circuit 35 removes a vertical streak-like noise component due to the variation in the gain from the variation in the characteristics of the line amplifier 19 from the imaging signal.
【0035】このように、垂直信号線ごとにラインアン
プを備え、当該ラインアンプの直流バイアスを変え、ラ
インアンプの動作点を変化させることによって黒レベル
信号と白レベル信号の少なくとも2つの補正信号を生成
する構成の撮像素子31の信号処理系において、2つの
補正信号に基づいてラインアンプの特性バラツキを補正
するようにしたことにより、オフセットバラツキのみな
らず、ゲインバラツキについても補正することができ
る。これにより、撮像素子31の撮像信号中に含まれる
縦筋状のノイズ成分を確実に除去することができるた
め、画質向上に寄与できることになる。As described above, the line amplifier is provided for each of the vertical signal lines, and the DC bias of the line amplifier is changed to change the operating point of the line amplifier so that at least two correction signals of the black level signal and the white level signal can be obtained. In the signal processing system of the image sensor 31 having the configuration for generating, the characteristic variation of the line amplifier is corrected based on the two correction signals, so that not only the offset variation but also the gain variation can be corrected. This makes it possible to reliably remove the vertical streak-like noise component contained in the image signal of the image sensor 31, thereby contributing to an improvement in image quality.
【0036】[0036]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
垂直信号線ごとにラインアンプを持つ固体撮像素子にお
いて、これらラインアンプの各動作点を変化させるよう
にしたことにより、例えば黒レベル信号と白レベル信号
の2つの補正信号を生成できるため、この2つの補正信
号を用いて補正処理を行うことによってラインアンプご
とのオフセットバラツキのみならず、ゲインバラツキに
ついても補正でき、よって固体撮像素子の撮像信号中に
含まれる縦筋状のノイズ成分を確実に除去することがで
きることになる。As described above, according to the present invention,
In a solid-state imaging device having a line amplifier for each vertical signal line, by changing each operating point of these line amplifiers, for example, two correction signals of a black level signal and a white level signal can be generated. By performing correction processing using two correction signals, it is possible to correct not only offset variations for each line amplifier but also gain variations, so that vertical streak-like noise components included in the imaging signal of the solid-state imaging device are reliably removed. Will be able to do that.
【図1】本発明の一実施形態に係るCMOS撮像素子を
示す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention.
【図2】ラインアンプの回路例(A),(B)を示す回
路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing circuit examples (A) and (B) of a line amplifier.
【図3】DCバイアス発生回路の回路構成の一例を示す
回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an example of a circuit configuration of a DC bias generation circuit.
【図4】撮像素子の出力信号とバイアス切換パルスのタ
イミング関係を示すタイミングチャートである。FIG. 4 is a timing chart showing a timing relationship between an output signal of an image sensor and a bias switching pulse.
【図5】画素エリアにおける開口エリアと遮光エリアと
の関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a relationship between an opening area and a light shielding area in a pixel area.
【図6】撮像信号出力時おけるラインアンプの入出力特
性図である。FIG. 6 is an input / output characteristic diagram of a line amplifier when an imaging signal is output.
【図7】黒/白レベル信号出力時おけるラインアンプの
入出力特性図である。FIG. 7 is an input / output characteristic diagram of a line amplifier when a black / white level signal is output.
【図8】信号処理系の回路構成の一例を示すブロック図
である。FIG. 8 is a block diagram illustrating an example of a circuit configuration of a signal processing system.
【図9】CMOS型撮像素子の基本構成を示す概略構成
図である。FIG. 9 is a schematic configuration diagram illustrating a basic configuration of a CMOS image sensor.
11…単位画素、12…フォトダイオード、15…垂直
信号線、18…水平信号線、19…ラインアンプ、23
…DCバイアス発生回路、27…相関二重サンプリング
(CDS)回路、31…撮像素子、33,35…演算回
路、34,38…ラインメモリ、36…差分回路11 unit pixel, 12 photodiode, 15 vertical signal line, 18 horizontal signal line, 19 line amplifier, 23
... DC bias generation circuit, 27 ... Correlated double sampling (CDS) circuit, 31 ... Imaging element, 33,35 ... Operation circuit, 34,38 ... Line memory, 36 ... Difference circuit
Claims (8)
る画素部と、 前記画素部の行方向の画素列ごとに配された信号線の各
々に接続された複数のラインアンプと、 前記複数のラインアンプの各々の動作点を変化させる動
作点調整手段とを備えたことを特徴とする固体撮像素
子。A pixel unit in which unit pixels are two-dimensionally arranged in a matrix; a plurality of line amplifiers connected to each of signal lines arranged for each pixel column in a row direction of the pixel unit; A solid-state imaging device comprising: operating point adjusting means for changing an operating point of each of the plurality of line amplifiers.
ンアンプの各々の直流バイアスを変化させることを特徴
とする請求項1記載の固体撮像素子。2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein said operating point adjusting means changes a DC bias of each of said plurality of line amplifiers.
ンアンプの各々の直流バイアスを、黒レベルに対応した
バイアスと白レベルに対応したバイアスの少なくとも2
つの直流バイアスの間で切り換えることを特徴とする請
求項2記載の固体撮像素子。3. The operating point adjusting means sets a DC bias of each of the plurality of line amplifiers to at least two of a bias corresponding to a black level and a bias corresponding to a white level.
3. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein switching is performed between two DC biases.
グ期間内において動作点を変化させることを特徴とする
請求項1記載の固体撮像素子。4. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein said operating point adjusting means changes an operating point within a vertical blanking period.
る画素部と、前記画素部の行方向の画素列ごとに配され
た信号線の各々に接続された複数のラインアンプとを備
えた固体撮像素子において、 前記複数のラインアンプの各々の動作点を変化させるこ
とを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。5. A pixel section in which unit pixels are two-dimensionally arranged in a matrix, and a plurality of line amplifiers connected to each of signal lines arranged for each pixel column in a row direction of the pixel section. A driving method of the solid-state imaging device, wherein an operating point of each of the plurality of line amplifiers is changed.
イアスを変えることによって動作点を変化させることを
特徴とする請求項5記載の固体撮像素子の駆動方法。6. The method according to claim 5, wherein an operating point is changed by changing a DC bias of each of the plurality of line amplifiers.
る画素部と、前記画素部の行方向の画素列ごとに配され
た信号線の各々に接続された複数のラインアンプとを備
えた固体撮像素子の信号処理方法であって、 前記複数のラインアンプの各々の動作点を変化させるこ
とによって補正信号を生成し、 前記補正信号に基づいて前記固体撮像素子の撮像信号中
に含まれるノイズ成分を除去することを特徴とする固体
撮像素子の信号処理方法。7. A pixel unit in which unit pixels are two-dimensionally arranged in a matrix, and a plurality of line amplifiers connected to each of signal lines arranged for each pixel column in a row direction of the pixel unit. A signal processing method for a solid-state imaging device, wherein a correction signal is generated by changing an operating point of each of the plurality of line amplifiers, and the correction signal is included in an imaging signal of the solid-state imaging device based on the correction signal. A signal processing method for a solid-state imaging device, wherein a noise component is removed.
イアスを変えることによって黒レベル信号と白レベル信
号の少なくとも2つの補正信号を生成し、 この2つの補正信号に基づいて前記固体撮像素子の撮像
信号中に含まれるノイズ成分を除去することを特徴とす
る請求項7記載の固体撮像素子の信号処理方法。8. A method for generating at least two correction signals of a black level signal and a white level signal by changing a DC bias of each of the plurality of line amplifiers, and imaging the solid-state imaging device based on the two correction signals. 8. The signal processing method for a solid-state imaging device according to claim 7, wherein a noise component included in the signal is removed.
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