JP3278716B2 - 光センサ回路 - Google Patents
光センサ回路Info
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-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/50—Control of the SSIS exposure
- H04N25/57—Control of the dynamic range
- H04N25/571—Control of the dynamic range involving a non-linear response
- H04N25/573—Control of the dynamic range involving a non-linear response the logarithmic type
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
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- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光信号を電気信号に変
換する光センサ回路に関する。
換する光センサ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＭＯＳ型のイメージセンサにあっ
ては、その１画素分の光センサ回路として、図７に示す
ように、光電変換素子としてのフォトダイオードＰＤに
流れる入射光Ｌｓの光量に応じたセンサ電流をＭＯＳト
ランジスタＱ１によって電圧信号Ｖｄ（フォトダイオー
ドＰＤの両端電圧）に変換し、その変換された電圧信号
Ｖｄを増幅用のＭＯＳトランジスタＱ２によって増幅
し、その増幅した電圧信号を画素選択用のＭＯＳトラン
ジスタＱ３によってゲート制御電圧ＶＣのパルスタイミ
ングでもって画素信号Ｖｏとして出力するようにしてい
る。
ては、その１画素分の光センサ回路として、図７に示す
ように、光電変換素子としてのフォトダイオードＰＤに
流れる入射光Ｌｓの光量に応じたセンサ電流をＭＯＳト
ランジスタＱ１によって電圧信号Ｖｄ（フォトダイオー
ドＰＤの両端電圧）に変換し、その変換された電圧信号
Ｖｄを増幅用のＭＯＳトランジスタＱ２によって増幅
し、その増幅した電圧信号を画素選択用のＭＯＳトラン
ジスタＱ３によってゲート制御電圧ＶＣのパルスタイミ
ングでもって画素信号Ｖｏとして出力するようにしてい
る。
【０００３】その際、フォトダイオードＰＤの接合容量
Ｃ（寄生容量に配線等の浮遊容量が加わったもの）にあ
らかじめ電荷が充電されており、入射光Ｌｓによって電
荷が放電されることによってセンサ電流が生ずることに
なる。
Ｃ（寄生容量に配線等の浮遊容量が加わったもの）にあ
らかじめ電荷が充電されており、入射光Ｌｓによって電
荷が放電されることによってセンサ電流が生ずることに
なる。
【０００４】そして、その光センサ回路にあって、特に
ダイナミックレンジを拡大して光信号の検出を高感度で
行わせるようにするために、トランジスタに流れる電流
が小さいときにはその抵抗変化が対数特性を示すことを
利用して、ＭＯＳトランジスタＱ１に対数出力特性をも
たせるようにしている。
ダイナミックレンジを拡大して光信号の検出を高感度で
行わせるようにするために、トランジスタに流れる電流
が小さいときにはその抵抗変化が対数特性を示すことを
利用して、ＭＯＳトランジスタＱ１に対数出力特性をも
たせるようにしている。
【０００５】その場合、ＭＯＳトランジスタＱ１のゲー
ト電圧ＶＧをドレイン電圧ＶＤと同じかまたはそれ以下
に設定して（ＶＧ，ＶＤの各電圧値は固定）、ＭＯＳト
ランジスタＱ１を弱反転状態で動作させている。
ト電圧ＶＧをドレイン電圧ＶＤと同じかまたはそれ以下
に設定して（ＶＧ，ＶＤの各電圧値は固定）、ＭＯＳト
ランジスタＱ１を弱反転状態で動作させている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、光電変換素子のセンサ電流をＭＯＳトランジスタ
を用いて弱反転状態で対数出力特性をもって電圧信号に
変換するようにした光センサ回路を用いたイメージセン
サでは、光電変換素子の入射光量が少なくなると残像が
生じてしまうことである。
点は、光電変換素子のセンサ電流をＭＯＳトランジスタ
を用いて弱反転状態で対数出力特性をもって電圧信号に
変換するようにした光センサ回路を用いたイメージセン
サでは、光電変換素子の入射光量が少なくなると残像が
生じてしまうことである。
【０００７】いま、図７の構成にあって、フォトダイオ
ードＰＤに充分な光量をもって入射光Ｌｓが当たってい
るときには、ＭＯＳトランジスタＱ１には充分なセンサ
電流が流れることになり、ＭＯＳトランジスタＱ１の抵
抗値もさほど大きくないことから、イメージセンサとし
て残像を生ずることがないような充分な応答速度をもっ
て光信号の検出を行わせることができる。
ードＰＤに充分な光量をもって入射光Ｌｓが当たってい
るときには、ＭＯＳトランジスタＱ１には充分なセンサ
電流が流れることになり、ＭＯＳトランジスタＱ１の抵
抗値もさほど大きくないことから、イメージセンサとし
て残像を生ずることがないような充分な応答速度をもっ
て光信号の検出を行わせることができる。
【０００８】しかし、フォトダイオードＰＤの入射光Ｌ
ｓの光量が少なくなってＭＯＳトランジスタＱ１に流れ
る電流が小さくなると、ＭＯＳトランジスタＱ１はそれ
に流れる電流が１桁小さくなるとその抵抗値が１桁大き
くなるように動作するように設定されていることから、
ＭＯＳトランジスタＱ１の抵抗値が増大し、接合容量Ｃ
との時定数が大きくなってフォトダイオードＰＤの接合
容量Ｃに蓄積された電荷を放電するのに時間がかかるよ
うになる。そのため、入射光Ｌｓの光量が少なくなるに
したがって、残像が長時間にわたって観測されることに
なる。
ｓの光量が少なくなってＭＯＳトランジスタＱ１に流れ
る電流が小さくなると、ＭＯＳトランジスタＱ１はそれ
に流れる電流が１桁小さくなるとその抵抗値が１桁大き
くなるように動作するように設定されていることから、
ＭＯＳトランジスタＱ１の抵抗値が増大し、接合容量Ｃ
との時定数が大きくなってフォトダイオードＰＤの接合
容量Ｃに蓄積された電荷を放電するのに時間がかかるよ
うになる。そのため、入射光Ｌｓの光量が少なくなるに
したがって、残像が長時間にわたって観測されることに
なる。
【０００９】図３は、フォトダイオードＰＤのセンサ電
流が１Ｅ−１０Ａから１Ｅ−１５Ａまで急激に変化した
場合の電圧信号Ｖｄの変化特性を示している。
流が１Ｅ−１０Ａから１Ｅ−１５Ａまで急激に変化した
場合の電圧信号Ｖｄの変化特性を示している。
【００１０】この特性から、フォトダイオードＰＤへの
入射光Ｌｓの光量が少ない１Ｅ−１２Ａ程度のセンサ電
流では、１／３０ｓｅｃごとに画素信号Ｖｏを出力させ
るようにする場合、その時間内では電圧信号Ｖｄが飽和
しないことがわかる。
入射光Ｌｓの光量が少ない１Ｅ−１２Ａ程度のセンサ電
流では、１／３０ｓｅｃごとに画素信号Ｖｏを出力させ
るようにする場合、その時間内では電圧信号Ｖｄが飽和
しないことがわかる。
【００１１】したがって、フォトダイオードＰＤの入射
光Ｌｓの光量が少ないときのセンサ電流に応じた電圧信
号Ｖｄの飽和時間が長くなるため、図８に示すようなパ
ルスタイミングで画素信号Ｖｏの読み出しを行うと、当
初ほど大きなレベルの出力が残像となってあらわれる。
なお、図８中、Ｖｄ′は増幅用のＭＯＳトランジスタＱ
２によって反転増幅された電圧信号を示している。
光Ｌｓの光量が少ないときのセンサ電流に応じた電圧信
号Ｖｄの飽和時間が長くなるため、図８に示すようなパ
ルスタイミングで画素信号Ｖｏの読み出しを行うと、当
初ほど大きなレベルの出力が残像となってあらわれる。
なお、図８中、Ｖｄ′は増幅用のＭＯＳトランジスタＱ
２によって反転増幅された電圧信号を示している。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、光信号を検出
して電気信号に変換する光電変換素子のセンサ電流をＭ
ＯＳトランジスタを用いて弱反転状態で対数出力特性を
もって電圧信号に変換するようにした光センサ回路にあ
って、センサ電流に急激な変化が生じても即座にそのと
きの入射光の光量に応じた電圧信号が得られるようにし
て、イメージセンサに用いた場合に入射光の光量が少な
い場合でも残像を生ずることがないようにするべく、光
信号を検出する際に前記ＭＯＳトランジスタのドレイン
電圧を所定時間だけ定常値よりも低く設定して、ソース
側に接続された光電変換素子の接合容量に蓄積された電
荷を放電させて初期化する初期設定手段を設けるように
している。
して電気信号に変換する光電変換素子のセンサ電流をＭ
ＯＳトランジスタを用いて弱反転状態で対数出力特性を
もって電圧信号に変換するようにした光センサ回路にあ
って、センサ電流に急激な変化が生じても即座にそのと
きの入射光の光量に応じた電圧信号が得られるようにし
て、イメージセンサに用いた場合に入射光の光量が少な
い場合でも残像を生ずることがないようにするべく、光
信号を検出する際に前記ＭＯＳトランジスタのドレイン
電圧を所定時間だけ定常値よりも低く設定して、ソース
側に接続された光電変換素子の接合容量に蓄積された電
荷を放電させて初期化する初期設定手段を設けるように
している。
【００１３】
【実施例】図１は、イメージセンサの１画素分の構成要
素として用いたときの光センサ回路の構成例を示してい
る。
素として用いたときの光センサ回路の構成例を示してい
る。
【００１４】その光センサ回路は、光信号を電気信号に
変換する光電変換素子としてのフォトダイオードＰＤ
と、入射光Ｌｓの光量に応じてフォトダイオードＰＤに
流れるセンサ電流を弱反転状態で対数特性出力特性をも
って電圧信号に変換するＭＯＳトランジスタＱ１と、そ
の変換された電圧信号（フォトトランジスタＰＤの端子
電圧）Ｖｄを増幅するＭＯＳトランジスタＱ２と、その
増幅した電圧信号を画素信号Ｖｏとして出力する画素選
択用のＭＯＳトランジスタＱ３とからなっている。
変換する光電変換素子としてのフォトダイオードＰＤ
と、入射光Ｌｓの光量に応じてフォトダイオードＰＤに
流れるセンサ電流を弱反転状態で対数特性出力特性をも
って電圧信号に変換するＭＯＳトランジスタＱ１と、そ
の変換された電圧信号（フォトトランジスタＰＤの端子
電圧）Ｖｄを増幅するＭＯＳトランジスタＱ２と、その
増幅した電圧信号を画素信号Ｖｏとして出力する画素選
択用のＭＯＳトランジスタＱ３とからなっている。
【００１５】図中、Ｃは寄生容量に配線等の浮遊容量が
加わったフォトダイオードＰＤの接合容量を等価的に示
している。
加わったフォトダイオードＰＤの接合容量を等価的に示
している。
【００１６】ＶＧは、フォトダイオードＰＤを低電圧の
弱反転状態で動作させるための固定のゲート電源であ
る。ＶＣは、画素選択用のＭＯＳトランジスタＱ３のス
イッチングを行わせるためのゲート制御用電源である。
バイアス用の固定電源ＶＤＤおよび抵抗Ｒは画素信号Ｖ
ｏの出力レベルを所定にするためのものである。
弱反転状態で動作させるための固定のゲート電源であ
る。ＶＣは、画素選択用のＭＯＳトランジスタＱ３のス
イッチングを行わせるためのゲート制御用電源である。
バイアス用の固定電源ＶＤＤおよび抵抗Ｒは画素信号Ｖ
ｏの出力レベルを所定にするためのものである。
【００１７】また、ＶＤはＭＯＳトランジスタＱ１のド
レイン電圧用の電源である。
レイン電圧用の電源である。
【００１８】本発明では、特に、ＭＯＳトランジスタＱ
１のドレイン電圧ＶＤの大きさを可変に調整する電圧コ
ントローラ１を設けて、光信号を検出する際にＭＯＳト
ランジスタＱ１のドレイン電圧ＶＤを所定時間だけ定常
値（ハイレベル）よりも定常値よりも低い電圧値（また
は零値）に設定して、ソース側に接続されたフォトダイ
オードＰＤの接合容量Ｃに蓄積された電荷を放電させて
初期化するようにしている。
１のドレイン電圧ＶＤの大きさを可変に調整する電圧コ
ントローラ１を設けて、光信号を検出する際にＭＯＳト
ランジスタＱ１のドレイン電圧ＶＤを所定時間だけ定常
値（ハイレベル）よりも定常値よりも低い電圧値（また
は零値）に設定して、ソース側に接続されたフォトダイ
オードＰＤの接合容量Ｃに蓄積された電荷を放電させて
初期化するようにしている。
【００１９】図２は、光信号を検出する際にＭＯＳトラ
ンジスタＱ１のドレイン電圧ＶＤを所定時間ｔｍ（例え
ば１画素分の読出し速度が１００ｍｓｅｃ程度の場合に
５μｓｅｃ程度となる）のあいだ定常値（ハイレベル
Ｈ）よりも低い電圧を（ローレベルＬ）に切り換える初
期化のタイミングおよび画素選択用のＭＯＳトランジス
タＱ３をスイッチオン状態にするゲート制御電圧ＶＣに
よる光信号読出しのタイミングを示している。図中、Ｔ
はフォトダイオードＰＤの接合容量Ｃの蓄積期間を示し
ており、その畜積期間ＴはＮＴＳＣ信号の場合１／３０
ｓｅｃ（または１／６０ｓｅｃ）程度となる。
ンジスタＱ１のドレイン電圧ＶＤを所定時間ｔｍ（例え
ば１画素分の読出し速度が１００ｍｓｅｃ程度の場合に
５μｓｅｃ程度となる）のあいだ定常値（ハイレベル
Ｈ）よりも低い電圧を（ローレベルＬ）に切り換える初
期化のタイミングおよび画素選択用のＭＯＳトランジス
タＱ３をスイッチオン状態にするゲート制御電圧ＶＣに
よる光信号読出しのタイミングを示している。図中、Ｔ
はフォトダイオードＰＤの接合容量Ｃの蓄積期間を示し
ており、その畜積期間ＴはＮＴＳＣ信号の場合１／３０
ｓｅｃ（または１／６０ｓｅｃ）程度となる。
【００２０】このように構成されたものにあっては、電
圧コントローラ１の制御下で、初期化時にＭＯＳトラン
ジスタＱ１のドレイン電圧ＶＤがローレベルＬに切り換
えられると、そのときのゲート電圧ＶＧとドレイン電圧
ＶＤとの間の電位差がＭＯＳトランジスタＱ１のしきい
値よりも大きければＭＯＳトランジスタＱ１が低抵抗状
態になる。それにより、そのときのソース側の電位がド
レイン電圧ＶＤと同じになり（実際にはしきい値分の電
位差が残る）、フォトダイオードＰＤの接合容量Ｃが放
電状態になる。
圧コントローラ１の制御下で、初期化時にＭＯＳトラン
ジスタＱ１のドレイン電圧ＶＤがローレベルＬに切り換
えられると、そのときのゲート電圧ＶＧとドレイン電圧
ＶＤとの間の電位差がＭＯＳトランジスタＱ１のしきい
値よりも大きければＭＯＳトランジスタＱ１が低抵抗状
態になる。それにより、そのときのソース側の電位がド
レイン電圧ＶＤと同じになり（実際にはしきい値分の電
位差が残る）、フォトダイオードＰＤの接合容量Ｃが放
電状態になる。
【００２１】そして、電圧コントローラ１の制御下で、
ｔｍ時間の経過後にそのドレイン電圧ＶＤが定常のハイ
レベルＨに切り換えられると、ソース側の電位がドレイ
ン電圧ＶＤよりも低くなって、そのときのゲート電圧Ｖ
Ｇとドレイン電圧ＶＤとの間の電位差がしきい値よりも
大きければＭＯＳトランジスタＱ１が低抵抗状態にな
り、フォトダイオードＰＤの接合容量Ｃが充電状態にな
る。
ｔｍ時間の経過後にそのドレイン電圧ＶＤが定常のハイ
レベルＨに切り換えられると、ソース側の電位がドレイ
ン電圧ＶＤよりも低くなって、そのときのゲート電圧Ｖ
Ｇとドレイン電圧ＶＤとの間の電位差がしきい値よりも
大きければＭＯＳトランジスタＱ１が低抵抗状態にな
り、フォトダイオードＰＤの接合容量Ｃが充電状態にな
る。
【００２２】このように光信号の検出に先がけてフォト
ダイオードＰＤの接合容量Ｃを放電させて初期化したの
ちにその接合容量Ｃを充電させるようにすると、その初
期化のタイミングから一定の時間経過した時点での出力
電圧（フォトダイオードＰＤの端子電圧）Ｖｄは入射光
Ｌｓの光量に応じた値となる。すなわち、初期化後には
入射光Ｌｓの光量の変化に追随した一定の時定数による
放電特性が得られるようになる。
ダイオードＰＤの接合容量Ｃを放電させて初期化したの
ちにその接合容量Ｃを充電させるようにすると、その初
期化のタイミングから一定の時間経過した時点での出力
電圧（フォトダイオードＰＤの端子電圧）Ｖｄは入射光
Ｌｓの光量に応じた値となる。すなわち、初期化後には
入射光Ｌｓの光量の変化に追随した一定の時定数による
放電特性が得られるようになる。
【００２３】その際、長時間放置すればドレイン電圧Ｖ
ＤからＭＯＳトランジスタＱ１を通して供給される電流
とフォトダイオードＰＤを流れる電流とは同じになる
が、前に残った電荷がなければ常に同じ放電特性が得ら
れるので残像が生ずることがなくなる。
ＤからＭＯＳトランジスタＱ１を通して供給される電流
とフォトダイオードＰＤを流れる電流とは同じになる
が、前に残った電荷がなければ常に同じ放電特性が得ら
れるので残像が生ずることがなくなる。
【００２４】したがって、初期化してから一定の時間を
定めて光信号を読み出すようにすれば、入射光Ｌｓの光
量に応じた残像のない画素信号Ｖｏを得ることができる
ようになる。
定めて光信号を読み出すようにすれば、入射光Ｌｓの光
量に応じた残像のない画素信号Ｖｏを得ることができる
ようになる。
【００２５】図３はフォトダイオードＰＤのセンサ電流
が１Ｅ−１０Ａから１Ｅ−１５Ａまで急激に変化した場
合の電圧信号Ｖｄの変化特性にあって、初期化してから
一定の時間１／３０ｓｅｃ経過後に光信号の読み出しの
タイミングを設定したときを示している。
が１Ｅ−１０Ａから１Ｅ−１５Ａまで急激に変化した場
合の電圧信号Ｖｄの変化特性にあって、初期化してから
一定の時間１／３０ｓｅｃ経過後に光信号の読み出しの
タイミングを設定したときを示している。
【００２６】図４は、１／３０ｓｅｃのタイミングで光
信号の読み出しをくり返し行わせたときの電圧信号Ｖｄ
の増幅信号の特性を示している。これによれば、１／３
０ｓｅｃごとに得られる信号特性はフォトダイオードＰ
Ｄへの入射光Ｌｓの光量に応じたセンサ電流に即したも
のとなり、残像の影響がないことがわかる。
信号の読み出しをくり返し行わせたときの電圧信号Ｖｄ
の増幅信号の特性を示している。これによれば、１／３
０ｓｅｃごとに得られる信号特性はフォトダイオードＰ
Ｄへの入射光Ｌｓの光量に応じたセンサ電流に即したも
のとなり、残像の影響がないことがわかる。
【００２７】図５は、フォトダイオードＰＤへの入射光
Ｌｓの光量を変化させたときの画素信号Ｖｏの出力特性
（ａ）を示している。これによれば、フォトダイオード
ＰＤのセンサ電流が１Ｅ−１３Ａ以上では完全に対数出
力特性となっていることがわかる。また、センサ電流が
１Ｅ−１３Ａ以下の領域では対数特性から外れるもの
の、残像のない出力が得られることがわかる。
Ｌｓの光量を変化させたときの画素信号Ｖｏの出力特性
（ａ）を示している。これによれば、フォトダイオード
ＰＤのセンサ電流が１Ｅ−１３Ａ以上では完全に対数出
力特性となっていることがわかる。また、センサ電流が
１Ｅ−１３Ａ以下の領域では対数特性から外れるもの
の、残像のない出力が得られることがわかる。
【００２８】また、電圧コントローラ１によって制御さ
れる電圧ＶＤのローレベルＬを調整すると、完全にＭＯ
ＳトランジスタＱ１を低抵抗状態にできるまで電圧を下
げれば図５中（ａ）で示すような出力特性が得られる。
しかし、その制御電圧ＶＤをゲート電圧ＶＧと同一にな
るように設定すると、図５中（ｂ）で示すような通常の
対数出力特性が得られることになる。
れる電圧ＶＤのローレベルＬを調整すると、完全にＭＯ
ＳトランジスタＱ１を低抵抗状態にできるまで電圧を下
げれば図５中（ａ）で示すような出力特性が得られる。
しかし、その制御電圧ＶＤをゲート電圧ＶＧと同一にな
るように設定すると、図５中（ｂ）で示すような通常の
対数出力特性が得られることになる。
【００２９】したがって、図５中（ａ）で示す出力特性
の場合には、残像はないが、光量が少ないときに感度が
小さくなる。図５中（ｂ）で示す対数出力特性の場合に
は、光量が少ないときでも感度は大きいが、残像が顕著
になる。すなわち、感度と残像との間にはトレードオフ
の関係が成立する。
の場合には、残像はないが、光量が少ないときに感度が
小さくなる。図５中（ｂ）で示す対数出力特性の場合に
は、光量が少ないときでも感度は大きいが、残像が顕著
になる。すなわち、感度と残像との間にはトレードオフ
の関係が成立する。
【００３０】したがって、図５中（ａ）で示す出力特性
と図５中（ｂ）で示す対数出力特性との中間の領域に出
力特性がくるように制御電圧ＶＤを調整することによ
り、残像を問題にしない用途では感度を優先するような
設定とし、残像が問題となる用途では残像をなくすこと
を優先とするような設定とすることができるようにな
る。実際には、用途に応じて問題にならない残像の程度
に応じて制御電圧ＶＤを調整して、感度を可能なかぎり
大きく設定するようにすることが考えられる。
と図５中（ｂ）で示す対数出力特性との中間の領域に出
力特性がくるように制御電圧ＶＤを調整することによ
り、残像を問題にしない用途では感度を優先するような
設定とし、残像が問題となる用途では残像をなくすこと
を優先とするような設定とすることができるようにな
る。実際には、用途に応じて問題にならない残像の程度
に応じて制御電圧ＶＤを調整して、感度を可能なかぎり
大きく設定するようにすることが考えられる。
【００３１】図６は、図１に示した光センサ回路を１画
素分のセンサ素子Ｓとして２次元状に配設してイメージ
センサを形成したときの構成例を示している。
素分のセンサ素子Ｓとして２次元状に配設してイメージ
センサを形成したときの構成例を示している。
【００３２】図６中、１は各センサ素子Ｓに共通に設け
られた電圧コントローラを、２は各センサ素子Ｓに共通
に設けられた画素選択回路である。また、各センサ素子
Ｓの画素信号Ｖｏを順次出力させるための信号選択回路
３が設けられている。
られた電圧コントローラを、２は各センサ素子Ｓに共通
に設けられた画素選択回路である。また、各センサ素子
Ｓの画素信号Ｖｏを順次出力させるための信号選択回路
３が設けられている。
【００３３】このような構成によれば、残像がなく、ダ
イナミックレンジの広い対数出力特性をもったイメージ
センサを実現できるようになる。
イナミックレンジの広い対数出力特性をもったイメージ
センサを実現できるようになる。
【００３４】
【効果】以上、本発明によれば、光信号を検出して電気
信号に変換する光電変換素子のセンサ電流をＭＯＳトラ
ンジスタを用いて弱反転状態で対数出力特性をもって電
圧信号に変換するようにした光センサ回路にあって、光
信号を検出する際に前記ＭＯＳトランジスタのドレイン
電圧を所定時間だけ定常値よりも低く設定して、ソース
側に接続された光電変換素子の接合容量に蓄積された電
荷を放電させて初期化する初期設定手段を設けることに
より、センサ電流に急激な変化が生じても即座にそのと
きの入射光の光量に応じた電圧信号が得られるようにし
て、入射光の光量が少ない場合でも残像を生ずることが
なくなるという利点を有している。
信号に変換する光電変換素子のセンサ電流をＭＯＳトラ
ンジスタを用いて弱反転状態で対数出力特性をもって電
圧信号に変換するようにした光センサ回路にあって、光
信号を検出する際に前記ＭＯＳトランジスタのドレイン
電圧を所定時間だけ定常値よりも低く設定して、ソース
側に接続された光電変換素子の接合容量に蓄積された電
荷を放電させて初期化する初期設定手段を設けることに
より、センサ電流に急激な変化が生じても即座にそのと
きの入射光の光量に応じた電圧信号が得られるようにし
て、入射光の光量が少ない場合でも残像を生ずることが
なくなるという利点を有している。
【図１】本発明による光センサ回路の一実施例を示す電
気回路図である。
気回路図である。
【図２】同実施例における初期化のタイミングと光信号
読出しのタイミングとの関係を示すＶＤ信号およびＶＣ
信号のタイムチャートである。
読出しのタイミングとの関係を示すＶＤ信号およびＶＣ
信号のタイムチャートである。
【図３】同実施例におけるフォトダイオードＰＤのセン
サ電流が変化したときの各電圧信号Ｖｄの変化特性を示
す図である。
サ電流が変化したときの各電圧信号Ｖｄの変化特性を示
す図である。
【図４】同実施例において所定のタイミングで光信号の
読み出しをくり返し行わせたときの電圧信号Ｖｄの増幅
信号の特性を示す図である。
読み出しをくり返し行わせたときの電圧信号Ｖｄの増幅
信号の特性を示す図である。
【図５】同実施例においてフォトダイオードＰＤへの入
射光Ｌｓの光量を変化させたときの画素信号Ｖｏの出力
特性を示す図である。
射光Ｌｓの光量を変化させたときの画素信号Ｖｏの出力
特性を示す図である。
【図６】同実施例における光センサ回路を１画素分のセ
ンサ素子として２次元状に配設してイメージセンサを形
成したときの構成例を示すブロック図である。
ンサ素子として２次元状に配設してイメージセンサを形
成したときの構成例を示すブロック図である。
【図７】従来の光センサ回路を示す電気回路図である。
【図８】従来の光センサ回路における入射光量が少ない
ときに所定のタイミングで読み出される画素信号の出力
特性を示す図である。
ときに所定のタイミングで読み出される画素信号の出力
特性を示す図である。
１ 電圧コントローラ ２ 画素選択回路 ３ 信号選択回路 Ｃ 接合容量 ＰＴ フォトダイオード Ｑ１ 電圧信号変換用ＭＯＳトランジスタ Ｑ２ 増幅用ＭＯＳトランジスタ Ｑ３ 画素選択用ＭＯＳトランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 利明 埼玉県所沢市大字下富字武野840番地 シチズン時計株式会社技術研究所内 (56)参考文献 特開 平10−90058（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−276442（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−370720（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01J 1/44 H01L 27/14 H01L 31/10 H04N 5/335
Claims (2)
- 【請求項１】 光信号を検出して電気信号に変換する光
電変換素子のセンサ電流をＭＯＳトランジスタを用いて
弱反転状態で対数出力特性をもって電圧信号に変換する
ようにした光センサ回路において、光信号を検出する際
に前記ＭＯＳトランジスタのドレイン電圧を所定時間だ
け定常値よりも低く設定して、ソース側に接続された光
電変換素子の接合容量に蓄積された電荷を放電させて初
期化する初期設定手段を設けたことを特徴とする光セン
サ回路。 - 【請求項２】 光電変換素子のセンサ電流をＭＯＳトラ
ンジスタにより対数出力特性をもって変換された電圧信
号を増幅用のＭＯＳトランジスタによって増幅し、その
増幅した電圧信号を画素選択用のＭＯＳトランジスタを
介して出力するようにしたものをイメージセンサの１画
素分の構成要素として用いるようにしたことを特徴とす
る請求項１の記載による光センサ回路。
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| JP17447699A JP3278716B2 (ja) | 1999-05-18 | 1999-05-18 | 光センサ回路 |
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| JP3278716B2 true JP3278716B2 (ja) | 2002-04-30 |
Family
ID=15979159
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP17447699A Expired - Lifetime JP3278716B2 (ja) | 1999-05-18 | 1999-05-18 | 光センサ回路 |
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-
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- 1999-05-18 JP JP17447699A patent/JP3278716B2/ja not_active Expired - Lifetime
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