JPH0767152B2 - イメージセンサとその駆動方法 - Google Patents
イメージセンサとその駆動方法Info
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- JPH0767152B2 JPH0767152B2 JP5066367A JP6636793A JPH0767152B2 JP H0767152 B2 JPH0767152 B2 JP H0767152B2 JP 5066367 A JP5066367 A JP 5066367A JP 6636793 A JP6636793 A JP 6636793A JP H0767152 B2 JPH0767152 B2 JP H0767152B2
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- photosensitive element
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- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/701—Line sensors
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
- H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
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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
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
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- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
- H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電界効果型トランジスタ
をスイッチング素子とする単一，１次元，２次元のイメ
ージセンサとその駆動方法に関する。
をスイッチング素子とする単一，１次元，２次元のイメ
ージセンサとその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、イメージセンサは電荷結合素子と
フォトダイオードで構成される、いわゆるＣＣＤと呼ば
れるものと、ＭＯＳ型の電界効果トランジスタとフォト
ダイオードで構成される、いわゆるＭＯＳ型と呼ばれる
ものに大別される。本発明はこのＭＯＳ型のイメージセ
ンサに関するものである。
フォトダイオードで構成される、いわゆるＣＣＤと呼ば
れるものと、ＭＯＳ型の電界効果トランジスタとフォト
ダイオードで構成される、いわゆるＭＯＳ型と呼ばれる
ものに大別される。本発明はこのＭＯＳ型のイメージセ
ンサに関するものである。
【０００３】ＭＯＳ型のイメージセンサは一般に電荷蓄
積型の動作を行う。図８はその基本回路を示している。
図において４１はフォトダイオードやフォトコンダクタ
等の感光素子、４２はバイアス電源、４３，４４はＭＯ
Ｓ型トランジスタからなるスイッチで、トランジスタ４
３は素子選択用、トランジスタ４４はリセット用であ
る。また、４５，４６はそれぞれのゲート端子、４７は
増幅器、４８は出力端子を示している。この場合、基本
動作はスイッチ４３がなくても行えるが、一般の１次
元，２次元センサの構成がこのようになっているので、
この図で説明する。
積型の動作を行う。図８はその基本回路を示している。
図において４１はフォトダイオードやフォトコンダクタ
等の感光素子、４２はバイアス電源、４３，４４はＭＯ
Ｓ型トランジスタからなるスイッチで、トランジスタ４
３は素子選択用、トランジスタ４４はリセット用であ
る。また、４５，４６はそれぞれのゲート端子、４７は
増幅器、４８は出力端子を示している。この場合、基本
動作はスイッチ４３がなくても行えるが、一般の１次
元，２次元センサの構成がこのようになっているので、
この図で説明する。
【０００４】電荷蓄積型ではまずスイッチ４３，４４が
オン状態になり、感光素子４１の等価容量に電荷を蓄積
する。この時、感光素子４１の両端の電圧はバイアス電
源４２の電圧に等しくなる。その後、スイッチ４３，４
４がオフになると感光素子４１は回路から切り離された
状態となる。その状態で感光素子４１に光が当たると光
電流が流れ先に充電した電荷を消去する。消去される電
荷量は光量に依存する。従って、感光素子４１の電圧は
光量によって変動する。一定期間（この期間を蓄積時間
と呼ぶ）光を当てた後、スイッチ４３をオンにすれば増
幅器４７で感光素子４１の電圧を読むことができる。こ
れが増幅されて出力端子４８に出ることになる。この
後、スイッチ４４を再びオンにして上記の動作を繰り返
す。
オン状態になり、感光素子４１の等価容量に電荷を蓄積
する。この時、感光素子４１の両端の電圧はバイアス電
源４２の電圧に等しくなる。その後、スイッチ４３，４
４がオフになると感光素子４１は回路から切り離された
状態となる。その状態で感光素子４１に光が当たると光
電流が流れ先に充電した電荷を消去する。消去される電
荷量は光量に依存する。従って、感光素子４１の電圧は
光量によって変動する。一定期間（この期間を蓄積時間
と呼ぶ）光を当てた後、スイッチ４３をオンにすれば増
幅器４７で感光素子４１の電圧を読むことができる。こ
れが増幅されて出力端子４８に出ることになる。この
後、スイッチ４４を再びオンにして上記の動作を繰り返
す。
【０００５】以上は単体のイメージセンサの例である
が、１次元，２次元の場合もスイッチ４３がマトリクス
状になるだけで基本的には同じである。また、場合によ
っては特開昭６０−６９９６９号公報や特開昭６０−６
９９６８号公報等に開示されているようにスイッチ４３
と増幅器４７の位置が入れ代わったものもある。
が、１次元，２次元の場合もスイッチ４３がマトリクス
状になるだけで基本的には同じである。また、場合によ
っては特開昭６０−６９９６９号公報や特開昭６０−６
９９６８号公報等に開示されているようにスイッチ４３
と増幅器４７の位置が入れ代わったものもある。
【０００６】また、これらのＭＯＳ型トランジスタや増
幅器，感光素子は単結晶シリコンのみでなく、近年では
多結晶シリコンや非晶質シリコン等からなる薄膜トラン
ジスタをスイッチや増幅器に用いたものや、感光素子と
して非晶質シリコンを用いたものがよく用いられるよう
になってきている。
幅器，感光素子は単結晶シリコンのみでなく、近年では
多結晶シリコンや非晶質シリコン等からなる薄膜トラン
ジスタをスイッチや増幅器に用いたものや、感光素子と
して非晶質シリコンを用いたものがよく用いられるよう
になってきている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来型のイメージセン
サには雑音に関して大きな問題点がある。一般に、イメ
ージセンサの光信号は非常に小さい。例えば、ファクシ
ミリ用の密着型１次元イメージセンサにおいて解像度が
１６本／ｍｍ、１ライン当たりの蓄積時間が１ｍ秒、セ
ンサ面上の照度を１００ルクスとした場合、１つのセン
サ素子で得られる光による電荷はせいぜい０．１５ｐＣ
である。基本回路上の容量が数ｐＦであるとすれば信号
電圧はわずか数十ｍＶ程度ということになる。これは図
８において増幅器４７が素子の極近傍に設けられた場合
のことであって、複数の素子あるいはすべての素子の増
幅用に離れたところに形成された場合には容量が増加す
るため電圧はさらに小さくなる。
サには雑音に関して大きな問題点がある。一般に、イメ
ージセンサの光信号は非常に小さい。例えば、ファクシ
ミリ用の密着型１次元イメージセンサにおいて解像度が
１６本／ｍｍ、１ライン当たりの蓄積時間が１ｍ秒、セ
ンサ面上の照度を１００ルクスとした場合、１つのセン
サ素子で得られる光による電荷はせいぜい０．１５ｐＣ
である。基本回路上の容量が数ｐＦであるとすれば信号
電圧はわずか数十ｍＶ程度ということになる。これは図
８において増幅器４７が素子の極近傍に設けられた場合
のことであって、複数の素子あるいはすべての素子の増
幅用に離れたところに形成された場合には容量が増加す
るため電圧はさらに小さくなる。
【０００８】信号が小さいために増幅器が設けられてい
るわけであるが、増幅器への入力信号が小さい場合、増
幅器の入力オフセットが無視できなくなってくる。一般
の演算増幅器の入力オフセットは１〜数ｍＶのオーダで
あり、その変動量も大体同じオーダが見込まれる。信号
電圧が最大でも数十ｍＶであるとすると、条件の良い場
合でもＳ／Ｎは２桁とれないことになる。２値の場合な
らともかく、中間調を出すには不十分である。
るわけであるが、増幅器への入力信号が小さい場合、増
幅器の入力オフセットが無視できなくなってくる。一般
の演算増幅器の入力オフセットは１〜数ｍＶのオーダで
あり、その変動量も大体同じオーダが見込まれる。信号
電圧が最大でも数十ｍＶであるとすると、条件の良い場
合でもＳ／Ｎは２桁とれないことになる。２値の場合な
らともかく、中間調を出すには不十分である。
【０００９】増幅器が単一で、全ての素子の信号検出を
行っている場合は入力オフセットの影響を免れると認識
されがちであるが、これは正しくない。上述したように
増幅器に至るまでの寄生容量による容量増加で光信号そ
のものが小さくなってＳ／Ｎを劣化させることと、温度
変化や経時変化の影響からは逃れられない。また、各素
子に増幅器がついた形のものでは容量を小さく抑えられ
るため信号量は大きくとれるが、各増幅器の入力オフセ
ットのばらつきの影響が無視できない。これらも温度，
経時変化の影響を受ける。特に薄膜トランジスタを用い
て増幅器を構成した場合、薄膜トランジスタの特性ばら
つきが単結晶トランジスタよりもかなり大きいため増幅
器としての特性ばらつきも大きくなる。
行っている場合は入力オフセットの影響を免れると認識
されがちであるが、これは正しくない。上述したように
増幅器に至るまでの寄生容量による容量増加で光信号そ
のものが小さくなってＳ／Ｎを劣化させることと、温度
変化や経時変化の影響からは逃れられない。また、各素
子に増幅器がついた形のものでは容量を小さく抑えられ
るため信号量は大きくとれるが、各増幅器の入力オフセ
ットのばらつきの影響が無視できない。これらも温度，
経時変化の影響を受ける。特に薄膜トランジスタを用い
て増幅器を構成した場合、薄膜トランジスタの特性ばら
つきが単結晶トランジスタよりもかなり大きいため増幅
器としての特性ばらつきも大きくなる。
【００１０】さらに、２次元イメージセンサや１次元イ
メージセンサでもマトリクス駆動を行う場合、単に増幅
器の問題だけでなく配線間の寄生容量による信号のクロ
ストークが問題となる。このように色々な要素がＳ／Ｎ
の低下を招くことになる。
メージセンサでもマトリクス駆動を行う場合、単に増幅
器の問題だけでなく配線間の寄生容量による信号のクロ
ストークが問題となる。このように色々な要素がＳ／Ｎ
の低下を招くことになる。
【００１１】本発明の目的は、上記従来技術の欠点を除
去せしめ、増幅器の入力オフセットや増幅率のばらつ
き、温度変化，経時変化等の影響を受けず、高いＳ／Ｎ
を有するイメージセンサとその駆動方法を提供すること
にある。
去せしめ、増幅器の入力オフセットや増幅率のばらつ
き、温度変化，経時変化等の影響を受けず、高いＳ／Ｎ
を有するイメージセンサとその駆動方法を提供すること
にある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明のイメージセンサ
は、一方の端子が一定の電位に接続された感光素子と、
この感光素子の他方の端子に一方の端子が接続されたア
ナログスイッチと、前記感光素子の他方の端子に入力端
子が接続された増幅器と、前記アナログスイッチの他方
の端子に接続された可変電源と、前記増幅器の出力端子
に接続され、前記増幅器からの信号を保持し、保持され
た信号と、前記増幅器から出力される信号とを比較する
信号検出回路と、を備え、一定期間前記感光素子で発生
する光電荷を蓄積し、これを電圧の変化として読み取る
ことを特徴とする。
は、一方の端子が一定の電位に接続された感光素子と、
この感光素子の他方の端子に一方の端子が接続されたア
ナログスイッチと、前記感光素子の他方の端子に入力端
子が接続された増幅器と、前記アナログスイッチの他方
の端子に接続された可変電源と、前記増幅器の出力端子
に接続され、前記増幅器からの信号を保持し、保持され
た信号と、前記増幅器から出力される信号とを比較する
信号検出回路と、を備え、一定期間前記感光素子で発生
する光電荷を蓄積し、これを電圧の変化として読み取る
ことを特徴とする。
【００１３】本発明のイメージセンサの駆動方法は、前
記アナログスイッチをオンにして前記可変電源から前記
感光素子に電圧を加えることによって前記感光素子に電
荷を充電し、次に前記アナログスイッチをオフにして一
定期間前記感光素子で発生する光電荷を感光素子に蓄積
し、蓄積された後の電圧を前記増幅器で読み取り、これ
を一旦前記信号検出回路に保持し、次に再度前記アナロ
グスイッチをオンにし前記可変電源により少なくとも前
記感光素子の最大電圧変動以上の振幅の電圧を加え、こ
の時の前記増幅器の出力と先に保持した信号とを比較
し、これが同一となる点をもって真の信号として読み取
り、前記アナログスイッチがオフする直前の前記可変電
源の電圧を前記感光素子への充電電圧とすることを特徴
とする。
記アナログスイッチをオンにして前記可変電源から前記
感光素子に電圧を加えることによって前記感光素子に電
荷を充電し、次に前記アナログスイッチをオフにして一
定期間前記感光素子で発生する光電荷を感光素子に蓄積
し、蓄積された後の電圧を前記増幅器で読み取り、これ
を一旦前記信号検出回路に保持し、次に再度前記アナロ
グスイッチをオンにし前記可変電源により少なくとも前
記感光素子の最大電圧変動以上の振幅の電圧を加え、こ
の時の前記増幅器の出力と先に保持した信号とを比較
し、これが同一となる点をもって真の信号として読み取
り、前記アナログスイッチがオフする直前の前記可変電
源の電圧を前記感光素子への充電電圧とすることを特徴
とする。
【００１４】また本発明のイメージセンサの駆動方法
は、前記アナログスイッチをオンにし、前記可変電源か
ら所定の電圧変化を前記増幅器に与え、この可変電源か
らの電圧に対する前記増幅器の出力を前記信号検出回路
に保持しておき、実際の読み取り動作では前記アナログ
スイッチをオンにして前記可変電源から一定電位を前記
感光素子に与えて電荷を充電し、前記アナログスイッチ
をオフにした後一定期間光電荷を前記感光素子に蓄積
し、これを前記増幅器で読み取る動作を行い、この読み
取り値と先に保持した値とを比較して真の信号として読
み取ることを特徴とする。
は、前記アナログスイッチをオンにし、前記可変電源か
ら所定の電圧変化を前記増幅器に与え、この可変電源か
らの電圧に対する前記増幅器の出力を前記信号検出回路
に保持しておき、実際の読み取り動作では前記アナログ
スイッチをオンにして前記可変電源から一定電位を前記
感光素子に与えて電荷を充電し、前記アナログスイッチ
をオフにした後一定期間光電荷を前記感光素子に蓄積
し、これを前記増幅器で読み取る動作を行い、この読み
取り値と先に保持した値とを比較して真の信号として読
み取ることを特徴とする。
【００１５】
【実施例】本発明の実施例について説明する。図１に本
発明の一実施例であるイメージセンサの基本構成を示
す。このイメージセンサは、フォトダイオードやフォト
コンダクタ等の感光素子１と、ＭＯＳ型のトランジスタ
やＭＯＳあるいはＭＩＳ型（金属／絶縁膜／半導体構
造）の薄膜トランジスタ等からなるアナログスイッチ２
と、アナログスイッチのゲート電極３と、参照電圧発生
器４と、増幅器５と、信号検出回路６とから構成されて
いる。
発明の一実施例であるイメージセンサの基本構成を示
す。このイメージセンサは、フォトダイオードやフォト
コンダクタ等の感光素子１と、ＭＯＳ型のトランジスタ
やＭＯＳあるいはＭＩＳ型（金属／絶縁膜／半導体構
造）の薄膜トランジスタ等からなるアナログスイッチ２
と、アナログスイッチのゲート電極３と、参照電圧発生
器４と、増幅器５と、信号検出回路６とから構成されて
いる。
【００１６】従来構造とのもっとも大きな差異は参照電
圧発生器４の有無である。図８に示したように、従来例
ではこれが単なる接地電位であり、バイアス電圧は別途
電源によって与えられている。本発明においては、参照
電圧発生器４がバイアス電圧を与えるとともに、増幅器
５の較正をも行う。
圧発生器４の有無である。図８に示したように、従来例
ではこれが単なる接地電位であり、バイアス電圧は別途
電源によって与えられている。本発明においては、参照
電圧発生器４がバイアス電圧を与えるとともに、増幅器
５の較正をも行う。
【００１７】まず、このイメージセンサの駆動方法につ
いて説明する。図２はイメージセンサの駆動回路の一例
を示している。図において１〜５までは上述したとおり
であり、信号検出回路６は、サンプルホールド回路７
と、コンパレータ８と、信号変換器９とで形成されてい
る。１０は信号出力端子である。また、図中（Ａ）〜
（Ｅ）のシンボルは、図３に示すタイミングチャートに
対応している。
いて説明する。図２はイメージセンサの駆動回路の一例
を示している。図において１〜５までは上述したとおり
であり、信号検出回路６は、サンプルホールド回路７
と、コンパレータ８と、信号変換器９とで形成されてい
る。１０は信号出力端子である。また、図中（Ａ）〜
（Ｅ）のシンボルは、図３に示すタイミングチャートに
対応している。
【００１８】動作の説明は、従来型のイメージセンサと
同様に感光素子１に電圧がかけられて電荷が充電され、
これが蓄積時間中の光電荷によって減じられたところか
らはじめる。この状態で増幅器５は光信号を出力してい
る。このときサンプルホールド回路７に図３（Ｂ）に示
すようにサンプルパルスが加えられると、サンプルホー
ルド回路７は、この信号電圧を保持する。次に図３
（Ａ）に示すようにアナログスイッチ３のゲート電極３
にパルスを加えると、アナログスイッチ２はオン状態と
なり、図３（Ｃ）に示す参照電圧発生器４からの参照電
圧を増幅器５に加えることになる。これを感光素子１の
最大の電圧変化以上の幅に触れるように設計しておけ
ば、参照電圧は必ず信号電圧と同じ電位を通過すること
になる。この参照電圧を増幅器５で増幅したものと、先
にサンプルホールド回路７で保持した電圧がコンパレー
タ８で比較され、コンパレータの出力は図３（Ｅ）に示
すように参照電圧と感光素子の信号電圧が一致したとこ
ろで反転する。従って、このコンパレータの出力が反転
した時の参照電圧を知れば実際の感光素子の電圧を知る
ことができるわけである。信号変換器９の役目はコンパ
レータの変化を関知してその時の参照電圧を出力するこ
とである。さらに、アナログスイッチ２がオンしている
期間の参照電圧の最後の電圧が感光素子に加えるバイア
ス電圧となり、電荷蓄積型の動作を繰り返すことにな
る。
同様に感光素子１に電圧がかけられて電荷が充電され、
これが蓄積時間中の光電荷によって減じられたところか
らはじめる。この状態で増幅器５は光信号を出力してい
る。このときサンプルホールド回路７に図３（Ｂ）に示
すようにサンプルパルスが加えられると、サンプルホー
ルド回路７は、この信号電圧を保持する。次に図３
（Ａ）に示すようにアナログスイッチ３のゲート電極３
にパルスを加えると、アナログスイッチ２はオン状態と
なり、図３（Ｃ）に示す参照電圧発生器４からの参照電
圧を増幅器５に加えることになる。これを感光素子１の
最大の電圧変化以上の幅に触れるように設計しておけ
ば、参照電圧は必ず信号電圧と同じ電位を通過すること
になる。この参照電圧を増幅器５で増幅したものと、先
にサンプルホールド回路７で保持した電圧がコンパレー
タ８で比較され、コンパレータの出力は図３（Ｅ）に示
すように参照電圧と感光素子の信号電圧が一致したとこ
ろで反転する。従って、このコンパレータの出力が反転
した時の参照電圧を知れば実際の感光素子の電圧を知る
ことができるわけである。信号変換器９の役目はコンパ
レータの変化を関知してその時の参照電圧を出力するこ
とである。さらに、アナログスイッチ２がオンしている
期間の参照電圧の最後の電圧が感光素子に加えるバイア
ス電圧となり、電荷蓄積型の動作を繰り返すことにな
る。
【００１９】図３では２回分の信号読み取りを示してい
る。（Ｄ）でＧ点のように大きな光信号に対してはコン
パレータ８の出力はＴ１で示すように短い時間で反転
し、中程度の光信号Ｈ点に対してはＴ２のように中程度
の時間で反転する。全く光が入射しなかった場合、反転
する時間は最も長くなり、ほぼ（Ａ）に示したパルス幅
Ｔに一致する。
る。（Ｄ）でＧ点のように大きな光信号に対してはコン
パレータ８の出力はＴ１で示すように短い時間で反転
し、中程度の光信号Ｈ点に対してはＴ２のように中程度
の時間で反転する。全く光が入射しなかった場合、反転
する時間は最も長くなり、ほぼ（Ａ）に示したパルス幅
Ｔに一致する。
【００２０】ここで注意が必要なのは参照電圧の電圧波
形である。参照電圧に求められるものは電圧変化が感光
素子の電圧変化以上である点と、最終の電圧がバイアス
電圧になることだけであり、図に示したランプ波形であ
る必要はない。例えば２次関数的に増加するものや、指
数関数的に増加するもの、あるいは逆にある電圧からい
ったん減少してバイアス電圧に戻るものであってもかま
わないということである。
形である。参照電圧に求められるものは電圧変化が感光
素子の電圧変化以上である点と、最終の電圧がバイアス
電圧になることだけであり、図に示したランプ波形であ
る必要はない。例えば２次関数的に増加するものや、指
数関数的に増加するもの、あるいは逆にある電圧からい
ったん減少してバイアス電圧に戻るものであってもかま
わないということである。
【００２１】図２の参照電圧発生器４と信号変換器９の
動作について、図４で実現方法の一例を示して補足す
る。図において中央の斜線は参照電圧の変化を示してい
る。この場合、ランプ電圧発生器を参照電圧発生器４と
して用い、信号変換器９はコンパレータ８の反転を検知
して、その時の参照電圧をそのまま信号出力端子１０に
出すもので良い。従って、信号はアナログ量である。
動作について、図４で実現方法の一例を示して補足す
る。図において中央の斜線は参照電圧の変化を示してい
る。この場合、ランプ電圧発生器を参照電圧発生器４と
して用い、信号変換器９はコンパレータ８の反転を検知
して、その時の参照電圧をそのまま信号出力端子１０に
出すもので良い。従って、信号はアナログ量である。
【００２２】信号をデジタルにするにも幾つか方法があ
る。参照電圧発生器４に同様なランプ電圧発生器を用い
た場合で、ランプ電圧が時間に対して線形であれば、カ
ウンタを設けておき、コンパレータ８の反転時にカウン
タの値を信号としても良い。あるいはＤ／Ａコンバータ
を参照電圧発生器４として用いて電圧を階段状に発生さ
せ、コンパレータ８の反転時のＤ／Ａコンバータへの入
力信号を読みとってもよい。
る。参照電圧発生器４に同様なランプ電圧発生器を用い
た場合で、ランプ電圧が時間に対して線形であれば、カ
ウンタを設けておき、コンパレータ８の反転時にカウン
タの値を信号としても良い。あるいはＤ／Ａコンバータ
を参照電圧発生器４として用いて電圧を階段状に発生さ
せ、コンパレータ８の反転時のＤ／Ａコンバータへの入
力信号を読みとってもよい。
【００２３】以上説明したように、本発明においては参
照電圧を使って、感光素子への電荷の充電と、増幅器の
較正を行う。ただし、較正といっても必ずしも増幅器の
入出力の関係をメモリする必要はない。上記説明のよう
に参照電圧と信号電圧が一致する点のみを検出できれば
良いからである。従って、増幅器は線形である必要はな
いし、たとえ温度変化や経時変化で変動してもまったく
問題ない。また、１次元，２次元イメージセンサで複数
の増幅器を使う場合に、各増幅器の入力オフセットや増
幅率等の特性がばらついても、支障なく正確な読み取り
が可能である。本発明の利点はこのような変動要素に対
し強いということである。
照電圧を使って、感光素子への電荷の充電と、増幅器の
較正を行う。ただし、較正といっても必ずしも増幅器の
入出力の関係をメモリする必要はない。上記説明のよう
に参照電圧と信号電圧が一致する点のみを検出できれば
良いからである。従って、増幅器は線形である必要はな
いし、たとえ温度変化や経時変化で変動してもまったく
問題ない。また、１次元，２次元イメージセンサで複数
の増幅器を使う場合に、各増幅器の入力オフセットや増
幅率等の特性がばらついても、支障なく正確な読み取り
が可能である。本発明の利点はこのような変動要素に対
し強いということである。
【００２４】また、上記実施例は特にアナログ回路で構
成されているが、これらはほとんどデジタル回路で置き
換えることもできる。サンプルホールド回路はＡ／Ｄコ
ンバータとラッチ回路で、コンパレータはロジックで構
成される比較器で置き換えられる。信号変換器がデジタ
ル化できることは上述した通りである。
成されているが、これらはほとんどデジタル回路で置き
換えることもできる。サンプルホールド回路はＡ／Ｄコ
ンバータとラッチ回路で、コンパレータはロジックで構
成される比較器で置き換えられる。信号変換器がデジタ
ル化できることは上述した通りである。
【００２５】次に、イメージセンサの駆動方法の他の実
施例について説明する。図５において１〜５は図１と同
じで、信号検出回路６は、Ａ／Ｄコンバータ１１と、信
号変換器１２とから構成されている。１３は信号出力端
子である。信号変換器１２は前記実施例と異なり、メモ
リとロジックから構成されている。この例では最初に参
照電圧発生器４で参照電圧を発生し、これに対応した増
幅器５の出力をＡ／Ｄコンバータ１１でデジタル化し、
信号変換器１２中のメモリに記録しておく。次に、読み
取り動作のとき、読み取り値とこのメモリデータを比較
し出力を算出する。この方法の利点は、毎回参照動作を
行う必要が無いため読み取りを高速化できるということ
である。参照動作によるメモリへの書き込みはイメージ
ングの直前や温度変化を検知するなどして行えば良い。
施例について説明する。図５において１〜５は図１と同
じで、信号検出回路６は、Ａ／Ｄコンバータ１１と、信
号変換器１２とから構成されている。１３は信号出力端
子である。信号変換器１２は前記実施例と異なり、メモ
リとロジックから構成されている。この例では最初に参
照電圧発生器４で参照電圧を発生し、これに対応した増
幅器５の出力をＡ／Ｄコンバータ１１でデジタル化し、
信号変換器１２中のメモリに記録しておく。次に、読み
取り動作のとき、読み取り値とこのメモリデータを比較
し出力を算出する。この方法の利点は、毎回参照動作を
行う必要が無いため読み取りを高速化できるということ
である。参照動作によるメモリへの書き込みはイメージ
ングの直前や温度変化を検知するなどして行えば良い。
【００２６】次に、１次元イメージセンサに応用した実
施例を図６を使って説明する。図において１〜４は上述
した通りである。５は増幅器であるが、この例の場合は
１つのトランジスタを増幅器として使っている。これ
は、感光素子１の電圧変化をトランジスタ５のゲートに
加え、その電圧に対するドレイン電流を読むものであ
る。従って、入力電圧に対するドレイン電流は非線形と
なる。また、１５は各基本素子をスイッチングする素子
選択用スイッチ、１６は信号線、１７はトランジスタか
らなる増幅器５を動作点にバイアスするための負側のバ
イアス電圧、１８は素子選択用信号線、１９は参照電圧
制御用ＡＮＤ回路、２０は参照電圧制御信号線、２１は
シフトレジスタ、２２は正側のバイアス電源、２３は増
幅器、２４は参照電圧のオン・オフを制御する制御回路
である。
施例を図６を使って説明する。図において１〜４は上述
した通りである。５は増幅器であるが、この例の場合は
１つのトランジスタを増幅器として使っている。これ
は、感光素子１の電圧変化をトランジスタ５のゲートに
加え、その電圧に対するドレイン電流を読むものであ
る。従って、入力電圧に対するドレイン電流は非線形と
なる。また、１５は各基本素子をスイッチングする素子
選択用スイッチ、１６は信号線、１７はトランジスタか
らなる増幅器５を動作点にバイアスするための負側のバ
イアス電圧、１８は素子選択用信号線、１９は参照電圧
制御用ＡＮＤ回路、２０は参照電圧制御信号線、２１は
シフトレジスタ、２２は正側のバイアス電源、２３は増
幅器、２４は参照電圧のオン・オフを制御する制御回路
である。
【００２７】１次元の走査は素子選択用信号線１８を次
々にシフトレジスタでオンにすることによって行われ
る。また、制御回路２４からＡＮＤ回路１９をアクティ
ブにする信号を送ることによって参照電圧を素子に加え
ることができる。なお、増幅器２３の出力は先に図２，
図５で示したような信号検出回路が設けられ、同様な方
法で読み取られる。
々にシフトレジスタでオンにすることによって行われ
る。また、制御回路２４からＡＮＤ回路１９をアクティ
ブにする信号を送ることによって参照電圧を素子に加え
ることができる。なお、増幅器２３の出力は先に図２，
図５で示したような信号検出回路が設けられ、同様な方
法で読み取られる。
【００２８】ここで強調しておきたいことは、本実施例
では増幅器５と増幅器２３をトータルで補正することが
でき、これら全ての増幅器の変動やばらつきによる影響
を除去できることである。また、増幅器５が単体のトラ
ンジスタで構成でき、しかもばらつきが問題とならない
ことから、この例では薄膜トランジスタを採用すること
が可能である。薄膜トランジスタの利点はデバイスの高
密度，コンパクト，低コスト化がなされるということで
あり、実用上非常に有利である。
では増幅器５と増幅器２３をトータルで補正することが
でき、これら全ての増幅器の変動やばらつきによる影響
を除去できることである。また、増幅器５が単体のトラ
ンジスタで構成でき、しかもばらつきが問題とならない
ことから、この例では薄膜トランジスタを採用すること
が可能である。薄膜トランジスタの利点はデバイスの高
密度，コンパクト，低コスト化がなされるということで
あり、実用上非常に有利である。
【００２９】最後に、１次元イメージセンサにおいてマ
トリクス型の読み取りを行う場合について図７を用いて
説明する。図において、１〜５は上述した通りである。
２５は全体をいくつかのブロックに分けブロック毎にま
とめてスイッチングするようにブロック選択用信号線２
６でゲートを共通化したブロック選択用スイッチ、１９
は参照電圧制御用ＡＮＤ回路、２７は参照電圧制御信
号、２８は信号線、２９は増幅器、３０は信号変換器、
３１はパラレル／シリアル変換器、３２はシフトレジス
タである。
トリクス型の読み取りを行う場合について図７を用いて
説明する。図において、１〜５は上述した通りである。
２５は全体をいくつかのブロックに分けブロック毎にま
とめてスイッチングするようにブロック選択用信号線２
６でゲートを共通化したブロック選択用スイッチ、１９
は参照電圧制御用ＡＮＤ回路、２７は参照電圧制御信
号、２８は信号線、２９は増幅器、３０は信号変換器、
３１はパラレル／シリアル変換器、３２はシフトレジス
タである。
【００３０】この実施例においては、１つのブロックの
素子はまとめてスイッチングされ、信号はブロック毎に
読み取られる。従って、参照電圧もブロック毎に加えら
れ、信号変換もブロック毎に行われる。その後、パラレ
ル／シリアル変換器３１で信号をシリアル信号に変換し
て出力する。基本的にこのようなマトリクス状の構成は
２次元イメージセンサと同一であり、容易に２次元に拡
張され、２次元センサでも本発明のイメージセンサは適
用可能である。また、このようなマトリクス状の構造で
は従来例で説明したように配線間のクロストークが問題
となるが、本発明によれば増幅器を簡単な構成で作成で
きるためセンサ素子毎に増幅器を設けることができ、ク
ロストークに対しても強くなる。
素子はまとめてスイッチングされ、信号はブロック毎に
読み取られる。従って、参照電圧もブロック毎に加えら
れ、信号変換もブロック毎に行われる。その後、パラレ
ル／シリアル変換器３１で信号をシリアル信号に変換し
て出力する。基本的にこのようなマトリクス状の構成は
２次元イメージセンサと同一であり、容易に２次元に拡
張され、２次元センサでも本発明のイメージセンサは適
用可能である。また、このようなマトリクス状の構造で
は従来例で説明したように配線間のクロストークが問題
となるが、本発明によれば増幅器を簡単な構成で作成で
きるためセンサ素子毎に増幅器を設けることができ、ク
ロストークに対しても強くなる。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば増
幅器の入力オフセットや増幅率のばらつき、それらの温
度，経時変化を簡単に補正でき、Ｓ／Ｎの高いイメージ
センサを実現できる。実際、本発明のイメージセンサと
従来型のイメージセンサを比較してみたところ、例えば
１次元の密着型イメージセンサでは、従来型ではＳ／Ｎ
が１０：１であったものを１００：１以上に引き上げる
ことができた。また、これらを同一環境下におき、温度
を６０℃まで上げたところ従来型ではＳ／Ｎが４〜５：
１に減少したが、本発明のイメージセンサはほぼ１０
０：１以上を維持した。
幅器の入力オフセットや増幅率のばらつき、それらの温
度，経時変化を簡単に補正でき、Ｓ／Ｎの高いイメージ
センサを実現できる。実際、本発明のイメージセンサと
従来型のイメージセンサを比較してみたところ、例えば
１次元の密着型イメージセンサでは、従来型ではＳ／Ｎ
が１０：１であったものを１００：１以上に引き上げる
ことができた。また、これらを同一環境下におき、温度
を６０℃まで上げたところ従来型ではＳ／Ｎが４〜５：
１に減少したが、本発明のイメージセンサはほぼ１０
０：１以上を維持した。
【００３２】さらに、図６に示した回路を多結晶シリコ
ン薄膜トランジスタと非晶質シリコンのフォトダイオー
ドで形成したところ、多結晶シリコン薄膜トランジスタ
のしきい値電圧のばらつきが±１Ｖもあったにもかかわ
らず、Ｓ／Ｎとして１００：１以上の値を得ることがで
きた。このように、本発明のイメージセンサとその駆動
方法を用いれば、すべての変動要素に対して非常に安定
な出力を得ることができるイメージセンサを実現でき
る。
ン薄膜トランジスタと非晶質シリコンのフォトダイオー
ドで形成したところ、多結晶シリコン薄膜トランジスタ
のしきい値電圧のばらつきが±１Ｖもあったにもかかわ
らず、Ｓ／Ｎとして１００：１以上の値を得ることがで
きた。このように、本発明のイメージセンサとその駆動
方法を用いれば、すべての変動要素に対して非常に安定
な出力を得ることができるイメージセンサを実現でき
る。
【図１】本発明のイメージセンサの基本回路構成図であ
る。
る。
【図２】本発明のイメージセンサの一実施例を示す図で
ある。
ある。
【図３】本発明の駆動方法のタイミングチャートを示す
図である。
図である。
【図４】本発明の駆動方法の説明図である。
【図５】本発明のイメージセンサの一実施例を示す図で
ある。
ある。
【図６】本発明のイメージセンサの一実施例を示す図で
ある。
ある。
【図７】本発明のイメージセンサの一実施例を示す図で
ある。
ある。
【図８】従来型イメージセンサの基本構成図である。
１ 感光素子 ２ アナログスイッチ ３ アナログスイッチのゲート電極 ４ 参照電圧発生器 ５ 増幅器 ６ 信号検出回路 ７ サンプルホールド回路 ８ コンパレータ ９ 信号変換器 １０ 信号出力端子 １１ Ａ／Ｄコンバータ １２ 信号変換器 １３ 信号出力端子 １５ 素子選択用スイッチ １６ 信号線 １７ 負側バイアス電源 １８ 素子選択用信号線 １９ 参照電圧制御用ＡＮＤ回路 ２０，２７ 参照電圧制御信号線 ２１ シフトレジスタ ２２ 正側バイアス電源 ２３ 増幅器 ２４ 制御回路 ２５ ブロック選択用スイッチ ２６ ブロック選択用信号線 ２８ 信号線 ２９ 増幅器 ３０ 信号変換器 ３１ パラレル／シリアル変換器 ３２ シフトレジスタ
Claims (5)
- 【請求項１】一方の端子が一定の電位に接続された感光
素子と、 この感光素子の他方の端子に一方の端子が接続されたア
ナログスイッチと、 前記感光素子の他方の端子に入力端子が接続された増幅
器と、 前記アナログスイッチの他方の端子に接続された可変電
源と、 前記増幅器の出力端子に接続され、前記増幅器からの信
号を保持し、保持された信号と、前記増幅器から出力さ
れる信号とを比較する信号検出回路と、 を備え、一定期間前記感光素子で発生する光電荷を蓄積
し、これを電圧の変化として読み取ることを特徴とする
電荷蓄積型のイメージセンサ。 - 【請求項２】前記信号検出回路を、前記増幅器からの信
号を保持するサンプルホールド回路と、このサンプルホ
ールド回路で保持された信号と、前記増幅器から出力さ
れる信号とを比較するコンパレータとで構成することを
特徴とする請求項１記載のイメージセンサ。 - 【請求項３】前記信号検出回路を、前記増幅器からの信
号をデジタル化するＡ／Ｄコンバータと、このＡ／Ｄコ
ンバータからの信号を保持するメモリと、このメモリで
保持された信号と、前記Ａ／Ｄコンバータから出力され
る信号とを比較する論理回路とで構成することを特徴と
する請求項１記載のイメージセンサ。 - 【請求項４】請求項１，２または３記載のイメージセン
サの駆動方法において、 前記アナログスイッチをオンにして前記可変電源から前
記感光素子に電圧を加えることによって前記感光素子に
電荷を充電し、次に前記アナログスイッチをオフにして
一定期間前記感光素子で発生する光電荷を感光素子に蓄
積し、蓄積された後の電圧を前記増幅器で読み取り、こ
れを一旦前記信号検出回路に保持し、次に再度前記アナ
ログスイッチをオンにし前記可変電源により少なくとも
前記感光素子の最大電圧変動以上の振幅の電圧を加え、
この時の前記増幅器の出力と先に保持した信号とを比較
し、これが同一となる点をもって真の信号として読み取
り、前記アナログスイッチがオフする直前の前記可変電
源の電圧を前記感光素子への充電電圧とすることを特徴
とするイメージセンサの駆動方法。 - 【請求項５】請求項１，２または３記載のイメージセン
サの駆動方法において、 前記アナログスイッチをオンにし、前記可変電源から所
定の電圧変化を前記増幅器に与え、この可変電源からの
電圧に対する前記増幅器の出力を前記信号検出回路に保
持しておき、実際の読み取り動作では前記アナログスイ
ッチをオンにして前記可変電源から一定電位を前記感光
素子に与えて電荷を充電し、前記アナログスイッチをオ
フにした後一定期間光電荷を前記感光素子に蓄積し、こ
れを前記増幅器で読み取る動作を行い、この読み取り値
と先に保持した値とを比較して真の信号として読み取る
ことを特徴とするイメージセンサの駆動方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5066367A JPH0767152B2 (ja) | 1993-03-25 | 1993-03-25 | イメージセンサとその駆動方法 |
| US08/215,719 US5479208A (en) | 1993-03-25 | 1994-03-22 | Image sensors and driving method thereof |
| US08/511,444 US5708471A (en) | 1993-03-25 | 1995-08-04 | Image sensors and driving method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5066367A JPH0767152B2 (ja) | 1993-03-25 | 1993-03-25 | イメージセンサとその駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06284342A JPH06284342A (ja) | 1994-10-07 |
| JPH0767152B2 true JPH0767152B2 (ja) | 1995-07-19 |
Family
ID=13313809
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5066367A Expired - Lifetime JPH0767152B2 (ja) | 1993-03-25 | 1993-03-25 | イメージセンサとその駆動方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5479208A (ja) |
| JP (1) | JPH0767152B2 (ja) |
Families Citing this family (45)
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|---|---|---|---|---|
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| DE69525535T2 (de) * | 1995-11-21 | 2002-11-28 | St Microelectronics Srl | Adaptiver optischer Sensor |
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| JP2970844B2 (ja) * | 1997-06-04 | 1999-11-02 | 日本電気株式会社 | 光受信器及びそれを用いた光ネットワークシステム |
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- 1993-03-25 JP JP5066367A patent/JPH0767152B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-03-22 US US08/215,719 patent/US5479208A/en not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-08-04 US US08/511,444 patent/US5708471A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06284342A (ja) | 1994-10-07 |
| US5708471A (en) | 1998-01-13 |
| US5479208A (en) | 1995-12-26 |
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