JP2000208751A - Image sensor with electronic shutter function - Google Patents
Image sensor with electronic shutter functionInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電子的シャッタ機能を有するイメージセンサ
を改良すること。
【解決手段】 イメージセンサは、それぞれが、光記憶
セルの1つの端子に接続された制御スイッチと、光記憶
セルの他のに接続されたリセット・スイッチとを有する
複数の画素を含む。イメージセンサの各画素は、電子シ
ャッタ効果を得るべく両スイッチが制御されることによ
り、光を感知して電荷を発生し、発生した電荷に対応す
る誘起電荷を記憶する。
(57) [Summary] [Objective] To improve an image sensor having an electronic shutter function. The image sensor includes a plurality of pixels each having a control switch connected to one terminal of the optical storage cell and a reset switch connected to the other of the optical storage cell. Each pixel of the image sensor senses light to generate a charge and stores an induced charge corresponding to the generated charge by controlling both switches to obtain an electronic shutter effect.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、イメージセンサに
関し、特に電荷結合デバイス(CCD)を使用しない電
子シャッタの機能を有する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 an image sensor, and more particularly, to an image sensor having an electronic shutter function without using a charge-coupled device (CCD).
【0002】[0002]
【従来の技術】現在、イメージセンサには、CCDイメ
ージセンサと、MOSイメージセンサとの2種類のイメ
ージセンサがある。2. Description of the Related Art At present, there are two types of image sensors, a CCD image sensor and a MOS image sensor.
【0003】複数の画素を有するCCDイメージセンサ
において、各画素の光感知により発生された電荷はCC
Dに転送されて記憶され、記憶された電荷は次いでCC
Dの端子から次々に出力される。それぞれの画素に含ま
れる電荷がCCDに同時に転送されると、電子シャッタ
としての効果が達成され、その結果適切な信号が適切な
ときに得られる。In a CCD image sensor having a plurality of pixels, the charge generated by the light sensing of each pixel is CC
D and stored, and the stored charge is then transferred to CC
It is output one after another from the terminal of D. When the charges contained in each pixel are simultaneously transferred to the CCD, an effect as an electronic shutter is achieved, and as a result, an appropriate signal is obtained at an appropriate time.
【0004】MOSイメージセンサは、CCDを使用し
ない。4×3のイメージセンサ・アレイを示す図1を参
照するに、そのアレイは、4つのワードライン(word li
nes)93と、3つのビットライン(bit lines)94と、
水平走査回路95と、垂直走査回路96と、交差回路9
7と、出力端子98とを配置している。各画素は、受光
素子である感光性ダイオード91と制御トランジスタ9
2とを含む。各ワードライン93は、一つの横列内の3
つの画素90に接続されている。各ビットライン94
は、一つの縦列の4つの画素90に接続されている。水
平走査回路95及び垂直走査回路96は、それぞれ、感
光性ダイオード91を次々に走査する。各画素90の感
光性ダイオード91は光を感知して誘起電荷を発生さ
せ、その誘導電荷は対応するビットライン94の1つに
供給される。各画素に誘起された電荷は、出力端子98
を介して外部の回路(図示せず)に次々に転送され、そ
れにより電荷はイメージ信号に変換される。A MOS image sensor does not use a CCD. Referring to FIG. 1, which shows a 4 × 3 image sensor array, the array has four word lines (word li).
nes) 93, three bit lines 94,
A horizontal scanning circuit 95, a vertical scanning circuit 96, and an intersection circuit 9;
7 and an output terminal 98. Each pixel includes a photosensitive diode 91 as a light receiving element and a control transistor 9
2 is included. Each word line 93 has three words in one row.
Connected to one pixel 90. Each bit line 94
Are connected to four pixels 90 in one column. The horizontal scanning circuit 95 and the vertical scanning circuit 96 scan the photosensitive diodes 91 one after another. The photosensitive diode 91 of each pixel 90 senses light to generate an induced charge, which is provided to one of the corresponding bit lines 94. The electric charge induced in each pixel is output to an output terminal 98.
, Are sequentially transferred to an external circuit (not shown), whereby the electric charges are converted into image signals.
【0005】MOSイメージセンサは製造が容易であ
り、低消費電力及び低コストであるという利点を有する
が、CCDイメージセンサのように電子シャッタとして
機能しない。[0005] MOS image sensors are easy to manufacture, have the advantage of low power consumption and low cost, but do not function as electronic shutters as do CCD image sensors.
【0006】各画素90の制御トランジスタ92は、電
荷を感光性ダイオード91から対応するビットライン9
4に転送する。制御トランジスタ92は、電荷を記憶し
ない。各画素90の制御トランジスタ92がオン状態の
間は、他の画素が外部光の変化を引き続き感知する間、
制御トランジスタ92は感光性ダイオード91の電荷を
転送する。したがって、正確なイメージを得るべきと
き、画素90は光を次々に感知すべきであると共に、そ
れぞれの画素内の誘起電荷は次々に読み出されるべきで
あり、その結果それぞれの画素により光を感知する期間
は同じになる。The control transistor 92 of each pixel 90 transfers a charge from the photosensitive diode 91 to the corresponding bit line 9.
Transfer to 4. The control transistor 92 does not store charge. While the control transistor 92 of each pixel 90 is on, while other pixels continue to sense changes in external light,
The control transistor 92 transfers the charge of the photosensitive diode 91. Thus, when an accurate image is to be obtained, the pixels 90 should sense light one after another and the induced charge in each pixel should be read out one after another, so that light is sensed by each pixel. The period will be the same.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】それゆえに、MOSイ
メージセンサ・アレイは監視カメラの画像のようにゆっ
くり変化する画像又は静止画像に適用し得るにすぎな
い。すなわち、通常のMOSイメージセンサ・アレイ
は、ダイナミックな又は速い変化の画像用としては不適
当である。Therefore, MOS image sensor arrays can only be applied to slowly changing or still images, such as those of surveillance cameras. That is, ordinary MOS image sensor arrays are not suitable for dynamic or fast-changing images.
【0008】本発明の目的は、電子的シャッタ機能を有
する改良したイメージセンサを提供することにある。An object of the present invention is to provide an improved image sensor having an electronic shutter function.
【0009】本発明の他の目的は、CCDを使用するこ
となく単純な構成のイメージセンサを提供することにあ
る。It is another object of the present invention to provide an image sensor having a simple configuration without using a CCD.
【0010】[0010]
【解決手段、作用、効果】本発明の第1の面にしたがえ
ば、イメージセンサは複数の画素を含む。各画素は、光
記憶セル光記憶セルに接続された制御スイッチと、光記
憶セルに接続されたリセット・スイッチとを有する。各
画素の両スイッチは、電荷を誘起し、誘起した電荷を記
憶するように、制御される。したがって、イメージセン
サは、電子シャッタ効果を得ることができる。According to a first aspect of the present invention, an image sensor includes a plurality of pixels. Each pixel has a control switch connected to the optical storage cell and a reset switch connected to the optical storage cell. Both switches of each pixel are controlled to induce charge and store the induced charge. Therefore, the image sensor can obtain an electronic shutter effect.
【0011】本発明の第2の面にしたがえば、イメージ
センサの各画素の光記憶セルは、電極板として作用する
上部層と、シリコン製の下部層とを含む。According to a second aspect of the present invention, an optical storage cell of each pixel of an image sensor includes an upper layer acting as an electrode plate and a silicon lower layer.
【0012】本発明の第3の面にしたがえば、光記憶セ
ルの電極板層は抽出保持スイッチを介してビットライン
に接続されるのに対し、シリコン層はリセット・スイッ
チを介して基準電源に接続される。光記憶セルの動作
は、光記憶セルが、リセット、光の感知、電荷の記憶、
及び電荷の出力の動作を次々に実行するように、両スイ
ッチにより制御される。According to a third aspect of the present invention, the electrode plate layer of the optical storage cell is connected to the bit line via an extraction holding switch, while the silicon layer is connected to a reference power supply via a reset switch. Connected to. The operation of the optical storage cell is as follows: the optical storage cell resets, senses light, stores charge,
And the output of the electric charge is controlled by both switches so as to perform the operations one after another.
【0013】本発明の第4の面にしたがえば、イメージ
センサの各画素の光記憶セルは、透明なゲートを有する
MOSトランジスタである。According to a fourth aspect of the present invention, the optical storage cell of each pixel of the image sensor is a MOS transistor having a transparent gate.
【0014】本発明の第5の面にしたがえば、光記憶セ
ルは、透明なゲートを有するNMOS又はPMOSトラ
ンジスタである。According to a fifth aspect of the invention, the optical storage cell is an NMOS or PMOS transistor having a transparent gate.
【0015】本発明の第6の面にしたがえば、光記憶セ
ルは、互いに直列に接続された光感知ダイオードとキャ
パシタとを含む。According to a sixth aspect of the present invention, an optical storage cell includes a photosensitive diode and a capacitor connected in series with each other.
【0016】本発明の第6の面にしたがえば、光記憶セ
ルは、互いに直列に接続された光感知ダイオードと他の
ダイオードとを含む。According to a sixth aspect of the present invention, an optical storage cell includes a photosensitive diode and another diode connected in series with each other.
【0017】本発明の他の、目的、利点及び新規な特徴
点は、図面を用いる以下の実施例に説明から明らかとな
ろう。[0017] Other objects, advantages and novel features of the present invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.
【0018】[0018]
【発明の実施の形態】本発明にしたがうイメージセンサ
の構造は、行及び列の形に配置された画素アレイと、そ
れぞれが列内の複数の画素に接続された複数のワードラ
インと、それぞれが行内の複数の画素に接続された複数
のビットラインと、水平走査回路と、前記画素を走査す
る垂直走査回路とを含み、図1に示す通常のMOSイメ
ージセンサ・アレイのそれに類似している。しかし、本
発明に従うイメージセンサの画素は従来のイメージセン
サ・アレイの画素と全く異なる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The structure of an image sensor according to the present invention comprises a pixel array arranged in rows and columns, a plurality of word lines each connected to a plurality of pixels in a column, and It includes a plurality of bit lines connected to a plurality of pixels in a row, a horizontal scanning circuit, and a vertical scanning circuit for scanning the pixels, and is similar to that of the ordinary MOS image sensor array shown in FIG. However, the pixels of an image sensor according to the present invention are quite different from the pixels of a conventional image sensor array.
【0019】図2(A)を参照するに、本発明に従うイ
メージセンサで使用する画素は、光蓄積セルすなわち光
記憶セル10と、制御スイッチとしての抽出保持スイッ
チ(sample-and-hold switch)SHと、リセット・スイッ
チRSTとを含む。Referring to FIG. 2A, the pixels used in the image sensor according to the present invention include an optical storage cell or optical storage cell 10 and a sample-and-hold switch SH as a control switch. And a reset switch RST.
【0020】光記憶セル10は、電極板として作用する
上部層11と、シリコン製の下部層12とを含む。上部
層11と下部層12とは、適宜な空間により互いに分離
されている。上部層11は、導電性材料、好ましくは透
明な導電性材料から製作されている。The optical storage cell 10 includes an upper layer 11 serving as an electrode plate and a lower layer 12 made of silicon. The upper layer 11 and the lower layer 12 are separated from each other by an appropriate space. The upper layer 11 is made of a conductive material, preferably a transparent conductive material.
【0021】外部の光が下部層12に入射すると、下部
層12は光を感知して負の電荷eーを発生する。下部層
12は、リセット・スイッチRSTを介して基準電圧V
1の端子に接続されている。下部層12は、イメージセ
ンサのビットラインB.Lに接続されている。リセッ
ト、感知、電荷の蓄積、及び電荷の出力のような画素の
動作は、スイッチSH,RSTのオン・オフを制御する
ことにより連続して実行することができる。[0021] external light is incident on the lower layer 12, the lower layer 12 generates a negative charge e over senses the light. The lower layer 12 receives the reference voltage V through a reset switch RST.
1 terminal. The lower layer 12 includes a bit line B.I. L. Pixel operations such as reset, sensing, charge accumulation, and charge output can be performed continuously by controlling the on / off of the switches SH, RST.
【0022】図2(B)は、2つのスイッチSH,RS
Tの動作を示す。FIG. 2B shows two switches SH and RS.
The operation of T is shown.
【0023】時刻t1において、2つのスイッチSH及
びRSTが閉じられている(ハイ・レベル)と、電圧V
2がビットラインB.Lから供給される。したがって、
光記憶セル10の2つの端子がそれぞれ電圧V2及びV1
に放電し、それにより光記憶セル10がリセットされ
る。At time t1, when the two switches SH and RST are closed (high level), the voltage V
2 is the bit line B. L. Therefore,
The two terminals of the optical storage cell 10 have voltages V2 and V1, respectively.
, Whereby the optical storage cell 10 is reset.
【0024】放電後、時刻t2においてリセット・スイ
ッチRSTが開放され、それにより光記憶セル10の下
部層2が浮き上がる。浮き上がった下部層12は、光を
感知して光電子eーを発生する。その間に、正電荷が下
部層12の光電子(負電荷)eーに対応して上部層11
に誘導すなわち誘起される。この段階は、図において記
号FIで示す「フレーム・インテグレーション(frame i
ntegration)」として知られている。After the discharge, at time t2, the reset switch RST is opened, whereby the lower layer 2 of the optical storage cell 10 floats. Lower layer 12 lifted generates photoelectrons e over senses the light. Meanwhile, the upper layer positive charges corresponding to photoelectrons (negative charge) e over the lower layer 12 11
Is induced. This step is called "frame integration (frame i
ntegration).
【0025】時刻t3において、リセット・スイッチR
STが基準電圧V1に接続され、抽出保持スイッチSH
が開放されて、上部層11が浮き上がる。それにより、
誘起された正電荷は上部層11に記憶される。At time t3, the reset switch R
ST is connected to the reference voltage V1, and the extraction hold switch SH
Are released, and the upper layer 11 rises. Thereby,
The induced positive charges are stored in the upper layer 11.
【0026】最後に、時刻t4において、抽出保持スイ
ッチSHが閉じられて、記憶した正電荷がビットライン
B.Lに出力される。Finally, at time t4, the extraction holding switch SH is closed, and the stored positive charges are transferred to the bit line B.B. Output to L.
【0027】時刻t3においては、下部層12の光電子
に対応する正電荷が静電結合により上部層11に記憶さ
れる。加えて、下部層12が基準電圧V1に結合され
る。このため、たとえ外部光が下部層12に連続して入
射しても、付加的な光電子は基準電圧V1に吸収され
る。すなわち、下部層12は、もはや電荷を蓄積しない
ようにオフにされる。したがって、過剰感知現象が回避
される。At time t3, positive charges corresponding to photoelectrons in the lower layer 12 are stored in the upper layer 11 by electrostatic coupling. In addition, lower layer 12 is coupled to reference voltage V1. Therefore, even if external light continuously enters the lower layer 12, additional photoelectrons are absorbed by the reference voltage V1. That is, the lower layer 12 is turned off so that it no longer stores charge. Therefore, the oversensing phenomenon is avoided.
【0028】感知期間は図2(B)において記号Δtに
より決定される。光記憶セル10は、期間Δtにおいて
だけ光を感知するが、他の全ての期間においては電荷を
蓄積しないオフ状態にされる。誘起された電荷が上部層
11に記憶されているので、その電荷は逃げない。した
がって、電子シャッタ機能が上記構造体により提供され
る。The sensing period is determined by the symbol Δt in FIG. The optical storage cell 10 senses light only during the period Δt, but is turned off in which no electric charge is stored in all other periods. Since the induced charges are stored in the upper layer 11, the charges do not escape. Thus, an electronic shutter function is provided by the structure.
【0029】本発明の他の実施例においては、光記憶セ
ル10はポリシリコン・ゲート構造体(polysilicon ga
te structure)に置換されており、上部層11はMOS
トランジスタのシリコン基板である。図3を参照する
に、画素は、MOSトランジスタである光記憶セル20
を有する。光記憶セル20は、NMOS又はPMOSの
トランジスタとされる.MOSトランジスタ20のゲー
トは、抽出保持スイッチSHを介して、ビットライン
B.Lに接続されている。MOSトランジスタ20のソ
ースS及びドレインDは、リセット・スイッチRSTを
介して、基準電圧V1に接続される電極接続部を形成す
べく短絡される。In another embodiment of the present invention, optical storage cell 10 includes a polysilicon gate structure.
te structure) and the upper layer 11 is MOS
It is a silicon substrate of a transistor. Referring to FIG. 3, the pixel is an optical storage cell 20 which is a MOS transistor.
Having. The optical storage cell 20 is an NMOS or PMOS transistor. The gate of the MOS transistor 20 is connected to the bit line B. L. The source S and the drain D of the MOS transistor 20 are short-circuited via a reset switch RST to form an electrode connection connected to the reference voltage V1.
【0030】図4に示すように、本発明の他の実施例に
従うイメージセンサの画素は、MOSトランジスタ25
を含む。MOSトランジスタ25のソースS及びドレイ
ンDは、電極接続部を形成すべく短絡されている。電極
接続部は、さらに、MOSトランジスタ25の基体(sub
strate)に接続されている。As shown in FIG. 4, a pixel of an image sensor according to another embodiment of the present invention has a MOS transistor 25.
including. The source S and the drain D of the MOS transistor 25 are short-circuited to form an electrode connection. The electrode connection portion further includes a base (sub) of the MOS transistor 25.
strate).
【0031】図5を参照するに、本発明に従う他の実施
例のイメージセンサの画素は、相互に直列に接続された
キャパシタ30とホトダイオード35とを含む。キャパ
シタ30の一方の端子とホトダイオード35のカソード
との間の接続部は、リセット・スイッチRSTを介して
基準電圧V1に接続されている。ホトダイオード35の
アノードは電圧VSSに接続されている。キャパシタ3
0の他方の端子は、抽出保持スイッチSHを介してビッ
トラインB.Lに接続されている。Referring to FIG. 5, a pixel of an image sensor according to another embodiment of the present invention includes a capacitor 30 and a photodiode 35 connected in series. The connection between one terminal of the capacitor 30 and the cathode of the photodiode 35 is connected to a reference voltage V1 via a reset switch RST. The anode of the photodiode 35 is connected to the voltage VSS. Capacitor 3
0 is connected to the bit line B.0 via the extraction hold switch SH. L.
【0032】図6を参照するに、本発明に従う他の実施
例のイメージセンサの画素は、互いに直列に接続された
MOSトランジスタ40とホトダイオード45とを含
む。MOSトランジスタ40のゲートは、抽出保持スイ
ッチSHを介してビットラインB.Lに接続されてい
る。MOSトランジスタ40のソース及びドレインは、
基準電圧V1及びホトダイオード45のカソードに接続
される接続部を形成すべく短絡されている。ホトダイオ
ード45のアノードは電圧VSSに接続されている。Referring to FIG. 6, a pixel of an image sensor according to another embodiment of the present invention includes a MOS transistor 40 and a photodiode 45 connected in series with each other. The gate of the MOS transistor 40 is connected to the bit line B. L. The source and drain of the MOS transistor 40 are
It is short-circuited to form a connection connected to the reference voltage V1 and the cathode of the photodiode 45. The anode of the photodiode 45 is connected to the voltage VSS.
【0033】図7を参照するに、本発明に従う他の実施
例のイメージセンサの画素は、互いに逆向きに直列に接
続されたダイオード50とホトダイオード55とを含
む。ダイオード50のアノードとホトダイオード55の
アノードとは、互いに接続されていると共に、リセット
・スイッチRSTを介して基準電圧V1に接続されてい
る。ダイオード50のカソードは、抽出保持スイッチS
Hを介してビットラインB.Lに接続されている。ダイ
オード55のカソードは、電圧VDDに接続されてい
る。Referring to FIG. 7, a pixel of an image sensor according to another embodiment of the present invention includes a diode 50 and a photodiode 55 connected in series in opposite directions. The anode of the diode 50 and the anode of the photodiode 55 are connected to each other and to the reference voltage V1 via the reset switch RST. The cathode of the diode 50 is connected to the extraction holding switch S
H via a bit line B.H. L. The cathode of the diode 55 is connected to the voltage VDD.
【0034】図8を参照するに、本発明に従う他の実施
例のイメージセンサの画素は、図5に示す画素に類似し
ている。異なる点は、ホトダイオード35がキャパシタ
30に逆に接続されていることである。すなわち、ホト
ダイオード35のアノードはリセット・スイッチRST
への接続部を形成すべくキャパシタ30の一方の端子に
接続されている。ホトダイオード35のカソードは、電
圧VDDに接続されている。Referring to FIG. 8, the pixels of another embodiment of the image sensor according to the present invention are similar to the pixels shown in FIG. The difference is that the photodiode 35 is connected in reverse to the capacitor 30. That is, the anode of the photodiode 35 is connected to the reset switch RST.
Connected to one terminal of a capacitor 30 to form a connection to the capacitor 30. The cathode of the photodiode 35 is connected to the voltage VDD.
【0035】図9を参照するに、本発明に従う他の実施
例のイメージセンサの画素は図6に示す画素に類似して
おり、異なる点はホトダイオード45がMOSトランジ
スタ40に逆向きに接続されていることである。すなわ
ち、ホトダイオード45のアノードはMOSトランジス
タ40の接点とリセット・スイッチRSTとに接続され
ており、ホトダイオード45のカソードは電圧VDDに
接続されている。Referring to FIG. 9, the pixel of the image sensor of another embodiment according to the present invention is similar to the pixel shown in FIG. 6, except that the photodiode 45 is connected in reverse to the MOS transistor 40. It is that you are. That is, the anode of the photodiode 45 is connected to the contact of the MOS transistor 40 and the reset switch RST, and the cathode of the photodiode 45 is connected to the voltage VDD.
【0036】図10(A)を参照するに、付加的な増幅
用トランジスタ60を上部層11と抽出保持スイッチS
Hとの間に備えている点を除いて、図2に示す画素に類
似している。光記憶セル10は、抽出保持スイッチSH
を介して電圧V2に接続されており、また増幅用トラン
ジスタ60を介してビットラインB.Lに接続されてい
る。図10(A)に示すように構成された複数の画素を
有するイメージセンサは、アクティブ・イメージセンサ
として作用する。電圧信号又は電流信号はビットライン
B.Lを介して読み取られる。図10(A)における画
素スイッチの動作を図10(B)に示す。Referring to FIG. 10A, an additional amplifying transistor 60 is connected to the upper layer 11 and the extraction holding switch S.
H, except that the pixel shown in FIG. The optical storage cell 10 includes an extraction holding switch SH.
, And to the bit line B. through the amplifying transistor 60. L. An image sensor having a plurality of pixels configured as shown in FIG. 10A functions as an active image sensor. The voltage signal or the current signal is applied to the bit line B. Read via L. FIG. 10B shows the operation of the pixel switch in FIG.
【0037】実際上、図2(A)又は図10(A)は、
非線形効果を有する。等価回路を図11(A)に示す。
非線形効果は、光記憶セル10の下部層12に接続され
た等価ダイオードD1により表される。等価ダイオード
D1は、ダイオードの電圧で変化するキャパシタンスC
D1を有する可変キャパシタとして作用する。非直線効果
は、信号読み取りエラーを生じる。In practice, FIG. 2A or FIG.
Has a non-linear effect. FIG. 11A shows an equivalent circuit.
The non-linear effect is represented by the equivalent diode D1 connected to the lower layer 12 of the optical storage cell 10. The equivalent diode D1 has a capacitance C that varies with the voltage of the diode.
Act as a variable capacitor with D1 . Non-linear effects cause signal reading errors.
【0038】上記の問題を解決するために、補正回路8
0が図11(A)の右に示すように加えられる。補正回
路80は、2つの演算増幅器81,82と、2つのスイ
ッチφ1,φ2と、補償ダイオードDecと、3つのキャパ
シタC1,C2,C3とを含む。In order to solve the above problem, the correction circuit 8
0 is added as shown on the right side of FIG. The correction circuit 80 includes two operational amplifiers 81, 82, two switches φ1, φ2, a compensation diode Dec , and three capacitors C1, C2, C3.
【0039】図11(B)を参照するに、Δt1は画素
をリセットする「画素リセット」期間を表し、Δt2は
画素を感知する「画素感知」期間を表し、Δt3は電荷
を記憶する「電荷記憶」期間を表し、Δt4は電荷を読
み取る「電荷読み取り」期間を表し、Δt5は出力を修
正する「出力補正」期間を表す。画素の動作は図2
(B)について記載したと同様である。Referring to FIG. 11B, .DELTA.t1 represents a "pixel reset" period for resetting a pixel, .DELTA.t2 represents a "pixel sensing" period for sensing a pixel, and .DELTA.t3 represents a "charge storage" for storing a charge. Δt4 represents a “charge reading” period for reading charges, and Δt5 represents a “output correction” period for correcting an output. The operation of the pixel is shown in FIG.
This is the same as described for (B).
【0040】演算増幅器81、スイッチφ1及びキャパ
シタC1は、信号読み取りループを構成している。図1
1(B)に示すように、スイッチφ1は電荷読み取り期
間Δt4の間だけ開放され、他の期間は閉じられ、それ
により光記憶セル10の上部層11はV2の電圧レベル
に維持される。スイッチφ1が開放されると、光記憶セ
ル10内の電荷QCmはキャパシタC1に転送されて、
出力電圧Vyを発生する。補正は、主として補償ダイオ
ードDecにより行われる。The operational amplifier 81, switch φ1, and capacitor C1 constitute a signal reading loop. FIG.
As shown in FIG. 1B, the switch φ1 is opened only during the charge reading period Δt4, and closed during the other periods, whereby the upper layer 11 of the optical storage cell 10 is maintained at the voltage level of V2. When the switch φ1 is opened, the charge QCm in the optical storage cell 10 is transferred to the capacitor C1,
An output voltage Vy is generated. The correction is mainly performed by the compensation diode Dec.
【0041】光記憶セル10の蓄電キャパシタンスは、
Cmである。この回路は、キャパシタC1のキャパシタ
ンスとキャパシタC2のキャパシタンスとが光記憶セル
10の蓄電キャパシタンスと等しくなるように、すなわ
ちCm=C1=C2となるように、設計されている。加え
て、保障ダイオードDecは、その等価キャパシタンスC
Decが等価ダイオードD1の等価キャパシタンスCD1に等
しくなるように、選択されている。ダイオードDesのた
めの端子電圧がダイオードD1の端子電圧に等しいと、
非線形効果による信号エラーが修正される。The storage capacitance of the optical storage cell 10 is
Cm. This circuit is the capacitor of capacitor C1
The capacitance and the capacitance of the capacitor C2 are the optical storage cells.
10 so that it is equal to the storage capacitance of 10.
That is, it is designed so that Cm = C1 = C2. In addition
And security diode DecIs the equivalent capacitance C
DecIs the equivalent capacitance C of the equivalent diode D1D1Like
It has been selected to make it easier. Diode DesNota
Is equal to the terminal voltage of the diode D1,
Signal errors due to non-linear effects are corrected.
【0042】図11(A)に示す回路におけるスイッチ
SH,RST,φ1,φ2及び演算増幅器81,82の全
てが理想的であるとすると、補正回路80の動作原理は
以下の通りとなる。Assuming that all of the switches SH, RST, φ1, φ2 and the operational amplifiers 81, 82 in the circuit shown in FIG. 11A are ideal, the operation principle of the correction circuit 80 is as follows.
【0043】図11(B)を参照するに、期間Δt1に
おいては、リセットスイッチRSTが閉じられて、基準
電圧V1に接続される。したがって、光記憶セル10の
下部層12とリセット・スイッチRSTとを接続する接
続点n1の電圧レベルVn1はV1に等しい、すなわちVn1
=V1になる。期間Δt2においては、リセットスイッチ
SRTが開放されて、接続点n1が浮き上がる。電圧レ
ベルVn1はVxになる、すなわちVn1=Vxになる。接続
点n1の電荷量Qn1は次式(1)となる。Referring to FIG. 11B, in a period Δt1, the reset switch RST is closed and connected to the reference voltage V1. Therefore, the voltage level V n1 at the connection point n 1 connecting the lower layer 12 of the optical storage cell 10 and the reset switch RST is equal to V 1 , that is, V n1
= V1. In the period Δt2, the reset switch SRT is opened, and the connection point n1 rises. The voltage level V n1 becomes V x , that is, V n1 = V x . The charge amount Q n1 at the connection point n 1 is given by the following equation (1).
【0044】[0044]
【数1】 Qn1=(Vx−V1)・(CD1+Cm)………(1) 電荷記憶期間Δt3の端部において、光記憶セル10の
蓄電キャパシタCmに記憶された電荷量QCmは式(2)
により得られる。Q n1 = (V x −V 1 ) · (C D1 + C m) (1) At the end of the charge storage period Δt 3, the charge amount QCm stored in the storage capacitor Cm of the optical storage cell 10 is Equation (2)
Is obtained by
【0045】[0045]
【数2】 QCm=Qn1・{Cm/(CD1+Cm)}………(2) C1=Cmであるから、信号読み取りループの出力端であ
る接続点Yの電圧レベルVyは、式(3)により得られ
る。[Number 2] since it is QCm = Q n1 · {Cm / (C D1 + Cm)} ......... (2) C1 = Cm, the voltage level Vy of the connection point Y is the output terminal of the signal read loop has the formula ( 3).
【0046】[0046]
【数3】 Vy={Qn1/(CD1+Cm)}+V2………(3) 式(3)において、等価キャパシタンスCD1はダイオー
ドD1のPN接合に供給されるベース電圧と共に変化す
る。それゆえに、Vy及びQn1の変動間の関係は、電圧
n1が変化しているとき、非直線的になる。等価キャパシ
タンスCDesは等価キャパシタンスCD1に等しくなるよ
うに選択され、ダイオードDecの端子電圧(V3−V2)
は等価ダイオードD1の端子電圧(V1−VSS)に等しく
なるように選択される。したがって、期間Δt4におい
て、ダイオードDec及びキャパシタC2における電荷に
対する補正電荷Qcorは次式で表される。Equation 3] Vy = {Q n1 / (C D1 + Cm)} + V2 ......... (3) In the formula (3), the equivalent capacitance C D1 varies with the base voltage supplied to the PN junction of the diode D1. Therefore, the relationship between the variations of Vy and Qn1 is
When n1 is changing, it becomes non-linear. The equivalent capacitance C Des is selected to be equal to the equivalent capacitance C D1, and the terminal voltage of the diode Dec (V3−V2)
Is selected to be equal to the terminal voltage (V1-VSS) of the equivalent diode D1. Accordingly, in the period .DELTA.t4, correction charge Q cor to the charge in the diode D ec and the capacitor C2 is expressed by the following equation.
【0047】[0047]
【数4】 このとき、結果として生じる補正出力電圧Vzは、次式
で表される。(Equation 4) At this time, the resulting corrected output voltage Vz is expressed by the following equation.
【0048】[0048]
【数5】Vz=(Qn1/C3)+V3 C3及びV3が一定であるから、出力電圧Vzの変動条
件と接続点n1の電荷量Qn1との間の関係は直線的にな
る。したがって、等価ダイオードD1に起因するエラー
は修正される。Equation 5] Vz = (Q n1 / C3) + V3 C3 and because V3 is constant, the relationship between the variation conditions of output voltage Vz and the charge amount Q n1 of the connection point n1 becomes linear. Therefore, the error caused by the equivalent diode D1 is corrected.
【0049】本発明の多くの特徴及び利点を本発明の構
造及び機能と共に上記に記載したが、それらの記載は実
施例であり、本発明は請求項に記載された本発明の趣旨
を逸脱することなく種々変更することができる。While many features and advantages of the invention have been described above together with the structure and function of the invention, the description is an example and the invention departs from the spirit of the invention as set forth in the appended claims. Various changes can be made without the need.
【図1】従来のMOSイメージセンサ・アレイの構造を
示す図FIG. 1 is a diagram showing the structure of a conventional MOS image sensor array.
【図2】本発明に係るイメージセンサの画素の第1の実
施例を説明するための図であり、(A)は画素を示す
図、(B)は(A)に示す画素のスイッチング動作のタ
イム・チャートを示す図FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining a first embodiment of a pixel of the image sensor according to the present invention, wherein FIG. 2A is a diagram illustrating a pixel, and FIG. Diagram showing time chart
【図3】本発明に係るイメージセンサの画素の第2の実
施例を示す図FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the pixel of the image sensor according to the present invention.
【図4】本発明に係るイメージセンサの画素の第3の実
施例を示す図FIG. 4 is a diagram showing a third embodiment of the pixel of the image sensor according to the present invention;
【図5】本発明に係るイメージセンサの画素の第4の実
施例を示す図FIG. 5 is a diagram showing a fourth embodiment of the pixel of the image sensor according to the present invention.
【図6】本発明に係るイメージセンサの画素の第5の実
施例を示す図FIG. 6 is a diagram showing a fifth embodiment of the pixel of the image sensor according to the present invention.
【図7】本発明に係るイメージセンサの画素の第6の実
施例を示す図FIG. 7 is a diagram showing a sixth embodiment of the pixel of the image sensor according to the present invention.
【図8】本発明に係るイメージセンサの画素の第7の実
施例を示す図FIG. 8 is a diagram showing a seventh embodiment of the pixel of the image sensor according to the present invention.
【図9】本発明に係るイメージセンサの画素の第8の実
施例を示す図FIG. 9 is a diagram showing an eighth embodiment of the pixel of the image sensor according to the present invention.
【図10】本発明に係るイメージセンサの画素の第9の
実施例を説明するための図であり、(A)は画素を示す
図、(B)は(A)に示す画素の動作のタイム・チャー
トを示す図10A and 10B are diagrams for explaining a ninth embodiment of the pixel of the image sensor according to the present invention, wherein FIG. 10A is a diagram illustrating a pixel, and FIG.・ Figure showing chart
【図11】本発明に係るイメージセンサの画素の第10
の実施例を説明するための図であり、(A)は画素を示
す図、(B)は(A)に示す画素の動作のタイム・チャ
ートを示す図FIG. 11 illustrates a tenth pixel of the image sensor according to the present invention.
FIGS. 3A and 3B are diagrams for explaining the embodiment of FIG. 3A, and FIG. 3A is a diagram illustrating a pixel, and FIG.
10 光記憶セル 11 上部層 12 下部層 20,25,40, MOSトランジスタ 30 キャパシタ 35,45,55 ホトダイオード 50 ダイオード 60 増幅トランジスタ 80 補正回路 81,82 演算増幅器 B.L ビットライン SH 抽出保持スイッチ RST リセット・スイッチ D ドレイン S ソース C1,C2,C3 キャパシタ D1 等価ダイオード Dec 補償ダイオードReference Signs List 10 optical storage cell 11 upper layer 12 lower layer 20, 25, 40, MOS transistor 30 capacitor 35, 45, 55 photodiode 50 diode 60 amplifying transistor 80 correction circuit 81, 82 operational amplifier B. L Bit line SH Extraction holding switch RST Reset switch D Drain S Source C1, C2, C3 Capacitor D1 Equivalent diode Dec Compensation diode
─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成12年5月1日(2000.5.1)[Submission date] May 1, 2000 (2000.5.1)
【手続補正1】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【特許請求の範囲】[Claims]
【手続補正2】[Procedure amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0021[Correction target item name] 0021
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0021】外部の光が下部層12に入射すると、下部
層12は光を感知して負の電荷eーを発生する。下部層
12は、リセット・スイッチRSTを介して基準電圧V
1の端子に接続されている。上部層11は、イメージセ
ンサのビットラインB.Lに接続されている。リセッ
ト、感知、電荷の蓄積、及び電荷の出力のような画素の
動作は、スイッチSH,RSTのオン・オフを制御する
ことにより連続して実行することができる。[0021] external light is incident on the lower layer 12, the lower layer 12 generates a negative charge e over senses the light. The lower layer 12 receives the reference voltage V through a reset switch RST.
1 terminal. The upper layer 11 includes a bit line B.I. L. Pixel operations such as reset, sensing, charge accumulation, and charge output can be performed continuously by controlling the on / off of the switches SH, RST.
Claims (13)
と、それぞれが列内の複数の画素に接続された複数のワ
ードラインと、それぞれが行内の複数の画素に接続され
た複数のビットラインと、水平走査回路と、前記画素を
走査する垂直走査回路とを含み、各画素は、 蓄積電荷を発生すべく光を感知する下部層を有すると共
に、前記下部層に発生された電荷に対応する電荷を誘起
して誘起電荷を蓄積する上部層を有する光記憶セルと、
前記光記憶セルの上部層に接続されて前記誘起電荷を出
力する抽出保持スイッチとを含み、 前記リセット・スイッチ及び前記抽出保持スイッチが先
ず前記光記憶セルをリセットすべく閉じられ、次いで光
記憶セルの下部層が光を感知して電荷を発生すべく浮き
上がって対応する電荷が前記上部層に誘起されるように
前記リセット・スイッチが閉じられ、前記リセット・ス
イッチが閉じられかつ前記抽出保持スイッチが開放され
て前記上部層が前記誘起電荷を記憶すべく浮き上がり、
最後に前記抽出保持スイッチが前記記憶電荷を出力すべ
く再度閉じられる、イメージセンサ。1. A pixel array arranged in rows and columns, a plurality of word lines each connected to a plurality of pixels in a column, and a plurality of bits each connected to a plurality of pixels in a row. A line, a horizontal scanning circuit, and a vertical scanning circuit for scanning the pixel, wherein each pixel has a lower layer for sensing light to generate an accumulated charge, and corresponds to the charge generated in the lower layer. An optical storage cell having an upper layer that induces a charge to accumulate and accumulates the induced charge;
An extraction and holding switch connected to an upper layer of the optical storage cell for outputting the induced charge, wherein the reset switch and the extraction and holding switch are first closed to reset the optical storage cell, and then the optical storage cell The reset switch is closed, the reset switch is closed, and the extract and hold switch is closed so that the lower layer of the sensor floats to generate light upon sensing light and a corresponding charge is induced in the upper layer. Being released, the upper layer lifts up to store the induced charge,
Finally, the extract and hold switch is closed again to output the stored charge.
ら製作されている、請求項1に記載のイメージセンサ。2. The image sensor according to claim 1, wherein an upper layer of the optical storage cell is made of a conductive material.
請求項2に記載のイメージセンサ。3. An upper layer of the optical storage cell is transparent.
The image sensor according to claim 2.
から製作されている、請求項3に記載のイメージセン
サ。4. The image sensor according to claim 3, wherein the upper layer of the optical storage cell is made of polysilicon.
から製作されている、請求項2に記載のイメージセン
サ。5. The image sensor according to claim 2, wherein the upper layer of the optical storage cell is made of polysilicon.
ゲート及び前記下部層としてのシリコン基体を有するM
OSトランジスタである、請求項1に記載のイメージセ
ンサ。6. The optical storage cell according to claim 1, further comprising a gate as the upper layer and a silicon substrate as the lower layer.
The image sensor according to claim 1, wherein the image sensor is an OS transistor.
レインは前記下部層の電極接続部を形成すべく互いに接
続されている、請求項6に記載のイメージセンサ。7. The image sensor according to claim 6, wherein a source and a drain of the MOS transistor are connected to each other to form an electrode connection of the lower layer.
レインは前記下部層の電極接続部を形成すべく前記基体
に接続されている、請求項6に記載のイメージセンサ。8. The image sensor according to claim 6, wherein a source and a drain of the MOS transistor are connected to the base to form an electrode connection of the lower layer.
たキャパシタ及びホトダイオードから構成されている、
請求項1に記載のイメージセンサ。9. The optical storage cell includes a capacitor and a photodiode connected in series to each other.
The image sensor according to claim 1.
れたMOSトランジスタ及びホトダイオードからから構
成されている、請求項1に記載のイメージセンサ。10. The image sensor according to claim 1, wherein said optical storage cell comprises a MOS transistor and a photodiode connected in series to each other.
れたダイオード及びホトダイオードから構成されてい
る、請求項1に記載のイメージセンサ。11. The image sensor according to claim 1, wherein the optical storage cell includes a diode and a photodiode connected in series to each other.
保持スイッチ間に接続された増幅トランジスタを含む、
請求項1に記載のイメージセンサ。12. An amplifier transistor connected between the optical storage cell and the extraction holding switch.
The image sensor according to claim 1.
された補償ダイオードを含み、前記補償ダイオードは前
記光記憶セルの端子電圧及び等価キャパシタンスに等し
い端子電圧及びキャパシタンスを有する、請求項1に記
載のイメージセンサ。13. The image of claim 1, further comprising a compensating diode connected to said extract and hold switch, said compensating diode having a terminal voltage and a capacitance equal to a terminal voltage and an equivalent capacitance of said optical storage cell. Sensor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11047062A JP3089238B2 (en) | 1999-02-24 | 1999-02-24 | Image sensor with electronic shutter function |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11047062A JP3089238B2 (en) | 1999-02-24 | 1999-02-24 | Image sensor with electronic shutter function |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000208751A true JP2000208751A (en) | 2000-07-28 |
| JP3089238B2 JP3089238B2 (en) | 2000-09-18 |
Family
ID=12764680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11047062A Expired - Fee Related JP3089238B2 (en) | 1999-02-24 | 1999-02-24 | Image sensor with electronic shutter function |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3089238B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6542190B1 (en) * | 1999-01-12 | 2003-04-01 | Silicon Tough Technology Inc. | Image sensor with function of electronic shutter |
-
1999
- 1999-02-24 JP JP11047062A patent/JP3089238B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6542190B1 (en) * | 1999-01-12 | 2003-04-01 | Silicon Tough Technology Inc. | Image sensor with function of electronic shutter |
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| JP3089238B2 (en) | 2000-09-18 |
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