JP2000228710A - Image sensor - Google Patents

Image sensor

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JP2000228710A
JP2000228710A JP11028391A JP2839199A JP2000228710A JP 2000228710 A JP2000228710 A JP 2000228710A JP 11028391 A JP11028391 A JP 11028391A JP 2839199 A JP2839199 A JP 2839199A JP 2000228710 A JP2000228710 A JP 2000228710A
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JP
Japan
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monitor
light
time
charge
period
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JP11028391A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Sasaki
雅浩 佐々木
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the linearity of an automatic gain control(AGC) function with respect to time and a luminous quantity by resetting unnecessary storage charges of a luminous quantity monitor at an increased time from an unsaturated state of a floating diffusion amplifier FDA in the FDA, which uses a time for an integration time of charges for a photo sensor to detect the luminous quantity, that is, the time interval when the storage unnecessary charges of the floating diffusion amplifier FDA receiving a high level voltage to a reset gate RSG in advance are reset until the FDA stores charges through the reception of light with a mean luminous quantity, the monitor output decreases and a level at a point A of a comparator is lower than an AGC level. SOLUTION: A signal applied to a reset gate RSG of a luminous quantity monitor is used for an RSG control signal 53 generated by a D flip-flop 18 in place of a conventional ICG control signal 50 whose high level pulse width is 150 μs to reset the storage unnecessary charges of photo sensors 11-1n and the applied voltage to the reset gate RSG is set to a high level at all times except for the integration time.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、1次元あるいは2
次元のアレイ状に配置され、それぞれ当該場所の光の明
るさ(照度,あるいは輝度ともいうが、以下では統一し
て光量という)に相当する電荷量を蓄積(積分)し、こ
の蓄積された信号電荷がCCD(Charge Cou
pled Device:電荷結合デバイスの略)など
のシフトレジスタ状の読出し手段によって読み出され
る、フォトダイオードなどからなる複数の光電変換素子
(以下光センサ、または単にセンサ、あるいは画素とい
う)と、光センサの信号電荷の積分時間を制御するため
に、複数の光センサが受光する平均の光量の光を受光す
るように配置された光量モニタとを備えた、例えばファ
クシミリ,ビデオカメラなどに用いられる固体撮像デバ
イスとしてのイメージセンサであって、特に光量モニタ
のモニタ動作前の蓄積不要電荷を極力排出する機能を備
え、光量検出特性の線型性を高めるようにしたイメージ
センサに関する。なお以下各図において同一の符号は同
一もしくは相当部分を示す。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention
It is arranged in a two-dimensional array, and accumulates (integrates) the amount of electric charge corresponding to the brightness of light (also referred to as illuminance or luminance, hereinafter, referred to as the amount of light) at each location. Charge is CCD (Charge Cou)
A plurality of photoelectric conversion elements (hereinafter, referred to as an optical sensor or simply a sensor or a pixel) including photodiodes and the like, which are read by a shift register-like reading means such as a pleated device (abbreviation of a charge coupled device), and a signal of the optical sensor As a solid-state imaging device used for, for example, a facsimile, a video camera, and the like, including a light amount monitor arranged to receive an average amount of light received by a plurality of optical sensors in order to control an integration time of electric charges. In particular, the present invention relates to an image sensor having a function of discharging unnecessary unnecessary charges before a monitor operation of a light amount monitor as much as possible to enhance the linearity of a light amount detection characteristic. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種のイメージセンサでは、光量モニ
タを用いた自動利得制御(AutoGain Cont
rol:略してAGCという)回路により、被写体の輝
度差が顕著な場合にも光センサ(画素)の出力レベルを
最適化するようにしている。
2. Description of the Related Art In an image sensor of this kind, automatic gain control (AutoGain Cont.
The control circuit optimizes the output level of the optical sensor (pixel) even when the luminance difference of the subject is significant.

【0003】図4はライン状に並ぶ例えば256個の光
センサと、光量モニタからなる1次元のイメージセンサ
(以下ラインセンサという)01における従来の自動利
得制御回路(以下AGC回路という)の構成例を示し、
図6は図4の要部の動作シーケンスを示す。
FIG. 4 shows a configuration example of a conventional automatic gain control circuit (hereinafter referred to as an AGC circuit) in a one-dimensional image sensor (hereinafter referred to as a line sensor) 01 comprising, for example, 256 light sensors arranged in a line and a light amount monitor. Indicates that
FIG. 6 shows an operation sequence of the main part of FIG.

【0004】図4において、1(11 ,12 ・・・
n )は横一列に並び、それぞれ受光光量に相当する電
荷を蓄積(積分)して出力する複数の画素としての光セ
ンサ、11はこの複数の画素1に照射される光の平均の
光量の光を受光する光量モニタで、光量モニタ11の受
光部(モニタ受光部)としてのフォトダイオードPDは
光センサ1の列に沿い、複数個分の光センサ1の受光部
(画素受光部)としてのフォトダイオードPDに対応す
るように配置されている。
In FIG. 4, 1 (1 1 , 1 2 ...)
1 n ) are arranged in a horizontal line, each of which is an optical sensor as a plurality of pixels that accumulates (integrates) and outputs a charge corresponding to the amount of received light, and 11 denotes an average light amount of light applied to the plurality of pixels 1. In the light amount monitor for receiving light, a photodiode PD as a light receiving unit (monitor light receiving unit) of the light amount monitor 11 is arranged along a row of the optical sensors 1 and serves as a light receiving unit (pixel light receiving unit) of a plurality of optical sensors 1. It is arranged so as to correspond to the photodiode PD.

【0005】2は各光センサ11 〜1n の移送ゲートT
Gから出力され、光センサ11 〜1 n を結んで形成され
たシフトレジスタ状のCCDを介して移送された信号電
荷を検出するための出力部で、この出力部2には光量モ
ニタ11側と同様に、後述するフローティングディフュ
ージョンアンプ(以下浮動拡散増幅器と呼ぶ)FDAと
ソースフォロアSFが設けられている。
[0005] 2 is each optical sensor 11~ 1nTransfer gate T
G is output from the optical sensor 11~ 1 nFormed by tying
Signal transferred through a shift register CCD
An output unit for detecting a load.
Similar to the niter 11 side, a floating diffuser described later
Version amplifier (hereinafter referred to as floating diffusion amplifier) FDA
A source follower SF is provided.

【0006】51は光量モニタ11側のソースフォロア
SFを介し、低出力インピーダンスで、且つレベルをシ
フトして取り出された、光量モニタ11の浮動拡散増幅
器FDAの蓄積電荷の電位を表すモニタ出力、15はコ
ンデンサCを経たモニタ出力51をAGCレベルVrと
比較するコンパレータ、16は次に述べるICG制御信
号50とコンパレータ15の出力とを入力としてレベル
判定信号52を出力するNORゲート、21はレベル判
定信号52とICG制御信号50からBG制御信号54
を生成するD形フリップフロップ(D−FFと略記す
る)である。
Reference numeral 51 denotes a monitor output which indicates the potential of the accumulated charge of the floating diffusion amplifier FDA of the light amount monitor 11 which has been taken out through the source follower SF of the light amount monitor 11 with a low output impedance and a level shift. Is a comparator for comparing the monitor output 51 passed through the capacitor C with the AGC level Vr, 16 is a NOR gate which outputs an ICG control signal 50 and an output of the comparator 15 and outputs a level determination signal 52, and 21 is a level determination signal 52 and the BG control signal 54 from the ICG control signal 50
Is a D-type flip-flop (abbreviated as D-FF).

【0007】なお、図6にも示すように、前記ICG制
御信号50は被写体の像を検出する際に、先ず発せられ
る積分開始命令に基づき、図外の手段から一定時間(こ
の例では150μs)、各光センサ11 〜1n の後述の
積分クリアゲートICGや光量モニタ11のリセットゲ
ートRSGにHi(5V)レベルで印加される。
As shown in FIG. 6, when detecting an image of a subject, the ICG control signal 50 is supplied for a predetermined period of time (150 μs in this example) from an unshown means based on an integration start command issued first. , applied at Hi (5V) level to the reset gate RSG of accumulation clear gate ICG and intensity monitor 11 described later of the optical sensor 1 1 to 1 n.

【0008】また、前記レベル判定信号52は光量モニ
タ11の後述のモニタ動作によって定まる積分時間(光
センサ1が受光光量に相当する電荷を蓄積する時間)の
間、Hi(5V)として生成される。
The level determination signal 52 is generated as Hi (5 V) during an integration time (time during which the optical sensor 1 accumulates a charge corresponding to the amount of received light) determined by a monitoring operation of the light amount monitor 11 described later. .

【0009】また、前記BG制御信号54はD−FF2
1の反転出力端子QBから出力され、前記積分開始命令
の出力時点から積分時間の終了時点まで、各光センサ1
1 〜1n の後述のバリアゲートBGにHi(1V)とし
て印加される。
Further, the BG control signal 54 is a D-FF2
1 is output from the inverted output terminal QB of each optical sensor 1 from the output point of the integration start command to the end point of the integration time.
The voltage is applied as Hi (1 V) to the barrier gates BG of 1 to 1 n to be described later.

【0010】なお、D−FF21には、そのリセット端
子RBにICG制御信号50をインバータ20によって
反転した信号が、データ入力端子Dに5V(Hiレベ
ル)が、また立上がりエッジのクロック端子にレベル判
定信号52をインバータ20によって反転した信号がそ
れぞれ入力される。
In the D-FF 21, a signal obtained by inverting the ICG control signal 50 by the inverter 20 at its reset terminal RB, 5V (Hi level) at its data input terminal D, and level determination at its rising edge clock terminal. Signals obtained by inverting the signal 52 by the inverter 20 are input.

【0011】図4のAGC回路は、光量モニタ11を介
しモニタされた平均光量に応じて、光センサ1がその受
光光量を検出するための電荷積分時間を自動的に可変制
御するが、このAGC回路の細部の動作を述べる前に、
光センサ1と光量モニタ11の構成並びに動作の原理を
説明する。
The AGC circuit shown in FIG. 4 automatically and variably controls the charge integration time for the optical sensor 1 to detect the amount of received light in accordance with the average amount of light monitored via the light amount monitor 11. Before discussing the details of the circuit,
The configuration of the optical sensor 1 and the light amount monitor 11 and the principle of operation will be described.

【0012】図8は光センサ(画素)1の説明図で、同
図(a)は1画素分の光センサ1の半導体としての構成
を示し、同図(b)はこの光センサ1内の電荷集積ゲー
トSTGの周辺のポテンシャルφ(ここでは電子の量子
力学上のエネルギレベルを指す。)の分布を示す。
FIG. 8 is an explanatory view of the optical sensor (pixel) 1. FIG. 8A shows the configuration of the optical sensor 1 for one pixel as a semiconductor, and FIG. The distribution of the potential φ (here, indicating the quantum mechanical energy level of electrons) around the charge accumulation gate STG is shown.

【0013】図8(a)において、光センサ1は上から
順にオーバフロードレインOFD、オーバフローゲート
OFG、画素受光部としてのフォトダイオードPD、バ
リアゲートBG、積分クリアゲートICGと積分クリア
ドレインICDとが付設された電荷蓄積ゲートSTG、
移送ゲートTG、及び左右方向に直列に接続された4つ
の電荷結合デバイスゲート(CCDゲートとも記す)C
CDG1〜CCDG4からなる。
In FIG. 8A, an optical sensor 1 is provided with an overflow drain OFD, an overflow gate OFG, a photodiode PD as a pixel light receiving section, a barrier gate BG, an integral clear gate ICG, and an integral clear drain ICD in order from the top. Charge storage gate STG,
A transfer gate TG and four charge-coupled device gates (also referred to as CCD gates) C connected in series in the left-right direction
It consists of CDG1 to CCDG4.

【0014】なお、電荷結合デバイスゲートCCDG1
は、その上端がこの光センサ1の移送ゲートTGに結合
されており、またこの光センサ1が画素配列上の端部に
位置しなければ、この電荷結合デバイスゲートCCDG
1は左に隣接する図外の光センサ1の電荷結合デバイス
ゲートCCDG4と、また図の電荷結合デバイスゲート
CCDG4は右に隣接する図外の光センサ1の電荷結合
デバイスゲートCCDG1と、それぞれ直列に結合され
ている。
The charge coupled device gate CCDG1
Has its upper end coupled to the transfer gate TG of the photosensor 1 and, if the photosensor 1 is not located at the end on the pixel array, the charge coupled device gate CCDG
Reference numeral 1 denotes a charge-coupled device gate CCDG4 of the optical sensor 1 (not shown) adjacent to the left, and the charge-coupled device gate CCDG4 of the drawing is serially connected to a charge-coupled device gate CCDG1 of the optical sensor 1 (not shown) adjacent to the right. Are combined.

【0015】このようにして、光センサ1の1画素分ご
との電荷結合デバイスゲートCCDG1〜CCDG4
が、ラインセンサ01の全画素11 〜1n の分、順次直
列に結合されて電荷移送用の前述のシフトレジスタ状の
CCDを構成している。
In this manner, the charge-coupled device gates CCDG1-CCDG4 for each pixel of the optical sensor 1 are provided.
But minute all the pixels 1 1 to 1 n of the line sensor 01 constitutes the aforementioned shift register like CCD for charge transfer are coupled successively in series.

【0016】なお、この例ではオーバフロードレインO
FDに7V、オーバフローゲートOFGに0.5V、電
荷蓄積ゲートSTGに3V、積分クリアドレインICD
に7Vが、それぞれ印加されている。
In this example, the overflow drain O
7V to FD, 0.5V to overflow gate OFG, 3V to charge storage gate STG, integral clear drain ICD
7V is applied to each.

【0017】また、バリアゲートBGには1Vと0Vに
変化する前述のBG制御信号54が、積分クリアゲート
ICGには5Vと0Vに変化する前述のICG制御信号
50が、それぞれ印加される。
The BG control signal 54 changing to 1V and 0V is applied to the barrier gate BG, and the ICG control signal 50 changing to 5V and 0V is applied to the integral clear gate ICG, respectively.

【0018】なお、移送ゲートTG及び電荷結合デバイ
スゲートCCDG1〜CCDG4には、信号電荷を移送
するたびに、それぞれ5Vと0Vに交番変化する図外の
信号が印加される。
Each time a signal charge is transferred, a signal (not shown) which alternates between 5V and 0V is applied to the transfer gate TG and the charge-coupled device gates CCDG1 to CCDG4.

【0019】次に図8(b)を参照しつつ、光センサ1
の動作原理を説明する。画素受光部となるフォトダイオ
ードPDは、被写体から反射される光を受光して光電変
換する。積分開始命令が発せられると、一定時間、光セ
ンサ1内の不要電荷が排出されたのち、フォトダイオー
ドPDにより光電変換された信号電荷が、光量モニタ1
1の動作によりAGC回路によって指示される積分時間
中、電荷蓄積ゲートSTGに蓄積される。
Next, referring to FIG.
The operation principle of will be described. A photodiode PD serving as a pixel light receiving unit receives light reflected from a subject and performs photoelectric conversion. When the integration start command is issued, after the unnecessary charge in the optical sensor 1 is discharged for a certain period of time, the signal charge photoelectrically converted by the photodiode PD is changed to the light amount monitor 1.
By the operation 1, the charge is accumulated in the charge accumulation gate STG during the integration time specified by the AGC circuit.

【0020】蓄積された信号電荷は、移送ゲートTGを
経て電荷結合デバイスゲートCCDG1に移送され、 さ
らに前述したCCDによって、ラインセンサの端の画素
から順番に図4の出力部2に移送される。こうして移送
された信号電荷は、出力部2に設けられた浮動拡散増幅
器FDAで電圧信号に変換され、ソースフォロアSFを
経て画素信号5として出力される。
The accumulated signal charges are transferred to the charge-coupled device gate CCDG1 via the transfer gate TG, and further transferred to the output unit 2 in FIG. 4 in order from the pixel at the end of the line sensor by the above-mentioned CCD. The transferred signal charges are converted into voltage signals by the floating diffusion amplifier FDA provided in the output unit 2 and output as pixel signals 5 via the source follower SF.

【0021】光センサ1の上述の積分動作および積分動
作前の不要電荷の排出動作は、バリアゲートBGと積分
クリアゲ−トICGを開閉することによって、次のよう
に制御される。
The above-described integration operation of the optical sensor 1 and the operation of discharging unnecessary charges before the integration operation are controlled as follows by opening and closing the barrier gate BG and the integration clear gate ICG.

【0022】まず積分開始命令に基づいて、バリアゲー
トBGにHi(1V)のBG制御信号54が、また積分
クリアゲ−トICGにHi(5V)のICG制御信号5
0がそれぞれ印加されると、 バリアゲートBG下と積分
クリアゲ−トICG下のポテンシヤルφが下がり、フォ
トダイオードPDから電荷蓄積ゲートSTGに、電荷蓄
積ゲートSTGから積分クリアドレインICDに信号電
荷が流入し始める。
First, based on the integration start command, the BG control signal 54 of Hi (1 V) is applied to the barrier gate BG, and the ICG control signal 5 of Hi (5 V) is applied to the integration clear gate ICG.
When 0 is applied, the potential φ below the barrier gate BG and the potential below the integration clear gate ICG decreases, and signal charges flow from the photodiode PD to the charge storage gate STG and from the charge storage gate STG to the integration clear drain ICD. start.

【0023】その後、 フォトダイオードPDのポテンシ
ャルφはバリアゲートBG下のポテンシャルに一致し、
電荷蓄積ゲートSTG内の不要電荷は全て排出され、積
分動作前のリセットは完了する。
Thereafter, the potential φ of the photodiode PD matches the potential under the barrier gate BG,
All unnecessary charges in the charge storage gate STG are discharged, and the reset before the integration operation is completed.

【0024】次に、BG制御信号54はHiのままで、
ICG制御信号50がLo(0V)になると、電荷蓄積
ゲートSTGから積分クリアドレインICDへの電荷の
流入は止まり、電荷蓄積ゲートSTGに信号電荷が蓄積
する。
Next, the BG control signal 54 remains Hi,
When the ICG control signal 50 becomes Lo (0 V), the flow of charges from the charge storage gate STG to the integration clear drain ICD stops, and signal charges are stored in the charge storage gate STG.

【0025】光量モニタ11の動作によって定まる積分
時間が経過し、BG制御信号54がLo(0V)になる
と、フォトダイオードPDから電荷蓄積ゲートSTGへ
の電荷の流入は止み、積分動作も終了する。こうして電
荷蓄積ゲートSTGに蓄積された信号電荷は、前述のよ
うに移送ゲートTGとCCDを介して出力部2へ移送さ
れる。
When the integration time determined by the operation of the light amount monitor 11 elapses and the BG control signal 54 becomes Lo (0 V), the flow of charges from the photodiode PD to the charge storage gate STG stops, and the integration operation ends. The signal charges thus accumulated in the charge accumulation gate STG are transferred to the output unit 2 via the transfer gate TG and the CCD as described above.

【0026】図7は光量モニタ11の説明図で、同図
(a)は光量モニタの半導体としての構成を示し、同図
(b)は光量モニタ内のポテンシャルφの分布を示す。
図7(a)において、光量モニタ11は左から順にオー
バフロードレインOFD、オーバフローゲートOFG、
モニタ受光部としてのフォトダイオードPD、出力ゲー
トOG、浮動拡散増幅器FDA、リセットゲートRS
G、リセットドレインRSDからなる。
7A and 7B are explanatory diagrams of the light amount monitor 11, wherein FIG. 7A shows the configuration of the light amount monitor as a semiconductor, and FIG. 7B shows the distribution of the potential φ in the light amount monitor.
7A, the light amount monitor 11 includes an overflow drain OFD, an overflow gate OFG,
Photodiode PD as monitor light receiving unit, output gate OG, floating diffusion amplifier FDA, reset gate RS
G, a reset drain RSD.

【0027】そして、この例では光量モニタ1の両端と
なるオーバフロードレインOFDとリセットドレインR
SDの夫々の端部には7Vが印加され、オーバフローゲ
ートOFGには0.5Vが、出力ゲートOGには1Vが
夫々印加されている。
In this example, the overflow drain OFD and the reset drain R which are both ends of the light amount monitor 1 are provided.
7 V is applied to each end of the SD, 0.5 V is applied to the overflow gate OFG, and 1 V is applied to the output gate OG.

【0028】また、リセットゲートRSGには、従来の
場合、光量モニタ11のリセット用に、前述したICG
制御信号50(5Vと0Vに変化)が印加される。な
お、浮動拡散増幅器FDAの電位は、ソースフォロアS
Fを介し、モニタ出力51として取り出される。
In the conventional case, the reset gate RSG is used for resetting the light amount monitor 11 by the above-described ICG.
A control signal 50 (change between 5V and 0V) is applied. Note that the potential of the floating diffusion amplifier FDA is equal to the source follower S
It is taken out as a monitor output 51 via F.

【0029】次に図7(b)を参照しつつ、光量モニタ
11の動作原理を説明する。ICG制御信号50を介し
てリセットゲートRSGに5Vを印加すると、リセット
ゲートRSG下のポテンシャルが下がり、浮動拡散増幅
器FDA内に蓄積されている電子からなる不要電荷はリ
セットドレインRSD側に引き込まれる。
Next, the operation principle of the light amount monitor 11 will be described with reference to FIG. When 5 V is applied to the reset gate RSG via the ICG control signal 50, the potential under the reset gate RSG decreases, and unnecessary charges composed of electrons accumulated in the floating diffusion amplifier FDA are drawn to the reset drain RSD.

【0030】なお、この不要電荷は主としてこの時まで
にフォトダイオードPDから出力ゲートOGを越えて浮
動拡散増幅器FDA内に流入した電子からなるが、この
ほか僅かながら浮動拡散増幅器FDA自身内に発生した
電子も含んでいる。
The unnecessary charges mainly consist of electrons which have flowed from the photodiode PD through the output gate OG into the floating diffusion amplifier FDA up to this time, but also slightly generated in the floating diffusion amplifier FDA itself. Also includes electrons.

【0031】そして浮動拡散増幅器FDAのポテンシャ
ルφがリセットゲートRSG下のポテンシャル(図
(b)のFDAリセットレベル、この例では5V)に一
致し、且つフォトダイオードPDのポテンシャルφが出
力ゲートOG下のポテンシャルに一致して浮動拡散増幅
器FDAのリセットが完了する。
The potential φ of the floating diffusion amplifier FDA matches the potential below the reset gate RSG (the FDA reset level in FIG. 7B, 5 V in this example), and the potential φ of the photodiode PD falls below the output gate OG. The reset of the floating diffusion amplifier FDA is completed according to the potential.

【0032】次にICG制御信号50を介しリセットゲ
ートRSGの印加電圧を0Vにすると、リセットゲート
RSG下のポテンシャルφは上がり、浮動拡散増幅器F
DAからリセットドレインRSDへの電荷の排出は止ま
り、浮動拡散増幅器FDA内に電荷が溜まり始める。
Next, when the voltage applied to the reset gate RSG is set to 0 V via the ICG control signal 50, the potential φ under the reset gate RSG rises, and the floating diffusion amplifier F
The discharge of the charge from DA to the reset drain RSD stops, and the charge starts to accumulate in the floating diffusion amplifier FDA.

【0033】この電荷(電子)は浮動拡散増幅器FDA
のポテンシャルφを上げる(電位を下げる)ので浮動拡
散増幅器FDAのリセットレベル(5V)からの電位の
下降変化分(△V)がソースフォロアSFを介して電圧
出力信号としてのモニタ出力51となる。
This charge (electrons) is supplied to a floating diffusion amplifier FDA
Of the floating diffusion amplifier FDA is reduced (the potential is lowered), so that a change in the potential (ΔV) from the reset level (5 V) of the floating diffusion amplifier FDA becomes a monitor output 51 as a voltage output signal via the source follower SF.

【0034】図4のAGC回路の機能は、光センサ(画
素)1(11 〜1n )の電荷積分を開始させたのち、図
7の電位の変化分△Vに相当する信号と、予め設定した
AGCレベルVrとの大小関係を比較し、その大小関係
が変化した瞬間に電荷積分を停止させるように、光セン
サ11 〜1n の電荷積分動作を制御するものである。
The function of the AGC circuit shown in FIG. 4 is to start the charge integration of the optical sensor (pixel) 1 (1 1 to 1 n ), and then add a signal corresponding to the potential change ΔV in FIG. The magnitude relationship with the set AGC level Vr is compared, and the charge integration operation of the optical sensors 11 to 1 n is controlled so that the charge integration is stopped at the moment when the magnitude relationship changes.

【0035】図5は図4におけるコンパレータ15の
(−)入力端子のA点の電位の時間的推移を示す。次に
図5及び図6を参照しつつ、図4の動作を説明する。時
点t0において、積分開始命令が発令されると、光セン
サ11 〜1n の積分動作開始前150μsの積分クリア
時間Tcの間、光センサの積分クリアゲートICGに印
加される前述のICG制御信号50がHi(5V)とな
り、同時にICG制御信号50は光量モニタ11のリセ
ットゲートRSGに印加される。
FIG. 5 shows a temporal transition of the potential at the point A of the (-) input terminal of the comparator 15 in FIG. Next, the operation of FIG. 4 will be described with reference to FIGS. At time t0, the integration start instruction is issued, during the optical sensor 1 1 to 1 n integration operation before starting 150μs of accumulation clear time Tc, the above-mentioned ICG control signal applied to the integration clear gate ICG photosensor 50 becomes Hi (5 V), and at the same time, the ICG control signal 50 is applied to the reset gate RSG of the light amount monitor 11.

【0036】また、HiのICG制御信号50は、図4
のインバータ20を介してD−FF21をリセットする
ので、D−FF21の反転出力端子QBから光センサ1
1 〜1n のバリアゲートBGへ出力されるBG制御信号
54もHi(1V)になる。従って積分クリア時間Tc
の間、前述のように、光センサ11 〜1n 及び光量モニ
タ11内の蓄積不要電荷が排出されることになる。
The Hi ICG control signal 50 is shown in FIG.
The D-FF 21 is reset via the inverter 20 of FIG.
The BG control signal 54 output to the 1 to 1 n barrier gates BG also becomes Hi (1 V). Therefore, the integration clear time Tc
Between, as described above, accumulated unnecessary charge of the optical sensor 1 1 to 1 n and the light quantity monitor 11 is to be discharged.

【0037】また、積分クリア時間Tcの間、コンパレ
ータ15の(−)入力端子にはHiのICG制御信号5
0によって閉じられるスイッチS1を介して3Vが印加
される。他方、この間、光量モニタ11の浮動拡散増幅
器FDA内の不要電荷排出により、この増幅器FDAの
電位はリセットレベル(5V)になるので、容量Cに
は、FDAリセットレベルに対応するモニタ出力51の
レベル(この例では3.5V)と3Vとの差の電圧0.
5Vが充電される。
During the integration clear time Tc, the Hi-ICG control signal 5 is applied to the (−) input terminal of the comparator 15.
3V is applied via a switch S1 closed by 0. On the other hand, during this period, the potential of the amplifier FDA becomes the reset level (5 V) due to the discharge of unnecessary charges in the floating diffusion amplifier FDA of the light amount monitor 11, so that the capacitance C has the level of the monitor output 51 corresponding to the FDA reset level. (3.5V in this example) and a voltage of 0 V which is the difference between 3V and 3V.
5V is charged.

【0038】積分クリア時間Tcでの電荷排出後、時点
t1においてICG制御信号50がLo(0V、リセッ
ト解除)になると、コンパレータ15の(−)人力端子
のスイッチS1が切れ、同時に光量モニタ11の浮動拡
散増幅器FDAのリセットも終了し、光量モニタ11の
浮動拡散増幅器FDA内に電荷が蓄積し始め、この浮動
拡散増幅器FDAの電位、つまりモニタ出力51は下が
り始める。
When the ICG control signal 50 becomes Lo (0 V, reset release) at time t1 after discharging the electric charge during the integration clear time Tc, the switch S1 of the (-) human input terminal of the comparator 15 is turned off, and at the same time, the light amount monitor 11 is turned off. The resetting of the floating diffusion amplifier FDA is also terminated, and electric charge starts to be accumulated in the floating diffusion amplifier FDA of the light amount monitor 11, and the potential of the floating diffusion amplifier FDA, that is, the monitor output 51 starts to decrease.

【0039】なお、時点t1においてICG制御信号5
0がLoになると、D−FF21のクロック入力はNO
Rゲート16とインバータ19を介し立ち下がるが、こ
れはD−FF21の出力に影響を与えないので、BG制
御信号54はHiのままであり、光センサ11 〜1n
信号電荷の積分(蓄積)を開始する。
At time t1, the ICG control signal 5
When 0 becomes Lo, the clock input of the D-FF 21 becomes NO.
Falls through the R gate 16 and the inverter 19, but since this does not affect the output of the D-FF 21, BG control signal 54 remains Hi, optical sensor 1 1 to 1 n is the integral of the signal charges ( Storage).

【0040】光量モニタ11側に戻り、前記のようにモ
ニタ出力51が下がり始めることにより、コンパレータ
15の(−)入力端子のA点の電位は3Vから徐々に下
がり始め、A点の電位がコンパレータ15の(+)入力
端子に予め印加されているAGCレベルVr(この例で
は2.5Vまたは2.0V)よりも下がった時点t2
で、コンパレータ15の出力はLoレベルからHiレベ
ルに反転する。
Returning to the light amount monitor 11 side, as the monitor output 51 starts to decrease as described above, the potential at the point A of the (-) input terminal of the comparator 15 starts to gradually decrease from 3 V, and the potential at the point A decreases. Time t2 when the AGC level falls below the AGC level Vr (2.5 V or 2.0 V in this example) previously applied to the 15 (+) input terminals.
Then, the output of the comparator 15 is inverted from Lo level to Hi level.

【0041】これにより、NORゲート16とインバー
タ19を介し、Hi(5V)のデータを入力しているD
−FF21のクロック入力が立ち上がるので、D−FF
21の反転出力端子QB、従ってBG制御信号54はL
oとなり、光センサ11 〜1 n の信号電荷の積分は停止
される。
Thus, the NOR gate 16 and the invert
Inputting Hi (5 V) data through the
Since the clock input of -FF21 rises, D-FF
21, and the BG control signal 54 is L
o, optical sensor 11~ 1 nSignal charge integration stops
Is done.

【0042】なお、このリセット解除時点t1からコン
パレータ出力の反転時点t2までのモニタ動作時間Ti
においては、図4のNORゲート16の出力であるレベ
ル判定信号52はHiとなり、この時間Tiが同時に光
センサ11 〜1n の積分時間となる。
The monitor operation time Ti from the reset release time t1 to the inversion time t2 of the comparator output is Ti.
In FIG. 4, the level determination signal 52 which is the output of the NOR gate 16 in FIG. 4 becomes Hi, and this time Ti is simultaneously the integration time of the optical sensors 11 to 1 n .

【0043】従って、AGC機能が正常に動作するため
には、A点の電位、従ってモニタ出力51の変化が時間
に対しても、また光量モニタ11の受光の光量に対して
も線形でなければならない。換言すれば、モニタ出力5
1が同一光量の受光下では時間に比例して変化(下降)
し、また単位時間あたりでは受光光量に比例して変化
(下降)しなければならない。
Therefore, in order for the AGC function to operate normally, the potential of the point A, that is, the change of the monitor output 51 is not linear with respect to the time and the light quantity of the light received by the light quantity monitor 11. No. In other words, monitor output 5
1 changes in proportion to time under light reception of the same light amount (fall)
In addition, it must change (fall) in proportion to the amount of received light per unit time.

【0044】[0044]

【発明が解決しようとする課題】図9は光センサ(画
素)1の積分動作前の150μsの前記積分クリア時間
Tcにのみ、光量モニタ11の不要電荷排出を行った場
合における、AGC機能の線型性を示す特性図で、この
図はモニタ出力51のリセットレベルからの電位の時間
的推移を、光量モニタ部分の受光光量(照度)をパラメ
ータとして示す。
FIG. 9 shows a linear AGC function when the unnecessary light discharge of the light amount monitor 11 is performed only during the integration clear time Tc of 150 μs before the integration operation of the optical sensor (pixel) 1. This figure shows the temporal transition of the potential from the reset level of the monitor output 51 using the received light amount (illuminance) of the light amount monitor portion as a parameter.

【0045】なお、この図は光量モニタ11の浮動拡散
増幅器FDAの後段のソースフォロアSFの出力を直接
測定してモニタ出力51としているので、リセットレベ
ルがほぼ3.5Vになっており、このときのコンパレー
タ15の入力A点の電位は前述のように3Vである。
In this figure, since the output of the source follower SF at the subsequent stage of the floating diffusion amplifier FDA of the light amount monitor 11 is directly measured to be the monitor output 51, the reset level is approximately 3.5 V. The potential at the input point A of the comparator 15 is 3 V as described above.

【0046】前述の積分時間(レベル判定時間)Tiは
コンパレータ15の入力A点の電位が3VからAGCレ
ベルVr(2.5Vまたは2.0V)に下降するまでの
時間で、これを図9のモニタ出力51に換算すれば、モ
ニタ出力51が3.5Vから3.0Vまたは2.5Vに
下降するまでの時間になる。そして現実には、この積分
時間Tiの後、通常は、画素の信号電荷のCCDによる
移送時間等を含め、約4msを経て次回の積分開始命令
が発令される。
The above-mentioned integration time (level determination time) Ti is the time required for the potential at the input point A of the comparator 15 to drop from 3 V to the AGC level Vr (2.5 V or 2.0 V), and this is shown in FIG. In terms of the monitor output 51, this is the time required for the monitor output 51 to drop from 3.5V to 3.0V or 2.5V. Actually, after the integration time Ti, a next integration start command is normally issued after about 4 ms, including the transfer time of the signal charges of the pixels by the CCD.

【0047】この図から分かるように、光量が(2ルッ
クス程度までと)少なく、次回の積分開始命令が発令さ
れる迄にモニタ出力51の下降カーブが光量モニタ11
の浮動拡散増幅器FDAの飽和領域に達しない程度であ
れば、モニタ出力51の変化は線形であるが、光量が
(3ルックス以上と)多くなって、次回の積分開始命令
の発令迄にモニタ出力51の下降カーブが光量モニタ1
1の浮動拡散増幅器FDAの飽和領域に達する位になる
と、カーブ下降初期の積分時間Ti内であっても、モニ
タ出力51の変化が時間に対しても、光量レベルに対し
ても線型でなくなる(比例しなくなる)。
As can be seen from this figure, the amount of light is small (to about 2 lux) and the descending curve of the monitor output 51 changes until the next integration start command is issued.
If the floating output does not reach the saturation region of the floating diffusion amplifier FDA, the change of the monitor output 51 is linear, but the amount of light (3 lux or more) increases and the monitor output 51 is output before the next integration start command is issued. The descending curve of 51 is the light amount monitor 1
When it reaches the saturation region of the floating diffusion amplifier FDA of 1, the change of the monitor output 51 becomes non-linear with respect to time and light amount level even within the integration time Ti at the beginning of the curve descent ( No longer proportional).

【0048】これは、光量モニタ11の浮動拡散増幅器
FDAが飽和している場合、150μsの積分クリア時
間Tcでは、この浮動拡散増幅器FDAの不要電荷の排
出が完全に行われないことを示している。
This indicates that when the floating diffusion amplifier FDA of the light amount monitor 11 is saturated, the unnecessary charge of the floating diffusion amplifier FDA is not completely discharged in the integration clear time Tc of 150 μs. .

【0049】このように従来は、光センサ1の積分動作
が完了しても次の積分開始命令が発令されない限り、光
量モニタ11の浮動拡散増幅器FDAがリセットされな
いので、この浮動拡散増幅器FDAに必要以上に電荷が
蓄積してしまい、しかも、イメージセンサが周期的に画
像情報を取り込むサンプリング時間の制限から、画素の
積分動作前の150μs間しか電荷排出動作をしていな
いため、光量モニタ11の浮動拡散増幅器FDAの電荷
排出が完全に行われず、モニタ出力51の電位変化の線
形性が悪くなっており、AGC機能が正常に動作しなか
った。
As described above, conventionally, even if the integration operation of the optical sensor 1 is completed, the floating diffusion amplifier FDA of the light amount monitor 11 is not reset unless the next integration start command is issued. Since the charge is accumulated as described above and the sampling time for the image sensor to periodically take in the image information is limited, the charge discharging operation is performed only for 150 μs before the pixel integrating operation. The charge was not completely discharged from the diffusion amplifier FDA, the linearity of the potential change of the monitor output 51 was deteriorated, and the AGC function did not operate normally.

【0050】そこで本発明はこの問題を解消し、サンプ
リング時間を変えることなくモニタ出力の変化を時間に
対しても受光光量に対しても線形にして、AGC機能が
正常に動作するようなイメージセンサを提供することを
課題とする。
Therefore, the present invention solves this problem, and makes the change in monitor output linear with respect to time and the amount of received light without changing the sampling time so that the AGC function can operate normally. The task is to provide

【0051】[0051]

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、請求項1のイメージセンサは、それぞれ画素とな
る複数の光センサ(11 〜1n )と、この複数の光セン
サが受光する光の平均の光量の光を受光する光量モニタ
(11)とを持ち、光量を検出すべき旨の指令(積分開
始命令)に基づき、各光センサは、第1の期間(積分ク
リア時間Tc)、(HiのBG制御信号54がバリアゲ
ートBGに、HiのICG制御信号50が積分クリアゲ
ートICGに夫々印加されることにより)当該センサに
蓄積された不要電荷が排出されたのち、(ICG制御信
号50がLoとなることで)引き続いて期間の終了時点
が(BG制御信号54をLoとして)指示される第2の
期間(画素積分時間Ti)、受光によって新たに当該セ
ンサに発生する電荷を蓄積し、この電荷の蓄積量が(画
素信号5として)当該センサの受光の光量として検出さ
れ、同じく前記指令に基づき、光量モニタは、前記第1
の期間、(リセットゲートRSGに、HiのICG制御
信号50などが印加されることにより)当該モニタに蓄
積された不要電荷が排出されたのち、(リセットゲート
RSGの印加信号をLoとして)引き続き受光によって
新たに当該モニタに発生する電荷を蓄積し、この電荷の
蓄積量(を表すモニタ出力51によって変化するコンパ
レータ15の入力A点の電位)が所定値(AGCレベル
Vr)に到達した時点が前記第2の期間の終了時点とし
て検出されるようなイメージセンサ(ラインセンサ01
など)において、(リセットゲートRSGに、ICG制
御信号50の代わりに)前記第1,第2の期間以外に
(HiのRSG制御信号53を印加することにより)光
量モニタの不要電荷を排出する光量モニタ電荷排出手段
を備えたものとする。
In order to solve the above problems BRIEF SUMMARY OF THE INVENTION The image sensor of claim 1 includes a plurality of light sensors comprising a pixel, respectively (1 1 to 1 n), the plurality of light sensors receiving Each light sensor has a light amount monitor (11) for receiving an average amount of light to be emitted, and based on a command (integration start command) to detect the light amount, each optical sensor performs a first period (integration clear time Tc). Unnecessary charges accumulated in the sensor are discharged (by applying the BG control signal 54 of Hi to the barrier gate BG and the ICG control signal 50 of Hi to the integration clear gate ICG). Subsequently, in the second period (pixel integration time Ti) in which the end point of the period is instructed (by setting the BG control signal 54 to Lo) when the control signal 50 becomes Lo, the electric power newly generated in the sensor by the light reception. Accumulated, the accumulation amount of the charge is detected as a light quantity of light received (as a pixel signal 5) the sensor, likewise on the basis of the instruction, the light quantity monitor, the first
After the unnecessary charge accumulated in the monitor is discharged (by applying the ICG control signal 50 of Hi or the like to the reset gate RSG) during the period of (3), the light is continuously received (the applied signal of the reset gate RSG is set to Lo). This causes the monitor to newly accumulate the electric charge generated in the monitor. The time when the accumulated amount of the electric charge (the potential at the input A point of the comparator 15 changed by the monitor output 51 representing the monitor output) reaches a predetermined value (AGC level Vr) is the above-mentioned value. An image sensor (line sensor 01) detected as the end of the second period
And the like (instead of the ICG control signal 50 to the reset gate RSG), the amount of light that discharges unnecessary charges of the light amount monitor (by applying the Hi RSG control signal 53) during periods other than the first and second periods. A monitor charge discharging means is provided.

【0052】また請求項2のイメージセンサは、請求項
1に記載のイメージセンサにおいて、光量モニタ電荷排
出手段による不要電荷の排出が、前記第2の期間の終了
と同時に開始されるようにする。
According to a second aspect of the present invention, in the image sensor according to the first aspect, the discharge of the unnecessary charges by the light amount monitor charge discharging means is started simultaneously with the end of the second period.

【0053】また請求項3のイメージセンサは、請求項
1または2のいずれかに記載のイメージセンサにおい
て、前記光量モニタ電荷排出手段が、前記第2の期間以
外は常に光量モニタの不要電荷を排出するようにする。
According to a third aspect of the present invention, in the image sensor according to any one of the first and second aspects, the light quantity monitor charge discharging means always discharges unnecessary charges of the light quantity monitor except during the second period. To do it.

【0054】また請求項4のイメージセンサは、請求項
2または3のいずれかに記載のイメージセンサにおい
て、前記光量モニタ電荷排出手段が、前記第2の期間の
開始時点と終了時点で出力値を更新するフリップフロッ
プ(D−FF18)を備えるようにする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the image sensor of the second or third aspect, the light quantity monitor charge discharging means outputs an output value at a start time and an end time of the second period. A flip-flop (D-FF18) to be updated is provided.

【0055】また請求項5のイメージセンサは、請求項
4に記載のイメージセンサにおいて、前記光量モニタ電
荷排出手段が、第2の期間の開始時点を遅延して前記フ
リップフロップに伝える手段(遅延用インバータ17)
を備えるようにする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the image sensor according to the fourth aspect, the light quantity monitor charge discharging means delays the start time of a second period and transmits the delayed time to the flip-flop. Inverter 17)
Be prepared to have.

【0056】即ち、本発明は、サンプリング時間を変え
ることなく、積分動作時以外は光量モニタの浮動拡散増
幅器FDAの不要電荷の排出を行い(積分動作終了と同
時に排出を開始し)、必要以上に電荷が浮動拡散増幅器
FDAに蓄積され飽和することがないようにし、たとえ
短い排出時間でも電荷排出を可能とする。これにより、
モニタ出力の電位変化を時間に対しても受光光量に対し
ても線形にして、AGC機能が正常に動作するようにす
る。
That is, according to the present invention, unnecessary charges of the floating diffusion amplifier FDA of the light amount monitor are discharged without changing the sampling time (the discharge is started at the same time as the end of the integration operation). It prevents charges from accumulating in the floating diffusion amplifier FDA and saturating, allowing discharge even with a short discharge time. This allows
The potential change of the monitor output is made linear with respect to time and the amount of received light so that the AGC function operates normally.

【0057】[0057]

【発明の実施の形態】図1は本発明の一実施例としての
AGC回路の構成を示す。図1の回路は図4の回路のN
ORゲート16とインバータ19の間に遅延用インバー
タ17とD−FF18を挿入し、光量モニタ11のリセ
ットゲートRSGに加える信号を、従来のICG制御信
号50の代わりに、D−FF18の反転出力端子QBか
ら出力される信号(RSG制御信号という)53を用い
るようにしたものである。
FIG. 1 shows the configuration of an AGC circuit according to an embodiment of the present invention. The circuit of FIG.
A delay inverter 17 and a D-FF 18 are inserted between the OR gate 16 and the inverter 19, and a signal to be applied to the reset gate RSG of the light amount monitor 11 is changed to an inverted output terminal of the D-FF 18 instead of the conventional ICG control signal 50. A signal (referred to as an RSG control signal) 53 output from the QB is used.

【0058】このRSG制御信号53は、光センサ1の
積分動作時以外、すなわち光量モニタ11のモニタ動作
が必要ではない間は常にリセットゲートRSGに5V
(Hiレベル)を印加し続けて、光量モニタ11の浮動
拡散増幅器FDA内の不要電荷の排出を行うものであ
る。
The RSG control signal 53 is always applied to the reset gate RSG by 5 V except during the integration operation of the optical sensor 1, that is, while the monitoring operation of the light amount monitor 11 is not necessary.
(Hi level) is continuously applied to discharge unnecessary charges in the floating diffusion amplifier FDA of the light amount monitor 11.

【0059】なお、D−FF18には、そのリセット端
子RBにNORゲート16の出力であるレベル判定信号
52が、データ入力端子Dに5V(Hiレベル)が、ま
た立上がりエッジのクロック端子にICG制御信号50
を遅延用インバータ17で反転した反転ICG制御信号
50Bがそれぞれ入力される。
The D-FF 18 has a reset terminal RB provided with a level determination signal 52 output from the NOR gate 16, a data input terminal D provided with 5V (Hi level), and a rising edge clock terminal provided with ICG control. Signal 50
Are inverted by the delay inverter 17 to receive the inverted ICG control signal 50B.

【0060】図2は図1のAGC回路における要部の動
作シーケンスを示す。次に図2を参照しつつ、図1の動
作を説明する。時点t0に積分開始命令が出力されたの
ち、一定の積分クリア時間(この場合150μs)Tc
の期間、HiのICG制御信号50が出力されることは
従来と変わらない。
FIG. 2 shows an operation sequence of a main part in the AGC circuit of FIG. Next, the operation of FIG. 1 will be described with reference to FIG. After the integration start command is output at time t0, a fixed integration clear time (in this case, 150 μs) Tc
During the period, the output of the Hi ICG control signal 50 is the same as that in the related art.

【0061】この積分クリア時間Tcの期間、レベル判
定信号52はLoであり、D−FF18はリセットされ
ていて、その反転出力端子QBの出力であるRSG制御
信号53はHiであり、光量モニタ11の浮動拡散増幅
器FDA内の不要電荷は排出される。
During the period of the integration clear time Tc, the level determination signal 52 is Lo, the D-FF 18 is reset, the RSG control signal 53 output from the inverted output terminal QB is Hi, and the light amount monitor 11 Unnecessary charges in the floating diffusion amplifier FDA are discharged.

【0062】積分クリア時間Tcが終わりICG制御信
号50がLoとなる際、このICG制御信号50の立ち
下がりで遅延用インバータ17を介し(つまり、反転I
CG制御信号50Bにより)D−FF18をトリガし
て、D−FF18の反転出力端子QBの出力であるRS
G制御信号53をLo(0V)にして、光センサ1(1
1 〜1n )の積分動作開始時点t1と光量モニタ11の
モニタ動作開始時点t1’をほぼ一致させる。
When the integration clear time Tc is over and the ICG control signal
When the signal 50 becomes Lo, the ICG control signal 50 rises.
The falling signal passes through the delay inverter 17 (that is, the inverted I
Trigger D-FF 18 by the CG control signal 50B)
And the output of the inverted output terminal QB of the D-FF 18 is RS
The G control signal 53 is set to Lo (0 V), and the optical sensor 1 (1
1~ 1n) Of the integration operation start time t1 and the light amount monitor 11
The monitor operation start time t1 'is made substantially coincident.

【0063】但し、積分クリア時間Tcの終了時点t1
で、ICG制御信号50がLo、従ってレベル判定信号
52がHiとなることで、D−FF18のリセットが完
全に解除される以前に、立ち下がるICG制御信号50
を反転した信号50Bの立ち上がりがD−FF18に来
てしまうと、D−FF18のQB出力であるRSG制御
信号53がLoにならず、光量モニタ11のモニタ動作
が開始されなくなってしまう。
However, the end time t1 of the integration clear time Tc
When the ICG control signal 50 becomes Lo and the level determination signal 52 becomes Hi, the ICG control signal 50 falls before the reset of the D-FF 18 is completely released.
When the rising of the signal 50B obtained by inverting the signal comes to the D-FF 18, the RSG control signal 53 which is the QB output of the D-FF 18 does not become Lo, and the monitoring operation of the light amount monitor 11 does not start.

【0064】そこで、確実にD−FF18のリセット解
除後の時点t1’に反転ICG制御信号50Bの立ち上
がりが来るように、遅延用インバータ17は実際には5
段直列に配置してある。しかし、遅延用インバータ17
での遅延時間は数nsと非常に短く、実際の積分時間
(10μs〜20ms)への影響は無視することができ
る。
In order to ensure that the rising of the inverted ICG control signal 50B comes at the time t1 'after the reset of the D-FF 18 is released, the delay inverter 17 is actually set to five.
They are arranged in stages in series. However, the delay inverter 17
Is very short, several ns, and the effect on the actual integration time (10 μs to 20 ms) can be neglected.

【0065】光量モニタ11が動作を停止し、レベル判
定信号52がLoになると同時に、レベル判定信号52
をリセット信号としてD−FF18をリセットし、RS
G制御信号53をHiとして、再び浮動拡散増幅器FD
Aの不要電荷排出を行う。ICG制御信号50は積分開
始命令が発令されない限りHiにはならない(従って立
ち下がりもない)ので電荷排出が中断されることはな
い。
When the light amount monitor 11 stops operating and the level determination signal 52 becomes Lo, the level determination signal 52
Is used as a reset signal to reset the D-FF 18 and RS
The G control signal 53 is set to Hi, and the floating diffusion amplifier FD is again
The unnecessary charge of A is discharged. Since the ICG control signal 50 does not become Hi (and therefore does not fall) unless an integration start command is issued, the charge discharge is not interrupted.

【0066】なお、ICG制御信号50のパルス幅(積
分クリア時間)Tcは本実施例でも150μsとしてあ
るが、この時間Tcは光センサ(画素)1の不要電荷排
出時間となり、同時に光量モニタ11の不要電荷排出の
最短時間となる(例えば、特別の処理として、1回目の
積分終了と同時に再度積分開始命令を入れた場合、不要
電荷排出時間はICG制御信号50のパルス幅にな
る)。
Although the pulse width (integral clear time) Tc of the ICG control signal 50 is set to 150 μs in this embodiment, this time Tc becomes the unnecessary charge discharging time of the optical sensor (pixel) 1 and the light amount monitor 11 simultaneously. This is the shortest time for discharging unnecessary charges (for example, when a command for starting integration is input again at the same time as the end of the first integration as a special process, the discharging time for unnecessary charges becomes the pulse width of the ICG control signal 50).

【0067】図3の実線のカーブは光量モニタ11の浮
動拡散増幅器FDAの不要電荷排出時間を長くした場合
のAGC機能の線型性を示す特性図で、この図は測定の
都合上、ICG制御信号50がHiとなる、積分クリア
時間Tcを4msとした例を示している。
The solid line curve in FIG. 3 is a characteristic diagram showing the linearity of the AGC function when the unnecessary charge discharging time of the floating diffusion amplifier FDA of the light amount monitor 11 is lengthened. This diagram shows the ICG control signal for convenience of measurement. An example is shown in which 50 is Hi and the integral clear time Tc is 4 ms.

【0068】また、この図3は図9と同様に、モニタ出
力51のリセットレベルを3.5Vとし、このリセット
レベルからの電位の時間的推移を、光量モニタ部分の受
光光量(照度)をパラメータとして示す。
In FIG. 3, similarly to FIG. 9, the reset level of the monitor output 51 is set to 3.5 V, and the time transition of the potential from this reset level is represented by the parameter of the received light amount (illuminance) of the light amount monitor portion. As shown.

【0069】この図3の実線カーブから、たとえ光量が
(3ルックス以上と)多くなって、積分開始命令が発令
される以前に光量モニタの浮動拡散増幅器FDAが飽和
していたとしても、積分クリア時間Tcを、画素積分時
間Tiの終了時点から次の積分開始命令の発令までに通
常は存在する約4ms程度に長くすれば、画素積分時間
Ti内では、モニタ出力51の変化は線形になることが
わかる。
From the solid curve shown in FIG. 3, even if the light amount increases (to 3 lux or more) and the floating diffusion amplifier FDA of the light amount monitor is saturated before the integration start command is issued, the integration clear is performed. If the time Tc is lengthened to about 4 ms normally existing from the end of the pixel integration time Ti to the issuance of the next integration start command, the change of the monitor output 51 becomes linear within the pixel integration time Ti. I understand.

【0070】次に図3の一点鎖線のカーブ部分は、画素
積分時間Tiの終了時点(この時のモニタ出力51の電
位を2.5Vとする)で、直ちにHiのRSG制御信号
53を光量モニタ11に与えた場合のモニタ出力51の
時間的推移を示す。但し、この一点鎖線カーブは別途の
測定結果をもとに、実線カーブに書き加えたものであ
る。
The dashed line curve in FIG. 3 indicates that the Hi RSG control signal 53 is immediately monitored at the end of the pixel integration time Ti (at this time, the potential of the monitor output 51 is set to 2.5 V). 11 shows the temporal transition of the monitor output 51 when the signal is given to the monitor output 11. However, this one-dot chain line curve is added to the solid line curve based on a separate measurement result.

【0071】こうして光量モニタの浮動拡散増幅器FD
Aが飽和していない状態で、光量モニタ11の不要電荷
排出を開始させれば、図9における浮動拡散増幅器FD
Aの不飽和時のカーブの直線性が良いことからも分かる
ように、光量モニタの浮動拡散増幅器FDAの不要電荷
排出時間が、たとえ150μsしかない状態になって
も、モニタ出力51の時間的推移の線型性を保つことが
できる。
Thus, the floating diffusion amplifier FD of the light amount monitor
If the discharge of the unnecessary charges of the light amount monitor 11 is started in a state where A is not saturated, the floating diffusion amplifier FD in FIG.
As can be seen from the good linearity of the curve when A is unsaturated, even if the unnecessary charge discharging time of the floating diffusion amplifier FDA of the light amount monitor becomes only 150 μs, the temporal change of the monitor output 51 is obtained. Linearity can be maintained.

【0072】このように本発明では、光量モニタの不要
電荷を排出する時間を、通常は十分に設けることによっ
て、仮に何らかの理由により不要電荷排出前に光量モニ
タの浮動拡散増幅器FDAが飽和したとしても、また常
時は光量モニタの浮動拡散増幅器FDAを飽和させない
ことによって、たとえ光量モニタの浮動拡散増幅器FD
Aの不要電荷排出時間が150μsになったとしても、
何れの場合でも光量モニタの浮動拡散増幅器FDAの不
要電荷を完全に排出することができ、モニタ出力51の
変化の時間・光量に対する線形性を実現することができ
る。
As described above, according to the present invention, the time for discharging the unnecessary charge of the light quantity monitor is usually set to be sufficient so that even if the floating diffusion amplifier FDA of the light quantity monitor is saturated before the unnecessary charge is discharged for some reason. By not saturating the floating diffusion amplifier FDA of the light amount monitor at all times, even if the floating diffusion amplifier FD of the light amount monitor
Even if the unnecessary charge discharging time of A becomes 150 μs,
In any case, unnecessary charges of the floating diffusion amplifier FDA of the light amount monitor can be completely discharged, and linearity of the change of the monitor output 51 with respect to time and light amount can be realized.

【0073】[0073]

【発明の効果】本発明によれば、光センサ(画素)の積
分動作時以外は常に光量モニタの浮動拡散増幅器FDA
の不要電荷排出を行うようにしたため、通常は十分に不
要電荷を排出する時間が得られ、たとえ不要電荷排出前
に浮動拡散増幅器FDAが飽和したとしても、モニタ出
力の変化が時間に対しても光量に対しても良好な線形に
なる。
According to the present invention, the floating diffusion amplifier FDA of the light amount monitor is always used except for the integration operation of the optical sensor (pixel).
Unnecessary charge is discharged, so that a sufficient time for discharging unnecessary charges is normally obtained. Even if the floating diffusion amplifier FDA is saturated before the unnecessary charges are discharged, the change in the monitor output does not affect the time. Good linearity is obtained with respect to the amount of light.

【0074】また、積分動作停止と同時に不要電荷の排
出を行うので、常時は光量モニタの浮動拡散増幅器FD
Aが飽和することはなく、たとえ不要電荷排出時間が積
分クリア時間の150μsと短い時間しか取れない状況
になっても、十分に不要電荷を排出することが可能とな
る。このようにしてモニタ出力の時間および光量に対す
る線形性が向上し、AGC機能を完璧に正常動作させる
ことができる。
Since the unnecessary charge is discharged simultaneously with the stop of the integration operation, the floating diffusion amplifier FD of the light amount monitor is normally used.
A does not saturate, and even if the unnecessary charge discharging time can be as short as the integration clear time of 150 μs, unnecessary charges can be sufficiently discharged. In this way, the linearity of the monitor output with respect to time and light quantity is improved, and the AGC function can be perfectly and normally operated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例としてのイメージセンサのA
GC回路の構成図
FIG. 1 shows an image sensor A according to an embodiment of the present invention.
Configuration diagram of GC circuit

【図2】図1の要部の動作シーケンスを示す図FIG. 2 is a diagram showing an operation sequence of a main part of FIG. 1;

【図3】本発明の効果を示すためのモニタ出力の時間依
存を示す特性図
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a time dependency of a monitor output for showing an effect of the present invention.

【図4】図1に対応する従来のAGC回路の構成図FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional AGC circuit corresponding to FIG.

【図5】モニタ出力の時間的推移と積分時間との関係を
示す図
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a temporal transition of a monitor output and an integration time.

【図6】図4の要部の動作シーケンスを示す図FIG. 6 is a diagram showing an operation sequence of a main part of FIG. 4;

【図7】光量モニタの原理図FIG. 7 is a principle diagram of a light amount monitor.

【図8】光センサ(画素)の原理図FIG. 8 is a principle diagram of an optical sensor (pixel).

【図9】従来のモニタ出力の時間依存を示す特性図FIG. 9 is a characteristic diagram showing a time dependency of a conventional monitor output.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

01 ラインセンサ 1(11 〜1n ) 光センサ(画素) 2 出力部 5 画素信号 11 光量モニタ 15 コンパレータ 16 NORゲート 17 遅延用インバータ 18 D形フリップフロップ(D−FF) 19,20 インバータ 21 D形フリップフロップ(D−FF) 50 ICG制御信号 50B 反転ICG制御信号 51 モニタ出力 52 レベル判定信号 53 RSG制御信号 54 BG制御信号 BG バリアゲート C コンデンサ FDA 浮動拡散増幅器(フローティングディフュージ
ョンアンプ) ICG 積分クリアゲート PD フォトダイオード RSG リセットゲート S1 スイッチ SF ソースフォロア TG 移送ゲート Vr AGCレベル
01 Line sensor 1 (1 1 to 1 n ) Optical sensor (pixel) 2 Output unit 5 Pixel signal 11 Light intensity monitor 15 Comparator 16 NOR gate 17 Delay inverter 18 D-type flip-flop (D-FF) 19, 20 Inverter 21 D Type flip-flop (D-FF) 50 ICG control signal 50B inverted ICG control signal 51 monitor output 52 level judgment signal 53 RSG control signal 54 BG control signal BG barrier gate C capacitor FDA floating diffusion amplifier (floating diffusion amplifier) ICG integration clear gate PD photodiode RSG reset gate S1 switch SF source follower TG transfer gate Vr AGC level

フロントページの続き Fターム(参考) 4M118 AA10 AB01 AB10 BA10 CA03 CA17 DB01 DD04 DD09 DD10 DD12 FA06 FA08 FA14 FA39 5C024 AA01 CA17 DA04 FA02 GA01 GA23 GA26 GA27 GA43 5C051 AA01 BA03 DA03 DB01 DB12 DB13 DB15 DE02 EA02 5C072 AA01 BA15 EA02 FB08 FB19 FB27 Continued on the front page F term (reference) 4M118 AA10 AB01 AB10 BA10 CA03 CA17 DB01 DD04 DD09 DD10 DD12 FA06 FA08 FA14 FA39 5C024 AA01 CA17 DA04 FA02 GA01 GA23 GA26 GA27 GA43 5C051 AA01 BA03 DA03 DB01 DB12 DB13 DB15 DE02 EA02 5C072A01 BA01 FB19 FB27

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】それぞれ画素となる複数の光センサと、こ
の複数の光センサが受光する光の平均の光量の光を受光
する光量モニタとを持ち、 光量を検出すべき旨の指令に基づき、各光センサは、第
1の期間、当該センサに蓄積された不要電荷が排出され
たのち、引き続いて期間の終了時点が指示される第2の
期間、受光によって新たに当該センサに発生する電荷を
蓄積し、この電荷の蓄積量が当該センサの受光の光量と
して検出され、 同じく前記指令に基づき、光量モニタは、前記第1の期
間、当該モニタに蓄積された不要電荷が排出されたの
ち、引き続き受光によって新たに当該モニタに発生する
電荷を蓄積し、この電荷の蓄積量が所定値に到達した時
点が前記第2の期間の終了時点として検出されるような
イメージセンサにおいて、 前記第1,第2の期間以外に光量モニタの不要電荷を排
出する光量モニタ電荷排出手段を備えたことを特徴とす
るイメージセンサ。
A plurality of light sensors each serving as a pixel; and a light amount monitor for receiving an average amount of light received by the plurality of light sensors. After the unnecessary charge accumulated in the sensor is discharged during the first period, each optical sensor successively generates a charge newly generated in the sensor by receiving light during the second period in which the end point of the period is indicated. The amount of accumulated charge is detected as the amount of light received by the sensor. Similarly, based on the command, the light amount monitor continuously discharges unnecessary charges accumulated in the monitor during the first period. An image sensor that accumulates charges newly generated in the monitor due to light reception and detects a point in time when the accumulated amount of the charges reaches a predetermined value as an end point of the second period. 1, the image sensor comprising the light amount monitoring charge discharging means for discharging unnecessary charges of the light amount monitor in addition to the second period.
【請求項2】請求項1に記載のイメージセンサにおい
て、前記光量モニタ電荷排出手段による不要電荷の排出
が、前記第2の期間の終了と同時に開始されることを特
徴とするイメージセンサ。
2. The image sensor according to claim 1, wherein the discharge of the unnecessary charges by the light quantity monitor charge discharging means is started simultaneously with the end of the second period.
【請求項3】請求項1または2のいずれかに記載のイメ
ージセンサにおいて、前記光量モニタ電荷排出手段が、
前記第2の期間以外は常に光量モニタの不要電荷を排出
することを特徴とするイメージセンサ。
3. The image sensor according to claim 1, wherein said light quantity monitor charge discharging means comprises:
An image sensor which always discharges unnecessary charges of a light amount monitor except during the second period.
【請求項4】請求項2または3のいずれかに記載のイメ
ージセンサにおいて、前記光量モニタ電荷排出手段が、
前記第2の期間の開始時点と終了時点で出力値を更新す
るフリップフロップを備えたものであることを特徴とす
るイメージセンサ。
4. The image sensor according to claim 2, wherein said light quantity monitor charge discharging means comprises:
An image sensor, comprising: a flip-flop that updates an output value at a start time and an end time of the second period.
【請求項5】請求項4に記載のイメージセンサにおい
て、前記光量モニタ電荷排出手段が、第2の期間の開始
時点を遅延して前記フリップフロップに伝える手段を備
えたものであることを特徴とするイメージセンサ。
5. The image sensor according to claim 4, wherein said light quantity monitor charge discharging means includes means for delaying a start time of a second period and transmitting the delayed time to said flip-flop. Image sensor.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010508735A (en) * 2006-11-01 2010-03-18 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション SENSOR CELL, IMAGING SENSOR DEVICE, METHOD FOR OPERATING THE IMAGING SENSOR DEVICE, AND METHOD FOR DESIGNING THE IMAGING SENSOR DEVICE

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010508735A (en) * 2006-11-01 2010-03-18 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション SENSOR CELL, IMAGING SENSOR DEVICE, METHOD FOR OPERATING THE IMAGING SENSOR DEVICE, AND METHOD FOR DESIGNING THE IMAGING SENSOR DEVICE

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