JPH0710097B2 - イメージセンサ - Google Patents
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- JPH0710097B2 JPH0710097B2 JP62255678A JP25567887A JPH0710097B2 JP H0710097 B2 JPH0710097 B2 JP H0710097B2 JP 62255678 A JP62255678 A JP 62255678A JP 25567887 A JP25567887 A JP 25567887A JP H0710097 B2 JPH0710097 B2 JP H0710097B2
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/148—Charge coupled imagers
- H01L27/14825—Linear CCD imagers
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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
- H04N25/51—Control of the gain
-
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- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
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- H—ELECTRICITY
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- H04N3/10—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages by means not exclusively optical-mechanical
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Description
【発明の詳細な説明】 〔目 次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする問題点 問題点を解決するための手段 作用 実施例 （１）本発明の第１実施例（第１、２図） （２）本発明の第２実施例（第３図） 発明の効果 〔概 要） 蓄積領域を具備するCCD等のイメージセンサに関し、 蓄積領域の電荷蓄積量の最大値あるいは最小値を、リア
ルタイム（実時間）に検出できるイメージセンサを提供
することを目的とし、 光エネルギーにより生成された電荷を漸次蓄積する蓄積
領域を具備した複数の電荷蓄積素子と、該蓄積領域のそ
れぞれに設けられた複数のフローティング電極と、各フ
ローティング電極にそれぞれのゲート電極を接続すると
共にそれぞれのドレイン電極を定電位に接続した複数の
MOSトランジスタと、該複数のMOSトランジスタのそれぞ
れのソース電極に共通に接続された信号線と、該信号線
を所定の定電位に充電する充電手段と、前記信号線の電
位に応じて所定の定電位を分圧して出力する分圧手段と
を備えて構成する。
ルタイム（実時間）に検出できるイメージセンサを提供
することを目的とし、 光エネルギーにより生成された電荷を漸次蓄積する蓄積
領域を具備した複数の電荷蓄積素子と、該蓄積領域のそ
れぞれに設けられた複数のフローティング電極と、各フ
ローティング電極にそれぞれのゲート電極を接続すると
共にそれぞれのドレイン電極を定電位に接続した複数の
MOSトランジスタと、該複数のMOSトランジスタのそれぞ
れのソース電極に共通に接続された信号線と、該信号線
を所定の定電位に充電する充電手段と、前記信号線の電
位に応じて所定の定電位を分圧して出力する分圧手段と
を備えて構成する。
本発明は、蓄積領域を具備するCCD等のイメージセンサ
に関し、詳しくは、蓄積領域のフローティング電極電位
をモニタすることで蓄積領域に蓄積された電荷量の最大
値あるいは最小値をリアルタイムに検出できる様にした
イメージセンサに関する。
に関し、詳しくは、蓄積領域のフローティング電極電位
をモニタすることで蓄積領域に蓄積された電荷量の最大
値あるいは最小値をリアルタイムに検出できる様にした
イメージセンサに関する。
近時、光を電気信号に変換し、画像イメージとしてとら
えるいわゆるイメージセンサには、既存の撮像管に代え
てCCD（Charge Conpled Device）に代表される固体イメ
ージセンサが広く用いられている。
えるいわゆるイメージセンサには、既存の撮像管に代え
てCCD（Charge Conpled Device）に代表される固体イメ
ージセンサが広く用いられている。
このような固体イメージセンサは、一般に画素数を多く
したり、また多階調処理したりして画像イメージを高精
度に識別するが、一方で、これ程の高精度を要求されな
い用途、例えば、写真機の測距センサに用いられるもの
がある。
したり、また多階調処理したりして画像イメージを高精
度に識別するが、一方で、これ程の高精度を要求されな
い用途、例えば、写真機の測距センサに用いられるもの
がある。
この例では、写真レンズから入射した光軸上に一対のCC
Dアレイが設置され、これらのCCDアレイと写真レンズと
の距離は共に等しく、かつ、一対のCCDアレイ間には所
定の間隔が設けられている。今、被写体に写真レンズを
向けると、この被写体からの光が一対のCCDアレイ上に
結像する。このとき、写真レンズの焦点距離（いわゆる
ピント）を調節すると、一対のCCDアレイのそれぞれの
結像位置は一対のCCDアレイの配列方向に沿って接近
し、あるいは遠ざかる。ここで、写真レンズの焦点距離
と、この焦点距離に対する結像位置は、あらかじめ計算
や実測等によって判明しているので、一対のCCDアレイ
上のそれぞれの結像位置関係から、被写体までの距離が
測定できる。
Dアレイが設置され、これらのCCDアレイと写真レンズと
の距離は共に等しく、かつ、一対のCCDアレイ間には所
定の間隔が設けられている。今、被写体に写真レンズを
向けると、この被写体からの光が一対のCCDアレイ上に
結像する。このとき、写真レンズの焦点距離（いわゆる
ピント）を調節すると、一対のCCDアレイのそれぞれの
結像位置は一対のCCDアレイの配列方向に沿って接近
し、あるいは遠ざかる。ここで、写真レンズの焦点距離
と、この焦点距離に対する結像位置は、あらかじめ計算
や実測等によって判明しているので、一対のCCDアレイ
上のそれぞれの結像位置関係から、被写体までの距離が
測定できる。
具体的には、CCDアレイの各蓄積領域に蓄積された画素
情報をクロック信号に従って一旦CCDアレイ内のレジス
タに転送し、このレジスタからシリアルの信号列で取り
出して、一方のCCDアレイからの信号列と他方のCCDアレ
イからの信号列とを信号処理回路において比較検討す
る。例えば、画素情報を大きさから光エネルギーの最大
／最小値を求め、この最大／最小値から認識される画像
の輪郭同士を比べ、これら輪郭同士のずれに基づいて実
際の写真レンズから被写体までの距離を演算する。そし
て、この演算結果によりモータ等を駆動し、写真レンズ
の焦点距離を適切に自動調節して感光フイルム面に目的
の被写体像を結像させている。
情報をクロック信号に従って一旦CCDアレイ内のレジス
タに転送し、このレジスタからシリアルの信号列で取り
出して、一方のCCDアレイからの信号列と他方のCCDアレ
イからの信号列とを信号処理回路において比較検討す
る。例えば、画素情報を大きさから光エネルギーの最大
／最小値を求め、この最大／最小値から認識される画像
の輪郭同士を比べ、これら輪郭同士のずれに基づいて実
際の写真レンズから被写体までの距離を演算する。そし
て、この演算結果によりモータ等を駆動し、写真レンズ
の焦点距離を適切に自動調節して感光フイルム面に目的
の被写体像を結像させている。
このような測距センサとして用いられるCCDアレイにあ
っては、それ程の解像度を必要とせず、むしろコストの
面から被写体の輪郭程度を識別可能な簡易な能力を備え
ていればよい。
っては、それ程の解像度を必要とせず、むしろコストの
面から被写体の輪郭程度を識別可能な簡易な能力を備え
ていればよい。
しかしながら、このような従来のCCDアレイにあって
は、受光した光エネルギーを蓄積し、この蓄積された各
画素毎の情報を信号列として出力する構成となっていた
ため、これらの信号列を生成するためのレジスタや生成
された信号列を信号処理する装置が別途必要となり、ま
た、このような信号処理装置を具備しなければ、上述し
た測距センサとして用いることができなかった。
は、受光した光エネルギーを蓄積し、この蓄積された各
画素毎の情報を信号列として出力する構成となっていた
ため、これらの信号列を生成するためのレジスタや生成
された信号列を信号処理する装置が別途必要となり、ま
た、このような信号処理装置を具備しなければ、上述し
た測距センサとして用いることができなかった。
したがって、CCDアレイを簡易構成にしてコストの削減
を目ざしたものの、結局、マイクロコンピュータ等の信
号処理装置が別途必要になるので、全体のコスト削減に
は貢献せず、場合によっては却ってコストが上昇すると
いった問題点があった。
を目ざしたものの、結局、マイクロコンピュータ等の信
号処理装置が別途必要になるので、全体のコスト削減に
は貢献せず、場合によっては却ってコストが上昇すると
いった問題点があった。
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、CCD
等に具備した蓄積領域の電荷蓄積量の最大値あるいは最
小値をリアルタイムで検出できるようにし、例えば写真
機の測距センサに用いて好適な電荷蓄積素子の蓄積状態
を検出できるイメージセンサを提供することを目的とし
ている。
等に具備した蓄積領域の電荷蓄積量の最大値あるいは最
小値をリアルタイムで検出できるようにし、例えば写真
機の測距センサに用いて好適な電荷蓄積素子の蓄積状態
を検出できるイメージセンサを提供することを目的とし
ている。
光エネルギーにより生成された電荷を漸次蓄積する蓄積
領域を具備した複数の電荷蓄積素子と、該蓄積領域のそ
れぞれに設けられた複数のフローティング電極と、各フ
ローティング電極にそれぞれのゲート電極を接続すると
共にそれぞれのドレイン電極を定電位に接続した複数の
MOSトランジスタと、該複数のMOSトランジスタのそれぞ
れのソース電極に共通に接続された信号線と、該信号線
を所定の定電位に充電する充電手段と、前記信号線の電
位に応じて所定の定電位を分圧して出力する分圧手段と
を備えて構成している。
領域を具備した複数の電荷蓄積素子と、該蓄積領域のそ
れぞれに設けられた複数のフローティング電極と、各フ
ローティング電極にそれぞれのゲート電極を接続すると
共にそれぞれのドレイン電極を定電位に接続した複数の
MOSトランジスタと、該複数のMOSトランジスタのそれぞ
れのソース電極に共通に接続された信号線と、該信号線
を所定の定電位に充電する充電手段と、前記信号線の電
位に応じて所定の定電位を分圧して出力する分圧手段と
を備えて構成している。
本発明では、光エネルギーに応じて蓄積領域の蓄積電荷
量が増大あるいは減少へと変化すると、フローティング
電極に接続されたMOSトランジスタを介して信号線Ｌの
充電の電位が変えられる。
量が増大あるいは減少へと変化すると、フローティング
電極に接続されたMOSトランジスタを介して信号線Ｌの
充電の電位が変えられる。
したがって、信号線Ｌの充電電位は常に光エネルギーに
追随して変化する電位に向けて変化し、その結果、分圧
手段から信号線Ｌの充電電位に応じた分圧電圧が取り出
され、この分圧電圧は、蓄積電荷の最大値又は最小値を
表すものであるから、蓄積電圧を直接外部に取り出すこ
とはなく、その最大値又は最小値をリアルタイムに検出
できる。
追随して変化する電位に向けて変化し、その結果、分圧
手段から信号線Ｌの充電電位に応じた分圧電圧が取り出
され、この分圧電圧は、蓄積電荷の最大値又は最小値を
表すものであるから、蓄積電圧を直接外部に取り出すこ
とはなく、その最大値又は最小値をリアルタイムに検出
できる。
そして、例えば所定の間隔を隔てて写真機に配設された
一対のCCDアレイに適用して、これらCCDアレイで検出さ
れた最大値あるいは最小値を比較することにより、信号
処理装置を用いずに簡易な構成で被写体までの距離を測
定することが可能になる。
一対のCCDアレイに適用して、これらCCDアレイで検出さ
れた最大値あるいは最小値を比較することにより、信号
処理装置を用いずに簡易な構成で被写体までの距離を測
定することが可能になる。
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明に係るイメージセンサの第１実施例を示
す図であり、CCDイメージセンサに適用した例である。
す図であり、CCDイメージセンサに適用した例である。
まず、構成を説明する。第１図において、１はCCDイメ
ージセンサであり、CCDイメージセンサ１は単一のSi基
板上にフォトダイオードやMOSキャパシタ等を作り込ん
で受光部２、蓄積部３、転送部４などを形成し、これら
の各部からなるセルをアレイ状に多数配列して構成され
る。
ージセンサであり、CCDイメージセンサ１は単一のSi基
板上にフォトダイオードやMOSキャパシタ等を作り込ん
で受光部２、蓄積部３、転送部４などを形成し、これら
の各部からなるセルをアレイ状に多数配列して構成され
る。
受光部２は、Si基板上に拡散により形成されたPN接合の
フォトダイオード５を有し、このフォトダイオード５は
シリコン酸化膜などの光学的に透明な層を介して外界に
晒されている。この透明な層を透過してフォトダイオー
ド５に入射した光エネルギーＰは、その光励起エネルギ
ーによってフォトダイオード５に電子−正孔対、Ｎチャ
ネルの場合には電子を生じさせ、この電荷はバイアスゲ
ート６に印加されたバイアスゲート電極VBGの電界によ
って形成されたポテンシャルバリヤを越えた電荷が蓄積
部３に転送される。蓄積部（蓄積領域）３はフローティ
ング電極７と、このフローティング電極７に所定のクロ
ックタイミングで初期電位（例えば、＋5V）を与えてプ
リチャージする図示しないMOSスイッチと、を有し、フ
ローティング電極７下のSi基板のバルク内にポテンシャ
ル井戸を形成している。このポテンシャル井戸には、受
光部２からの電荷が漸次蓄積され、その蓄積電荷量に応
じてフローティング電極７の電位を初期電位から変化さ
せる。一般に、フローティングされたMOSキャパシタの
ゲート電位は、Ｎチャネルの場合にはキャパシタ内の蓄
積電荷量が増加するにつれて第２図の如く減少傾向を示
す。したがって、本実施例のフローティング電極７も同
様に、蓄積電荷量“0"のときを初期電位（例えば＋5V）
とし、電荷量の増大につれてこの初期電位から0V方向に
減少する。すなわち、蓄積電荷量とフローティング電極
７の電位とは逆相関係にある。
フォトダイオード５を有し、このフォトダイオード５は
シリコン酸化膜などの光学的に透明な層を介して外界に
晒されている。この透明な層を透過してフォトダイオー
ド５に入射した光エネルギーＰは、その光励起エネルギ
ーによってフォトダイオード５に電子−正孔対、Ｎチャ
ネルの場合には電子を生じさせ、この電荷はバイアスゲ
ート６に印加されたバイアスゲート電極VBGの電界によ
って形成されたポテンシャルバリヤを越えた電荷が蓄積
部３に転送される。蓄積部（蓄積領域）３はフローティ
ング電極７と、このフローティング電極７に所定のクロ
ックタイミングで初期電位（例えば、＋5V）を与えてプ
リチャージする図示しないMOSスイッチと、を有し、フ
ローティング電極７下のSi基板のバルク内にポテンシャ
ル井戸を形成している。このポテンシャル井戸には、受
光部２からの電荷が漸次蓄積され、その蓄積電荷量に応
じてフローティング電極７の電位を初期電位から変化さ
せる。一般に、フローティングされたMOSキャパシタの
ゲート電位は、Ｎチャネルの場合にはキャパシタ内の蓄
積電荷量が増加するにつれて第２図の如く減少傾向を示
す。したがって、本実施例のフローティング電極７も同
様に、蓄積電荷量“0"のときを初期電位（例えば＋5V）
とし、電荷量の増大につれてこの初期電位から0V方向に
減少する。すなわち、蓄積電荷量とフローティング電極
７の電位とは逆相関係にある。
ポテンシャル井戸に蓄積された電荷は、トランスファー
ゲート８に印加されたトランスファーゲートクロック信
号CTGの電界により、転送部４に転送される。転送部４
は図示しない複数の電極を有し、これらの電極を多相ク
ロックで駆動することで電荷を出力側OUTに転送する。
ゲート８に印加されたトランスファーゲートクロック信
号CTGの電界により、転送部４に転送される。転送部４
は図示しない複数の電極を有し、これらの電極を多相ク
ロックで駆動することで電荷を出力側OUTに転送する。
一方、上述した各フローティング電極７はこのフローテ
ィング電極７に対で設けられたＰチャネルのMOSトラン
ジスタ（以下、PMOSという）T21〜T24……の各ゲートに
接続されている。なお、これらのPMOST21〜T24……は、
CCDアレイ１を構成する各CCDセル分設けられているが、
ここではそのうちの４つを例示する。PMOST21〜T24……
は、ゲート電極（すなわち、フローティング電極７の電
位）に応答してチャネル抵抗（内部抵抗）を可変する。
PMOST21〜T24……のドレインは接地され、各ソースは共
通にされて、抵抗R21の一方の端子に接続されている。
また、抵抗R21の他方の端子はＮチャネルのMOSトランジ
スタ（以下、NMOSという）T25のソースに接続され、NMO
ST25のドレインには所定の電位（例えば＋6V）の定電源
VCが接続されている。NMOST25は、ゲートに印加された
リセット信号VRSTによって所定のタイミングでONし、抵
抗R21を介して信号線Ｌを定電源VCまで充電してリセッ
ト状態に置く。NMOST25及び抵抗R21は、信号線Ｌを所定
の定電位に充電する充電手段を構成する。信号線Ｌの充
電電位はNMOST26のゲートに印加され、NMOST26はNMOST
27とともに、直列接続された抵抗体として動作する。NM
OST26のチャネル抵抗値はゲート電位（すなわち、信号
線Ｌの充電電位）によって可変され、一方、NMOST27の
チャネル抵抗値はゲートに印加された基準電圧VREFによ
って一定に保たれる。したがって、これらのNMOST26、T
27間から取り出される最大値出力信号V0（max）は、NMO
ST26、T27それぞれのチャネル抵抗値で定電源VAの分圧
したものとなり、その分圧比はNMOST26のゲート電位、
すなわち信号線Ｌの充電電位によって決定されるから、
NMOST26、T27は、信号線Ｌの電位に応じて所定の定電位
VAを分圧して出力する分圧手段を構成する。
ィング電極７に対で設けられたＰチャネルのMOSトラン
ジスタ（以下、PMOSという）T21〜T24……の各ゲートに
接続されている。なお、これらのPMOST21〜T24……は、
CCDアレイ１を構成する各CCDセル分設けられているが、
ここではそのうちの４つを例示する。PMOST21〜T24……
は、ゲート電極（すなわち、フローティング電極７の電
位）に応答してチャネル抵抗（内部抵抗）を可変する。
PMOST21〜T24……のドレインは接地され、各ソースは共
通にされて、抵抗R21の一方の端子に接続されている。
また、抵抗R21の他方の端子はＮチャネルのMOSトランジ
スタ（以下、NMOSという）T25のソースに接続され、NMO
ST25のドレインには所定の電位（例えば＋6V）の定電源
VCが接続されている。NMOST25は、ゲートに印加された
リセット信号VRSTによって所定のタイミングでONし、抵
抗R21を介して信号線Ｌを定電源VCまで充電してリセッ
ト状態に置く。NMOST25及び抵抗R21は、信号線Ｌを所定
の定電位に充電する充電手段を構成する。信号線Ｌの充
電電位はNMOST26のゲートに印加され、NMOST26はNMOST
27とともに、直列接続された抵抗体として動作する。NM
OST26のチャネル抵抗値はゲート電位（すなわち、信号
線Ｌの充電電位）によって可変され、一方、NMOST27の
チャネル抵抗値はゲートに印加された基準電圧VREFによ
って一定に保たれる。したがって、これらのNMOST26、T
27間から取り出される最大値出力信号V0（max）は、NMO
ST26、T27それぞれのチャネル抵抗値で定電源VAの分圧
したものとなり、その分圧比はNMOST26のゲート電位、
すなわち信号線Ｌの充電電位によって決定されるから、
NMOST26、T27は、信号線Ｌの電位に応じて所定の定電位
VAを分圧して出力する分圧手段を構成する。
次に、作用を説明する。
今、バイアスゲート電源VBG、トランスファーゲートク
ロック信号CTGおよびリセット信号VRSTなどが入力され
ると、蓄積部３に蓄積されていた電荷が転送部４に転送
され、また、NMOST25がONしてR21とT25のソースを接続
した端子の電圧が定電源VCまで充電される。さらに、フ
ローティング電極７が初期電位に設定され、これらによ
り、システム全体が初期化される。
ロック信号CTGおよびリセット信号VRSTなどが入力され
ると、蓄積部３に蓄積されていた電荷が転送部４に転送
され、また、NMOST25がONしてR21とT25のソースを接続
した端子の電圧が定電源VCまで充電される。さらに、フ
ローティング電極７が初期電位に設定され、これらによ
り、システム全体が初期化される。
次いで、受光部２のそれぞれのフォトダイオード５に強
度の異なった光エネルギーＰが入射されると、それぞれ
のフォトダイオード５には、光エネルギーＰに応じた量
の電荷が生成され、対応するフローティング電極７下の
ポテンシャル井戸に転送されて蓄積される。したがっ
て、各フローティング電極７下のポテンシャル井戸に
は、そのときのフォトダイオード５に入射した光エネル
ギーＰの強弱に応じた電荷が蓄積されている。例えば、
図中Ａで示すフローティング電極７下のポテンシャル井
戸に最も多量の電荷が蓄積されたと仮定すると、このフ
ローティング電極７から取り出される電位は0V方向の最
も小さな電位を示す。このため、PMOST21のチャネル抵
抗が低下し、信号線Ｌの充電電位を低下させる。そし
て、信号線Ｌに充電された電位はPMOST21〜T24……のチ
ャネル抵抗が現在よりも低下方向に変化しない限り、そ
の充電電位を保持する。また、PMOST21〜T24……のチャ
ネル抵抗がより低下する方向に変化すると、その変化に
応じて充電電位が低下方向に変化する。すなわち、信号
線Ｌの電位は、PMOST21のチャネル抵抗に比例して低下
し、チャネル抵抗は光エネルギーＰの光量に反比例して
いる。したがって、信号線Ｌの電位がリセット状態の電
位（すなわち、定電源VC）にあるときは、何れのフロー
ティング電極７下のポテンシャル井戸にも電荷値が蓄積
されていないときであり、また、信号線Ｌの電位が低下
したときは、何れかのフローティング電極７下のポテン
シャル井戸に電荷が蓄積されているときである。そし
て、その電位の低下量は、電荷の蓄積量にリアルタイム
で対応している。このような、電荷の蓄積量を示す信号
線Ｌの充電電位は、NMOST26、T27の抵抗分圧を介して最
大値出力信号V0（max）として出力され、最大値出力信
号V0（max）は、それぞれのフローティング電極７下の
ポテンシャル井戸に蓄積された電荷の最大値を示し、そ
の最大値が大きい程、定電源VAから0V方向へと値を大き
く変化させる。したがって、最大値出力信号V0（max）
と定電源VAとの差からCCDアレイ１に受光された光エネ
ルギー分布の最大値を電荷蓄積状態を非破壊で且つリア
ルタイムで知ることができる。もしも、最大値の検知を
停止したときにはNMOST25をOFF状態にすることにより、
この時点より以後の最大値検知は停止され、NMOST25がO
N時の最大値が保持されることになる。
度の異なった光エネルギーＰが入射されると、それぞれ
のフォトダイオード５には、光エネルギーＰに応じた量
の電荷が生成され、対応するフローティング電極７下の
ポテンシャル井戸に転送されて蓄積される。したがっ
て、各フローティング電極７下のポテンシャル井戸に
は、そのときのフォトダイオード５に入射した光エネル
ギーＰの強弱に応じた電荷が蓄積されている。例えば、
図中Ａで示すフローティング電極７下のポテンシャル井
戸に最も多量の電荷が蓄積されたと仮定すると、このフ
ローティング電極７から取り出される電位は0V方向の最
も小さな電位を示す。このため、PMOST21のチャネル抵
抗が低下し、信号線Ｌの充電電位を低下させる。そし
て、信号線Ｌに充電された電位はPMOST21〜T24……のチ
ャネル抵抗が現在よりも低下方向に変化しない限り、そ
の充電電位を保持する。また、PMOST21〜T24……のチャ
ネル抵抗がより低下する方向に変化すると、その変化に
応じて充電電位が低下方向に変化する。すなわち、信号
線Ｌの電位は、PMOST21のチャネル抵抗に比例して低下
し、チャネル抵抗は光エネルギーＰの光量に反比例して
いる。したがって、信号線Ｌの電位がリセット状態の電
位（すなわち、定電源VC）にあるときは、何れのフロー
ティング電極７下のポテンシャル井戸にも電荷値が蓄積
されていないときであり、また、信号線Ｌの電位が低下
したときは、何れかのフローティング電極７下のポテン
シャル井戸に電荷が蓄積されているときである。そし
て、その電位の低下量は、電荷の蓄積量にリアルタイム
で対応している。このような、電荷の蓄積量を示す信号
線Ｌの充電電位は、NMOST26、T27の抵抗分圧を介して最
大値出力信号V0（max）として出力され、最大値出力信
号V0（max）は、それぞれのフローティング電極７下の
ポテンシャル井戸に蓄積された電荷の最大値を示し、そ
の最大値が大きい程、定電源VAから0V方向へと値を大き
く変化させる。したがって、最大値出力信号V0（max）
と定電源VAとの差からCCDアレイ１に受光された光エネ
ルギー分布の最大値を電荷蓄積状態を非破壊で且つリア
ルタイムで知ることができる。もしも、最大値の検知を
停止したときにはNMOST25をOFF状態にすることにより、
この時点より以後の最大値検知は停止され、NMOST25がO
N時の最大値が保持されることになる。
なお、CCDアレイ１を構成するそれぞれのCCDセル毎の光
エネルギーＰ最大値を知るためには、各CCDセル毎にバ
イアスゲート６を分割して設ける等種々の方法が考えら
れ、このような方法を併用することにより、各CCDセル
毎の最大値を容易に知ることができる。したがって、写
真機等の測距センサに適用すると、CCDセル単位（ビッ
ト単位）にリアルタイムに最大値が求められ、信号処理
装置等を用いることなく被写体の輪郭画像をセンシング
することができ、一対のCCDアレイ１を使用して被写体
までの距離を容易に、かつ、簡単な構成で測定すること
ができる。
エネルギーＰ最大値を知るためには、各CCDセル毎にバ
イアスゲート６を分割して設ける等種々の方法が考えら
れ、このような方法を併用することにより、各CCDセル
毎の最大値を容易に知ることができる。したがって、写
真機等の測距センサに適用すると、CCDセル単位（ビッ
ト単位）にリアルタイムに最大値が求められ、信号処理
装置等を用いることなく被写体の輪郭画像をセンシング
することができ、一対のCCDアレイ１を使用して被写体
までの距離を容易に、かつ、簡単な構成で測定すること
ができる。
第３図は本発明に係るイメージセンサの第２実施例を示
す図であり、蓄積電荷量の最小値を検出するようにした
例である。
す図であり、蓄積電荷量の最小値を検出するようにした
例である。
第３図において、１はCCDアレイであり、このCCDアレイ
１は、前述の第１実施例と同一の構成なので、第１実施
例と同一番号を付してここでの再説を省略する。
１は、前述の第１実施例と同一の構成なので、第１実施
例と同一番号を付してここでの再説を省略する。
CCDアレイ１のそれぞれのフローティング電極７は、Ｎ
チャネルMOSトランジスタ（以下、NMOSという）T31〜T
34……のそれぞれのゲートに接続され、NMOST31〜T34…
…の各ドレインは所定電位（例えば、＋5V）の定電源VA
に接続されている。また、NMOST31〜T34……の各ソース
は共通の信号線Ｌを介して抵抗R31の一方の端子に接続
され、抵抗R31の他方の端子はNMOST35のソースに接続さ
れ、NMOST35は、所定のタイミングで入力するリセット
信号VRSTに従ってONし、接地される。NMOST35及び抵抗R
31は、信号線Ｌは、信号線Ｌを所定の定電位（接地電
位:GND）に充電する充電手段を構成する。信号線Ｌの充
電電位はNMOST36のゲートに印加され、NMOST36は、NMOS
T37とともに、直列接続された抵抗体として動作する。N
MOST36のチャネル抵抗値はゲート電位（すなわち、信号
線Ｌの充電電位）によって可変され、一方、NMOST37の
チャネル抵抗値はゲートに印加されたVREFによって一定
に保たれている。したがって、これらのNOST36、T37間
から取り出される最小値出力信号V0（min）は、NMOS
T36、T37それぞれのチャネル抵抗値で定電源VAを分圧し
たものとなり、その分圧比はNMOST36のゲート電位、す
なわち、信号線Ｌの充電電位によって決定されるから、
NMOST36、T37は、信号線Ｌの電位に応じて所定の定電位
VAを分圧して出力する分圧手段を構成する。
チャネルMOSトランジスタ（以下、NMOSという）T31〜T
34……のそれぞれのゲートに接続され、NMOST31〜T34…
…の各ドレインは所定電位（例えば、＋5V）の定電源VA
に接続されている。また、NMOST31〜T34……の各ソース
は共通の信号線Ｌを介して抵抗R31の一方の端子に接続
され、抵抗R31の他方の端子はNMOST35のソースに接続さ
れ、NMOST35は、所定のタイミングで入力するリセット
信号VRSTに従ってONし、接地される。NMOST35及び抵抗R
31は、信号線Ｌは、信号線Ｌを所定の定電位（接地電
位:GND）に充電する充電手段を構成する。信号線Ｌの充
電電位はNMOST36のゲートに印加され、NMOST36は、NMOS
T37とともに、直列接続された抵抗体として動作する。N
MOST36のチャネル抵抗値はゲート電位（すなわち、信号
線Ｌの充電電位）によって可変され、一方、NMOST37の
チャネル抵抗値はゲートに印加されたVREFによって一定
に保たれている。したがって、これらのNOST36、T37間
から取り出される最小値出力信号V0（min）は、NMOS
T36、T37それぞれのチャネル抵抗値で定電源VAを分圧し
たものとなり、その分圧比はNMOST36のゲート電位、す
なわち、信号線Ｌの充電電位によって決定されるから、
NMOST36、T37は、信号線Ｌの電位に応じて所定の定電位
VAを分圧して出力する分圧手段を構成する。
このような構成によれば、リセット信号VRSTの入力によ
り抵抗R31のNMOST35側が接地されてリセット状態とな
り、このリセット状態からCCDアレイ１の受光部２に光
エネルギーＰが入射されると、受光部２に対応して設け
られたそれぞれのフローティング電極７下のポテンシャ
ル井戸には、光エネルギーＰの強弱に応じた量の電荷が
蓄積される。これにより、各フローティング電極７の電
位はそのポテンシャル井戸の蓄積電荷量に応じた減少傾
向を示す。例えば、図中Ａで示すフローティング電極７
下のポテンシャル井戸の蓄積電荷量が“0"であれば、こ
の空のポテンシャル井戸に設けられたフローティング電
極７の電位は、ほぼ初期電位（図示しないMOSスイッチ
によって与えられた電位、例えば＋5V）を維持してほと
んど減少しない。したがって、このフローティング電極
７から取り出された電位により、NMOST31のチャネル抵
抗が大きく低下し、この低下したチャネル抵抗を介して
抵抗R31のNMOST36側は定電源VA近くまでバイアスされ
る。このとき、信号線Ｌはリセット状態にあって、所定
の電位（例えば＋4V）に充電されているが、NMOST31の
チャネル抵抗の低下に伴ってこの信号線Ｌにはリセット
時の充電電位よりも小さな電位が印加されて再び充電さ
れる。そして、その再充電の目標値は、NMOST31のチャ
ネル抵抗の低下度合が大きい程高いレベル（限界は4V）
に設定される。すなわち、フローティング電極７下のポ
テンシャル井戸に蓄積された電荷量が、他のフローティ
ング電極７下のポテンシャル井戸に蓄積された量よりも
少なく、最小値であれば、NMOST31のチャネル抵抗の低
下度合が他のNMOST32〜T34……のチャネル抵抗の低下度
合よりも小さいものとなり、信号線Ｌの再充電設定レベ
ルは、このNMOST31のチャネル抵抗の低下度合に応じて
高く設定される。その結果、信号線Ｌの充電電位は、蓄
積電荷量の最小値に応じてリアルタイムに大きくなる方
向で更新される。このように、蓄積電荷量が少ない程大
きな値を示す信号線Ｌの充電電位はNMOST36、T36のチャ
ネル抵抗分圧比を変え、蓄積電荷量が少ない程4Vに近づ
いて大きな値を示す最小値出力信号V0（min）が出力さ
れる。したがって、最小値出力信号V0（min）と4Vとの
差からCCDアレイ１に受光された光エネルギー分布の最
小値をリアルタイムで知ることができる。
り抵抗R31のNMOST35側が接地されてリセット状態とな
り、このリセット状態からCCDアレイ１の受光部２に光
エネルギーＰが入射されると、受光部２に対応して設け
られたそれぞれのフローティング電極７下のポテンシャ
ル井戸には、光エネルギーＰの強弱に応じた量の電荷が
蓄積される。これにより、各フローティング電極７の電
位はそのポテンシャル井戸の蓄積電荷量に応じた減少傾
向を示す。例えば、図中Ａで示すフローティング電極７
下のポテンシャル井戸の蓄積電荷量が“0"であれば、こ
の空のポテンシャル井戸に設けられたフローティング電
極７の電位は、ほぼ初期電位（図示しないMOSスイッチ
によって与えられた電位、例えば＋5V）を維持してほと
んど減少しない。したがって、このフローティング電極
７から取り出された電位により、NMOST31のチャネル抵
抗が大きく低下し、この低下したチャネル抵抗を介して
抵抗R31のNMOST36側は定電源VA近くまでバイアスされ
る。このとき、信号線Ｌはリセット状態にあって、所定
の電位（例えば＋4V）に充電されているが、NMOST31の
チャネル抵抗の低下に伴ってこの信号線Ｌにはリセット
時の充電電位よりも小さな電位が印加されて再び充電さ
れる。そして、その再充電の目標値は、NMOST31のチャ
ネル抵抗の低下度合が大きい程高いレベル（限界は4V）
に設定される。すなわち、フローティング電極７下のポ
テンシャル井戸に蓄積された電荷量が、他のフローティ
ング電極７下のポテンシャル井戸に蓄積された量よりも
少なく、最小値であれば、NMOST31のチャネル抵抗の低
下度合が他のNMOST32〜T34……のチャネル抵抗の低下度
合よりも小さいものとなり、信号線Ｌの再充電設定レベ
ルは、このNMOST31のチャネル抵抗の低下度合に応じて
高く設定される。その結果、信号線Ｌの充電電位は、蓄
積電荷量の最小値に応じてリアルタイムに大きくなる方
向で更新される。このように、蓄積電荷量が少ない程大
きな値を示す信号線Ｌの充電電位はNMOST36、T36のチャ
ネル抵抗分圧比を変え、蓄積電荷量が少ない程4Vに近づ
いて大きな値を示す最小値出力信号V0（min）が出力さ
れる。したがって、最小値出力信号V0（min）と4Vとの
差からCCDアレイ１に受光された光エネルギー分布の最
小値をリアルタイムで知ることができる。
なお、上記各実施例では、それぞれ、CCDアレイ１に受
光された光エネルギー分布の最大値および最小値を個別
に検出するようにしているが、これらを同時に検出する
ようにしてもよい。例えば、CCDアレイ１を共通にし、
フローディング電極７から取り出された電位を、PMOST
21〜T24……とNMOST31〜T34……とに振り分ける新たなM
OSスイッチ等を設けたり、あるいは、CCDアレイ１の受
光部２を中央に挟んで２列の蓄積部３を設け、受光部２
で生成された電荷を２列の蓄積部３に転送し、それぞれ
の蓄積部３のフローティング電極７から取り出された電
位をPMOST21〜T24……およびNMOST31〜T34……の各ゲー
トに同時に印加してもよい。これらの例によれば、同一
の光エネルギー分布から、最大値と最小値が同時に検出
できるので、例えば、カメラ等の測距センサに適用する
と、被写体の輪郭認識の精度が向上するのでより好まし
い。
光された光エネルギー分布の最大値および最小値を個別
に検出するようにしているが、これらを同時に検出する
ようにしてもよい。例えば、CCDアレイ１を共通にし、
フローディング電極７から取り出された電位を、PMOST
21〜T24……とNMOST31〜T34……とに振り分ける新たなM
OSスイッチ等を設けたり、あるいは、CCDアレイ１の受
光部２を中央に挟んで２列の蓄積部３を設け、受光部２
で生成された電荷を２列の蓄積部３に転送し、それぞれ
の蓄積部３のフローティング電極７から取り出された電
位をPMOST21〜T24……およびNMOST31〜T34……の各ゲー
トに同時に印加してもよい。これらの例によれば、同一
の光エネルギー分布から、最大値と最小値が同時に検出
できるので、例えば、カメラ等の測距センサに適用する
と、被写体の輪郭認識の精度が向上するのでより好まし
い。
本発明によれば、CCD等に具備した蓄積領域の電荷蓄積
量の最大値あるいは最小値をリアルタイムで検出するイ
メージセンサを提供することができ、 例えば、カメラ等の測距センサに適用すると、信号処理
装置等を別途備えずに、被写体の輪郭画像を認識するこ
とが可能となり、 構成部品点数を削減して、製造コストを低減することが
できる。
量の最大値あるいは最小値をリアルタイムで検出するイ
メージセンサを提供することができ、 例えば、カメラ等の測距センサに適用すると、信号処理
装置等を別途備えずに、被写体の輪郭画像を認識するこ
とが可能となり、 構成部品点数を削減して、製造コストを低減することが
できる。
また、輪郭画像をリアルタイムで認識できるので、測距
から焦点調整までの一連の動作を高速化でき、カメラ等
の商品価値を向上させることができる。
から焦点調整までの一連の動作を高速化でき、カメラ等
の商品価値を向上させることができる。
第１図は本発明に係るイメージセンサの第１実施例を示
すその回路図、 第２図は蓄積電荷量に対するフローティングされたゲー
トの電位変化を示す特性図、 第３図は本発明に係るイメージセンサの第２実施例を示
すその回路図、 である。 ３……蓄積部（蓄積領域）、７……フローティング電
極、T21〜T24……PMOS（MOSトランジスタ）、T25……PM
OS（充電手段）、T26、T27……PMOS（分圧手段）、R21
……抵抗（充電手段）、T31〜T34……NMOS（MOSトラン
ジスタ）、T35……NMOS（充電手段）、T36、T37……NMO
S（分圧手段）、R31……抵抗（充電手段）、Ｌ……信号
線。
すその回路図、 第２図は蓄積電荷量に対するフローティングされたゲー
トの電位変化を示す特性図、 第３図は本発明に係るイメージセンサの第２実施例を示
すその回路図、 である。 ３……蓄積部（蓄積領域）、７……フローティング電
極、T21〜T24……PMOS（MOSトランジスタ）、T25……PM
OS（充電手段）、T26、T27……PMOS（分圧手段）、R21
……抵抗（充電手段）、T31〜T34……NMOS（MOSトラン
ジスタ）、T35……NMOS（充電手段）、T36、T37……NMO
S（分圧手段）、R31……抵抗（充電手段）、Ｌ……信号
線。
フロントページの続き (72)発明者 長井 英一 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−153274（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】光エネルギーにより生成された電荷を漸次
蓄積する蓄積領域を具備した複数の電荷蓄積素子と、 該蓄積領域のそれぞれに設けられた複数のフローティン
グ電極（７）と、 各フローティング電極（７）にそれぞれのゲート電極を
接続すると共にそれぞれのドレイン電極を定電位（GND
又はVA）に接続した複数のMOSトランジスタ（T21〜T24
又はT31〜T34）と、 該複数のMOSトランジスタのそれぞれのソース電極に共
通に接続された信号線（Ｌ）と、 該信号線（Ｌ）を所定の定電位（VC又はGND）に充電す
る充電手段（T25とR21又はT35とR31）と、 前記信号線（Ｌ）の電位に応じて所定の定電位（VA）を
分圧して出力する分圧手段（T26とT27又はT36とT37）と
を備えたことを特徴とするイメージセンサ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62255678A JPH0710097B2 (ja) | 1987-10-09 | 1987-10-09 | イメージセンサ |
| US07/253,646 US4890164A (en) | 1987-10-09 | 1988-10-05 | Image sensor having charge storage regions |
| KR1019880013048A KR920001292B1 (ko) | 1987-06-29 | 1988-10-06 | 전하축적 영역이 있는 영상센서 |
| EP88402546A EP0311529B1 (en) | 1987-10-09 | 1988-10-07 | Image sensor having charge storage regions |
| DE3854985T DE3854985T2 (de) | 1987-10-09 | 1988-10-07 | Bildsensor mit Ladungsspeichergebieten |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62255678A JPH0710097B2 (ja) | 1987-10-09 | 1987-10-09 | イメージセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0198259A JPH0198259A (ja) | 1989-04-17 |
| JPH0710097B2 true JPH0710097B2 (ja) | 1995-02-01 |
Family
ID=17282105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62255678A Expired - Fee Related JPH0710097B2 (ja) | 1987-06-29 | 1987-10-09 | イメージセンサ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4890164A (ja) |
| EP (1) | EP0311529B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0710097B2 (ja) |
| KR (1) | KR920001292B1 (ja) |
| DE (1) | DE3854985T2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| FR2653627B1 (fr) * | 1989-10-20 | 1996-11-15 | Thomson Composants Militaires | Detecteurs d'images a forte capacite de stockage par pixel. |
| JP2878376B2 (ja) * | 1990-02-28 | 1999-04-05 | キヤノン株式会社 | 光電変換装置 |
| JPH08149376A (ja) * | 1994-11-18 | 1996-06-07 | Olympus Optical Co Ltd | 固体撮像装置 |
| JP3877360B2 (ja) * | 1996-10-31 | 2007-02-07 | オリンパス株式会社 | 固体撮像装置 |
| JP3308904B2 (ja) * | 1998-06-24 | 2002-07-29 | キヤノン株式会社 | 固体撮像装置 |
| KR101711205B1 (ko) | 2009-12-21 | 2017-03-02 | 삼성전자주식회사 | 전계효과 트랜지스터 및 이에 기반한 센서 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4390791A (en) * | 1980-03-31 | 1983-06-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Solid-state photoelectric transducer |
| JPS58127370A (ja) * | 1982-01-25 | 1983-07-29 | Toshiba Corp | 固体撮像装置 |
| JP2514314B2 (ja) * | 1983-04-22 | 1996-07-10 | 旭光学工業株式会社 | 蓄積型光電変換器の蓄積時間制御方法および装置 |
| JPS6074878A (ja) * | 1983-09-30 | 1985-04-27 | Canon Inc | 光電変換器の蓄積時間補正装置 |
| JPH0666914B2 (ja) * | 1984-01-10 | 1994-08-24 | シャープ株式会社 | 固体撮像装置 |
| JPS60153274A (ja) * | 1984-01-23 | 1985-08-12 | Toshiba Corp | 固体撮像装置 |
| JPS61226953A (ja) * | 1985-03-30 | 1986-10-08 | Fujitsu Ltd | イメ−ジセンサ |
-
1987
- 1987-10-09 JP JP62255678A patent/JPH0710097B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1988
- 1988-10-05 US US07/253,646 patent/US4890164A/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-10-06 KR KR1019880013048A patent/KR920001292B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1988-10-07 EP EP88402546A patent/EP0311529B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-10-07 DE DE3854985T patent/DE3854985T2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4890164A (en) | 1989-12-26 |
| JPH0198259A (ja) | 1989-04-17 |
| DE3854985D1 (de) | 1996-03-21 |
| EP0311529A3 (en) | 1991-09-11 |
| EP0311529B1 (en) | 1996-02-07 |
| KR920001292B1 (ko) | 1992-02-10 |
| DE3854985T2 (de) | 1996-06-27 |
| EP0311529A2 (en) | 1989-04-12 |
| KR890007569A (ko) | 1989-06-20 |
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