JPH0945893A - 温度検出装置、これを搭載した電荷転送装置およびカメラ - Google Patents

温度検出装置、これを搭載した電荷転送装置およびカメラ

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JPH0945893A
JPH0945893A JP7194418A JP19441895A JPH0945893A JP H0945893 A JPH0945893 A JP H0945893A JP 7194418 A JP7194418 A JP 7194418A JP 19441895 A JP19441895 A JP 19441895A JP H0945893 A JPH0945893 A JP H0945893A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 被測定デバイスのチップへのオンチップ化が
難しく、被測定デバイスの温度を正確に検出できなかっ
た。 【解決手段】 複数個の光電変換部11からなるセンサ
列12と、このセンサ列12から読み出された信号電荷
を転送する電荷転送レジスタ14と、この電荷転送レジ
スタ14で転送された信号電荷を電圧に変換する電荷電
圧変換部17とを具備するCCDリニアセンサ10にお
いて、電荷転送レジスタ14における通常の信号電荷の
転送時にはその転送周期に同期してリセットパルスφr
soを発生し、信号電荷の非転送時には転送時よりも長
い周期でリセットパルスφrsを発生するリセットパル
ス発生回路16を設け、信号電荷の転送時には電荷電圧
変換部17の出力電圧を信号電圧として導出するのに対
し、非転送時には電荷電圧変換部17の出力電圧を温度
検出電圧として導出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、温度検出装置、こ
れを搭載した電荷転送装置および温度検出装置を搭載し
た固体撮像装置をAF(オートフォーカス)センサとし
て用いたカメラに関する。
【0002】
【従来の技術】固体撮像装置、例えばCCD(Charge Co
upled Device) リニアセンサの用途の1つとして、オー
トフォーカス(以下、AFと略記する)機能を持つカメ
ラに用いるAFセンサがある。簡単なAFセンサでは、
いわゆる三角測量の原理が用いられる。すなわち、図2
3に示すように、一定の距離Lを隔てて2つのレンズ1
01,102を設けるとともに、これらレンズ101,
102の各々に対して一定の距離dをもって2本のCC
Dリニアセンサ103,104を配置する。そして、被
写体Pをレンズ101,102を通してCCDリニアセ
ンサ103,104上に結像したときの各出力信号に基
づいて結像点P1,P2のレンズ101,102の中心
からの距離X1,X2を求め、数1の式を満足するよう
に、レンズ101,102の光軸方向の位置を自動的に
制御するというものである。
【数1】D=d×{L/(X1+X2)}
【0003】上述した如きAFセンサにおいては、低コ
スト化を図るために、レンズとしてプラスチックレンズ
などを用いているのが一般的である。ところで、最近
は、高精度のAFセンサを作製するために、多画素高密
度のCCDリニアセンサを用いる傾向にあり、その場
合、使用するレンズ等の光学系の温度による歪み(収
差)変化などに起因する誤差を無視できなくなるため、
その誤差を補正する必要がでてくる。そのため、温度変
化を検出するための温度検出装置が必要になる。その
際、コスト、スペースなどの観点から、温度検出装置の
CCDチップにオンチップするのが有利であり、またオ
ンチップ化によってAFセンサ自体の温度を正確に測る
ことができるので補正精度も向上できることになる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この温度検出装置とし
て、従来、図23(a),(b)に示すように、pn接
合ダイオードに定常電流を流し、その順方向オン電圧
(ターンオン電圧)の電圧値の温度による変動を利用す
るようにしたものが知られている。これによれば、pn
接合ダイオードの順方向オン電圧の電圧値は、シリコン
Siの場合、常温では約0.7Vの接合電圧値を示す
が、常温での測定と同条件(例えば、電流が同じ)下で
温度が上がればこの接合電圧値は減少する。実際には、
ダイオード1個当り約−2mV/℃程度の変化であるた
め、高精度で温度を検出するためには、図24(a),
(b)に示すように、ダイオードを複数段(本例では、
2段)接続したり、その後段に増幅率の温度依存の少な
い増幅回路を接続する工夫が必要である。
【0005】また、他の温度検出装置として、バイポー
ラトランジスタのベース・エミッタ接合電圧VBEの電圧
値の温度による変動を利用するようにしたものも知られ
ている。しかしながら、pn接合ダイオードやバイポー
ラトランジスタを用いた温度検出装置は、当然のことな
がらバイポーラプロセスによって実現されるため、製造
上、CCDリニアセンサにオンチップするのは困難であ
る。たとえダイオードについてはオンチップできたとし
ても、高精度の増幅回路をオンチップするのは困難であ
る。このような理由から、MOSプロセスによって実現
できる温度検出装置の開発が望まれている。
【0006】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、被測定デバイスのチ
ップにオンチップ可能で、かつ被測定デバイスの温度変
化をより正確に検出できる温度検出装置、これを搭載し
た電荷転送装置およびカメラを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明による温度検出装
置では、信号電荷を転送する電荷転送部と、この電荷転
送部で転送された信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変
換部とを具備する電荷転送装置において、電荷転送部に
おける通常の信号電荷の転送時にはその転送周期に同期
してリセットパルスを発生し、信号電荷の非転送時には
転送時よりも長い周期でリセットパルスを発生するリセ
ットパルス発生回路を設け、信号電荷の転送時には電荷
電圧変換部の出力電圧を信号電圧として導出するのに対
し、非転送時には電荷電圧変換部の出力電圧を温度検出
電圧として導出する。そして、この温度検出装置を固体
撮像装置に搭載するとともに、この固体撮像装置をオー
トフォーカス機能を持つカメラのAFセンサとして用い
る。
【0008】本発明による他の温度検出装置では、信号
電荷を転送する第1の電荷転送部と、この第1の電荷転
送部で転送された信号電荷を電圧に変換する第2の電荷
電圧変換部とを具備する電荷転送装置において、第1の
電荷転送部と同一チップ上に暗電流電荷を転送する第2
の電荷転送部を作製し、この第2の電荷転送部で転送さ
れた電荷を第2の電荷電圧変換部で電圧に変換し、その
出力電圧を温度検出電圧として導出する。そして、この
温度検出装置を固体撮像装置に搭載するとともに、この
固体撮像装置をオートフォーカス機能を持つカメラのA
Fセンサとして用いる。
【0009】本発明によるさらに他の温度検出装置で
は、MOSトランジスタを作製し、このMOSトランジ
スタに対して微小電流を供給する一方、このMOSトラ
ンジスタのゲート下の空乏時のポテンシャルを検出し、
温度検出電圧として出力する。そして、この温度検出装
置を電荷転送装置のチップ上に作製する。また、この温
度検出装置を同一チップ上に作製した固体撮像装置をオ
ートフォーカス機能を持つカメラのAFセンサとして用
いる。
【00010】本発明によるさらに他の温度検出装置で
は、MOSトランジスタを作製し、このMOSトランジ
スタに対して微小電流を供給する一方、このMOSトラ
ンジスタのゲート下の空乏時のポテンシャルを検出し、
この空乏時のポテンシャルを所定の基準電圧になるよう
にフィードバック制御するとともに、温度検出電圧とし
て出力する。そして、この温度検出装置を電荷転送装置
のチップ上に作製する。また、この温度検出装置を同一
チップ上に作製した固体撮像装置をオートフォーカス機
能を持つカメラのAFセンサとして用いる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しつつ詳細に説明する。図1は、本発明の
第1の実施形態に係る温度検出装置を搭載した例えばC
CDリニアセンサを示す構成図である。図1において、
CCDリニアセンサ10は、入射光をその光量に応じた
電荷量の信号電荷に変換して蓄積する光電変換部(画
素)11が複数個(例えば、2000画素分)一次元的
に配列されてなるセンサ列12と、このセンサ列12の
各受光部11から読み出しゲート部13を介して読み出
された信号電荷を一方向に転送するCCDからなる電荷
転送レジスタ14とを有する構成となっている。
【0012】この構成において、読み出しゲート部13
による信号電荷の読み出しは、外部から読み出しゲート
パルスφROGが与えられることによって行われる。ま
た、電荷転送レジスタ14は、転送クロックφ1,φ2
によって2相駆動される。この2相の転送クロックφ
1,φ2は、センサ列12、読み出しゲート部13およ
び電荷転送レジスタ14が作製されたCCDチップにオ
ンチップにて作製されたタイミング発生回路15におい
て、外部から与えられる基準クロックφCLKに基づい
て生成される。このタイミング発生回路15には、後述
するリセットパルスφrsを発生するリセットパルス発
生回路16が内蔵されている。
【0013】電荷転送レジスタ14の転送先側の端部に
は、この電荷転送レジスタ14にて転送された信号電荷
を検出して電圧に変換する例えばフローティング・ディ
フュージョン・アンプ構成の電荷電圧変換部17が設け
られている。この電荷電圧変換部17の後段には、例え
ばソースフォロワ回路からなるバッファ18が設けられ
ている。このバッファ18も、タイミング発生回路15
と同様に、CCDチップにオンチップにて作製されてい
る。以上により、CCDリニアセンサ10が構成されて
おり、その出力信号VoutはCCDチップ外に設けら
れたADコンバータ19にてディジタル化される。
【0014】図2は、電荷電圧変換部17の周辺部分の
構成図である。図2において、電荷電圧変換部17は、
N型半導体基板21の上のPウェル22の表面側に形成
されたN+型拡散層からなるフローティング・ディフュ
ージョン(FD)23およびリセットドレイン(RD)
24と、それらの間のN型拡散層の上方に配されたゲー
ト電極25とからなり、リセットドレイン24には所定
の電圧VRDが印加された構成となっており、フローテ
ィング・ディフュージョン23には電荷転送レジスタ1
4から信号電荷が注入され、ゲート電極25には先述し
たリセットパルスφrsが印加されるようになってい
る。
【0015】なお、電荷電圧変換部17としては、フロ
ーティング・ディフュージョン・アンプ構成のものに限
らず、フローティングゲート構成のものなどであっても
良いことは勿論である。この電荷電圧変換部17の出力
電圧、即ちフローティング・ディフュージョン23から
のFD電圧VFDは、次段のバッファ18に供給され
る。このバッファ18は、入力段を構成する例えば2段
のソースフォロワ回路26と、その出力をサンプルホー
ルドパルスφSHでサンプルホールド(S/H)するサ
ンプルホールド回路27と、そのサンプルホールド出力
をCCDリニアセンサ10の出力信号Voutとして導
出する出力段を構成するソースフォロワ回路28とから
構成されている。
【0016】上記構成のCCDリニアセンサ10におい
て、本発明の第1の実施形態では、暗電流(ダーク電
流)を利用して温度を検出するようにしている。ところ
で、CCDの暗電流は、CCDの発案当初から問題とな
っている物性的な要素である。この暗電流は、時間や温
度や界面の表面準位密度および欠陥密度(ウエハプロセ
ス)などに依存し、時間に対してはリニアに増加し、温
度に対しては指数関数で比例する。実験的には、約8〜
10℃の増加で約2倍の電流値になる。また、密度に依
存するということは、CCDとしてのアクティブ領域
(空乏化領域)の面積を大きくすると増加するというこ
とである。
【0017】通常のCCDの場合は、暗電流は数nA/
cm2 以下という微小電流である。また、最近のフロー
ティング・ディフュージョンの変換効率の上昇により、
出力電圧としては数mV程度の暗時出力電圧(ただし、
センサダーク)として出力されるものもある。しかし、
それでも温度検出出力として取り扱うには、出力レベル
として小さい。そこで、本実施形態では、電荷転送レジ
スタ14の暗電流を電荷電圧検出部17のフローティン
グ・ディフュージョン23に集め、大きな温度検出出力
を取り出すようにしている。
【0018】これを実現するために、図1のリセットパ
ルス発生回路16において、通常信号出力時は各信号電
荷の転送前にリセットパルスφrsを発生させるのに対
し、温度検出時はリセットパルスφrsを大きく間引い
て発生させるようにする。具体的には、通常信号出力時
は各信号電荷転送前に電荷電圧変換部17のフローティ
ング・ディフュージョン23を所定の電位VRDにリセ
ットするためにリセットパルスφrsを立てるが、温度
検出時はフローティング・ディフュージョン23に暗電
流を集める意味でリセットパルスφrsを大きく間引く
ようにする。このとき、図2に示したように、バッファ
18内にサンプルホールド回路27を設けた構成の場合
には、サンプルホールドパルスφSHも同様に間引くよ
うにする必要がある。
【0019】このように、温度検出時には、リセットパ
ルスφrsを大きく間引くことにより、電荷転送レジス
タ14の複数段の暗電流電荷の転送を行ってフローティ
ング・ディフュージョン23に集め、ここで加算できる
ため、大きな暗電流出力を得ることができる。一例とし
て、2000画素のCCDリニアセンサにおいて、例え
ば1列の信号期間ごとに1回リセットパルスφrsをリ
セットパルス発生回路16から発生させるようにすれ
ば、通常の2000倍の暗電流電荷がフローティング・
ディフュージョン23に集まることになる。ただし、温
度検出時には、センサ列12からの信号電荷の読み出し
は行わないようにする、即ち読み出しゲートパルスφR
OGを停止する必要がある。また、転送パルスφ1,φ
2については、通常の信号出力時と同様とする。
【0020】図3は、電荷転送レジスタ14の最終段の
転送パルスφ2、リセットパルスφrs、フローティン
グ・ディフュージョン23の出力電圧VFD、サンプル
ホールドパルスφSHおよびCCDリニアセンサ10の
出力信号Voutのタイミングチャートであり、(a)
は通常信号出力時のものを、(b)は温度検出時のもの
をそれぞれ示している。また、図4に、フローティング
・ディフュージョン23の付近の断面ポテンシャルを示
す。図4から明らかなように、通常信号転送時(a)に
は、信号電荷に微小な暗電流電荷が加わったものになる
のに対し、温度検出時(b)には、微小な暗電流電荷が
複数段分だけ加算されたものになる。
【0021】このようにして得られた暗電流は、前にも
述べたように、約8〜10℃で倍の温度特性を持ち、図
5に示すような温度特性を示す。バッファ18の動作電
圧範囲を大きく設定すれば、−20℃で20mV、60
℃で4V程度の出力に対応できる。理論的にこのような
安定した傾きを示すため、CCDリニアセンサ10の後
段での信号処理にてある基準温度時の出力を記憶してお
けば、温度を正確に見積もることができる。
【0022】図6は、リセットパルス発生回路16の具
体的な構成の一例を示すブロック図である。このリセッ
トパルス発生回路16は、読み出しゲートパルスφRO
GをCL(クリア)入力とし、転送クロックφ1を分周
して2048分周出力Vaおよび1024分周出力Vb
を出力する分周回路31と、2048分周出力Vaと図
1のタイミング発生回路15において通常のタイミング
で発生されるリセットパルスφrsoとを2入力とする
ANDゲート32と、1024分周出力VbをD入力、
リセットパルスφrsoをCK(クロック)入力とする
Dフリップフロップ33と、このDフリップフロップ3
3の正相出力VcをD入力、リセットパルスφrsoを
CK入力するDフリップフロップ34と、Dフリップフ
ロップ33,34の正相出力Vc,逆相出力Vdを2入
力とするORゲート35と、2048分周出力Vaを反
転するインバータ36と、このインバータ36の反転出
力およびORゲート35の出力Veを2入力とするAN
Dゲート37と、ANDゲート37,32の各出力V
f,Vgを2入力とし、リセットパルスφrsを出力す
るORゲート38とから構成されている。
【0023】なお、図6の回路例では、リセットパルス
φrsのみを生成する場合について説明したが、図2に
示したように、バッファ18内にサンプルホールド回路
27を設けた構成の場合には、サンプルホールドパルス
φSHについても同様にして生成することができる。ま
た、リセットパルス発生回路16については、図6の回
路構成に限らず、カウンタやシフトレジスタやデコーダ
を用いて実現することも可能である。図7は、図6の各
部の信号のタイミングチャートである。この例の場合に
は、転送クロックφ1の2048分周出力Vaの1周期
の前半が画素信号出力期間、又その後半においてリセッ
トパルスφrsが発生されるまでが暗電流の蓄積期間、
リセットパルスφrsの発生以降が温度検出期間とな
る。
【0024】図8は、本発明の第2の実施形態に係る温
度検出装置を搭載した例えばCCDリニアセンサを示す
構成図である。第1の実施形態では、信号電荷を転送す
るための電荷転送レジスタ14を温度検出に利用したの
に対し、第2の実施形態においては、温度検出専用に電
荷転送レジスタ41を設けた構成としている。すなわ
ち、図8において、信号電荷を転送するための電荷転送
レジスタ14と同一のCCDチップ上に、例えば電荷転
送レジスタ14と同一段数の電荷転送レジスタ41を形
成するとともに、その転送先側の端部に電荷電圧変換部
42を設け、さらにその後段にバッファ43を配する。
そして、電荷電圧変換部17にはリセットパルスφrs
oを、電荷電圧変換部42にはリセットパルスφrsを
それぞれリセットパルス発生回路16から与える構成と
する。
【0025】ここで、一例として、2000画素のCC
Dリニアセンサにおいて、例えば1列の信号期間ごとに
1回リセットパルスφrsがリセットパルス発生回路1
6から発生されるものとすると、電荷転送レジスタ41
の各段で発生した暗電流電荷が転送クロックφ1,φ2
によって順次電荷電圧変換部42に転送され、そのFD
部で加算される。したがって、通常の2000倍の暗電
流電荷がFD部に集まるため、大きな温度検出出力Vo
ut′として取り出すことができる。特に、電荷転送レ
ジスタ41を温度検出専用に設けたことにより、常時温
度検出が可能となるため、例えば電荷電圧変換部17の
信号電荷の転送期間中であっても温度検出出力Vou
t′を得ることができる。
【0026】なお、この第2の実施形態の場合には、電
荷転送レジスタ41の転送段を電荷転送レジスタ14の
それと同数に設定するとしたが、これに限定されるもの
ではなく、もっと少ない段数にすることも可能である。
少なくした場合には、電荷転送レジスタ41の各転送段
の容量を電荷転送レジスタ14のそれよりも大きくす
る、例えば転送段数を1/10にしたら、転送段の容量
を10倍に設定することで、レベル的に同程度の温度検
出出力Vout′を得ることができる。また、バッファ
43を省略して電荷電圧変換部17,42の各出力電圧
を選択的にバッファ18に供給するように構成すること
も可能である。これによれば、出力系を1系統にするこ
とができる。
【0027】また、上記第1,第2の実施形態では、C
CDリニアセンサに適用した場合について説明したが、
これに限定されるものではなく、CCDエリアセンサや
CCD遅延素子等も含めて空乏化を行い信号電荷を取り
扱う電荷転送装置全般に適用可能である。
【0028】図9は、本発明の第3の実施形態に係る温
度検出装置を搭載した例えばCCDリニアセンサを示す
構成図であり、図中、図1と同等部分には同一符号を付
して示してある。本実施形態では、センサ列12、読み
出しゲート部13、電荷転送レジスタ14、タイミング
発生回路15および電荷電圧変換部18と同一のチップ
(基板)上に、MOSプロセスを用いてポテンシャル‐
電圧変換回路51を作製し、MOSトランジスタの閾値
電圧Vthの温度変化を利用する構成となっている。す
なわち、MOSトランジスタでの温度依存のパラメータ
として閾値電圧Vthとドレイン・ソース電流Idsが
あるが、閾値電圧Vth(ポテンシャルと同等)の温度
変化を利用しようというものである。
【0029】図10(a)にNMOSを用いたポテンシ
ャル‐電圧変換回路の回路例を、図10(b)にPMO
Sを用いたポテンシャル‐電圧変換回路の回路例をそれ
ぞれ示す。これらポテンシャル‐電圧変換回路51は、
電源Vddと接地間に直列に接続された駆動側MOSト
ランジスタM1および負荷側MOSトランジスタM2
と、電源Vddと接地間に直列に接続されて負荷側MO
SトランジスタM2のゲートにバイアス電圧Vggを与
えるダイオード接続のMOSトランジスタM3,M4と
から構成されている。図11(a),(b)に、ポテン
シャル‐電圧変換回路51におけるMOSトランジスタ
M1,M2の部分の断面図およびポテンシャル図を示
す。
【0030】ここで、NMOSを用いたポテンシャル‐
電圧変換回路51の場合を例にとって説明する。MOS
トランジスタM1,M2のチャネル幅をW1,W2、チ
ャネル長をL1,L2とした場合において、W1=W2
とし、L1を小さく、L2を大きく設定する。一例とし
て、L2/L1=100程度とする。これにより、負荷
側MOSトランジスタM2には微小電流が流れ、これに
伴って駆動側MOSトランジスタM1に流れる電流も微
小電流となるため、MOSトランジスタM1のゲート下
のチャネルのポテンシャルVnがそのまま出力電圧Vo
utとなる。すなわち、上述した如きサイズ比を設定す
ることで、MOSトランジスタM1のゲート下の空乏時
のポテンシャルを出力電圧Voutとして検出できる。
【0031】NMOSを用いたポテンシャル‐電圧変換
回路(図10(a)の回路)の入出力特性を図12に示
す。この入出力特性は、Vth=1Vの場合の例であ
る。傾きが1でないのは、バックゲート効果等によるも
のである。また、図13に、Vin=3Vの場合の実際
の温度特性例を示す。この特性図において、温度変化は
−20〜60℃間で0.1〜0.2V程度であるため、
約2mV/℃の温度係数となる。この温度係数では検出
精度を出しにくいため、実用的には、このポテンシャル
‐電圧変換回路(PVC)51を数段カスケード接続し
て使用するのが好ましい。
【0032】図14に、ポテンシャル‐電圧変換回路を
3段カスケード接続した場合の温度検出装置の構成を示
す。図14において、1段目のポテンシャル‐電圧変換
回路51-1の入力端には基準電圧(温度や電源電圧Vd
d等に影響を受けない電圧)を印加し、3段目のポテン
シャル‐電圧変換回路51-3の出力電圧を検出出力とし
て導出する。そして、この検出電圧をCCDチップ外に
設けられたADコンバータ52でディジタル化し、演算
処理回路53においてROM54に予め格納されている
温度係数‐常温での出力電圧のテーブルを用いてADコ
ンバータ52の出力データから温度を計算し、この検出
した温度情報を出力するようにする。
【0033】図15に、ポテンシャル‐電圧変換回路5
1の他の構成例として、PMOSを用いた場合の回路例
を示す。図15において、(a)はMOSトランジスタ
M1に対して負荷抵抗Rを直列に接続した構成となって
おり、(b)はMOSトランジスタM1に対して定電流
源Iを直列に接続した構成となっている。これらの回路
例に示すように、基本的に、1個のMOSトランジスタ
M1と、これに微小電流を流す回路を設けた構成とする
ことにより、MOSトランジスタM1のゲート下の空乏
時のポテンシャルを出力電圧Voutとして検出可能な
ポテンシャル‐電圧変換回路51を構成することができ
る。
【0034】図16は、本発明の第4の実施形態に係る
温度検出装置を搭載した例えばCCDリニアセンサを示
す構成図であり、図中、図1と同等部分には同一符号を
付して示してある。CCDリニアセンサには、図2のバ
ッファ18におけるソースフォロワ回路26,28のバ
イアス電圧Vggを安定化させるためにポテンシャル制
御回路61を有するものがあるが、本実施形態では、こ
のポテンシャル制御回路61を温度検出に利用した構成
となっている。
【0035】図17は、NMOSを用いたポテンシャル
‐電圧変換回路を使用したポテンシャル制御回路の回路
図であり、図中、図10(a)と同等部分には同一符号
を付して示してある。図17において、電源Vddと接
地間に直列に接続された駆動側MOSトランジスタM1
および負荷側MOSトランジスタM2によってポテンシ
ャル‐電圧変換部62が構成され、電源Vddと接地間
に直列に接続されたダイオード接続のMOSトランジス
タM3,M4によって負荷側MOSトランジスタM2の
ゲートにバイアス電圧Vgg1が印加されている。以上
の構成は、図10(a)のポテンシャル‐電圧変換回路
の構成と同じである。
【0036】このポテンシャル‐電圧変換部62の出力
はコンパレータ63の反転(−)入力となり、このコン
パレータ63において、その非反転(+)入力となる基
準電圧Vinと比較される。このコンパレータ63に
は、電源Vddと接地間に直列に接続されたダイオード
接続のMOSトランジスタM5,M6によってバイアス
電圧Vgg2が与えられている。
【0037】コンパレータ63は、電源Vddと接地間
に直列に接続されて(+)側の入力段を構成するMOS
トランジスタM7,M8と、(−)側の入力段を構成す
るMOSトランジスタM9,M10と、ソースが共通接
続されて差動動作をなすMOSトランジスタM12,M
13と、その電流源となるMOSトランジスタM11
と、MOSトランジスタM12,M13の各ドレインと
接地間に接続されて電流ミラー回路を構成するMOSト
ランジスタM14,M15とからなり、MOSトランジ
スタM7,M9,M11の各ゲートにバイアス電圧Vg
g2が印加された構成となっている。
【0038】上記構成のポテンシャル制御回路61にお
いて、ポテンシャル‐電圧変換部62では、第3の実施
形態の場合と同様の原理により、MOSトランジスタM
1のゲート下の空乏時のポテンシャルが検出される。こ
のポテンシャル‐電圧変換部62の出力電圧は、コンパ
レータ63において基準電圧Vinと比較され、その比
較出力によってポテンシャル‐電圧変換部62のMOS
トランジスタM1のゲート電圧を制御する。これによ
り、MOSトランジスタM1のゲート下の空乏時のポテ
ンシャルが、基準電圧Vinに等しくなるようにフィー
ドバック制御される。そして、このポテンシャル制御回
路61の出力電圧Vout′が、図2のバッファ18に
おけるソースフォロワ回路26,28にそのバイアス電
圧Vggとして与えられることで、バイアス電圧Vgg
の安定化が図られる。また、この出力電圧Vout′
は、温度検出電圧としてCCDチップ外に取り出され
る。
【0039】図18に、PMOSを用いたポテンシャル
‐電圧変換回路を使用したポテンシャル制御回路の回路
構成を示す。このポテンシャル制御回路は、図17のポ
テンシャル制御回路とは極性が逆になっている点で相違
しているだけであり、基本的には全く同じ回路構成とな
っている。
【0040】図19に、ポテンシャル制御回路61にお
ける基準電圧対出力電圧の特性を示す。この特性は、V
th=1Vの場合の例である。傾きが1でないのは、バ
ックゲート効果等によるものである。また、図20に、
実際の温度特性例を示す。この特性図において、温度変
化は−20〜60℃間で0.1〜0.2V程度であるた
め、約2mV/℃の温度係数となる。この温度係数では
検出精度を出しにくいため、実用的には、このポテンシ
ャル制御回路(PC)61を数段カスケード接続して使
用するのが好ましい。
【0041】図21に、ポテンシャル制御回路を3段カ
スケード接続した場合の温度検出装置の構成を示す。図
21において、1段目のポテンシャル制御回路61-1の
入力端には基準電圧(温度や電源電圧Vdd等に影響を
受けない電圧)を印加し、3段目のポテンシャル制御回
路61-3の出力電圧を検出出力として導出する。そし
て、第3の実施形態の場合と同様に、この検出電圧をC
CDチップ外に設けられたADコンバータ52でディジ
タル化し、演算処理回路53においてROM54に予め
格納されている温度係数‐常温での出力電圧のテーブル
を用いてADコンバータ52の出力データから温度を計
算し、この検出した温度情報を出力するようにする。
【0042】なお、この第4の実施形態では、図2のバ
ッファ18に与えるバイアス電圧Vggを安定化させる
ためのポテンシャル制御回路61を温度検出に利用する
としたが、バイアス電圧Vggの安定化の回路を持たな
いCCDリニアセンサの場合には、センサ列12、読み
出しゲート部13、電荷転送レジスタ14、タイミング
発生回路15および電荷電圧変換部18と同一のCCD
チップ(基板)上に、MOSプロセスを用いてポテンシ
ャル制御回路61を作製し、その出力電圧の変化分から
周囲温度を求めるようにすれば良い。
【0043】また、上記第3,第4の実施形態では、C
CDリニアセンサに適用した場合について説明したが、
これに限定されるものではなく、CCDエリアセンサや
CCD遅延素子などの電荷転送デバイス全般に適用可能
であり、さらにCCDとは無関係にMOS回路としての
温度検出装置そのものとして使用可能である。
【0044】図22は、第1〜第4の実施形態に係る温
度検出装置を搭載したCCDリニアセンサを、AFセン
サとして用いたオートフォーカス機能を持つカメラの一
例を示す概略構成図である。図22において、カメラ本
体71内には、AFセンサとしてのCCDリニアセンサ
10、その出力信号のピーク値を検出し、これをホール
ドするピークホールド回路72およびCCDリニアセン
サ10を駆動するためのクロックφCLKや読み出しゲ
ートパルスφROG等の各種のタイミング信号を発生す
るタイミングジェネレータ73などが内蔵されている。
【0045】また、外部回路として、ピークホールド回
路72からのピークホールド出力PHoutに基づいて
タイミングジェネレータ73のタイミングを制御するこ
とによって露光時間を調整する露光調整回路74と、ピ
ークホールド回路72からの信号出力Vout(CCD
リニアセンサ10の信号出力と同じ)に基づいてフォー
カスずれ量を算出するとともに、この算出したフォーカ
スずれ量をCCDリニアセンサ10の温度検出出力Vo
ut′に基づいて補正する演算回路75と、この演算回
路75から出力される温度補正後のフォーカスずれ量に
基づいてレンズ76をその光軸方向に移動させることに
よってフォーカス調整を行うAF制御回路77とが設け
られている。
【0046】このように、オートフォーカス機能を持つ
カメラにおいて、温度検出装置をオンチップにて搭載し
たCCDリニアセンサをAFセンサとして用いること
で、AFセンサ自体の温度を正確に測ることができるの
で、使用するレンズ等の光学系の歪み(収差)変化など
に起因する誤差の補正精度を向上できる。したがって、
より正確なオートフォーカス制御が可能となる。
【0047】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の第1,第
2の実施形態によれば、電荷転送部に発生する暗電流を
利用して温度を検出するようにしたことにより、温度検
出装置をオンチップにて実現できるため、被測定デバイ
スの温度をより正確に検出することができる。
【0048】また、本発明の第3,第4の実施形態によ
れば、MOSトランジスタのゲート下の空乏時のポテン
シャルを検出するようにしたことにより、MOSプロセ
スにて温度検出装置を被測定デバイスのチップ上に作製
できるため、被測定デバイスの温度をより正確に検出す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る温度検出装置を
搭載したCCDリニアセンサを示す構成図である。
【図2】電荷電圧変換部の周辺部分の構成図である。
【図3】電荷電圧変換部の周辺部分の動作説明のための
タイミングチャートである。
【図4】FD付近の断面ポテンシャル図である。
【図5】第1の実施形態に係る温度特性図である。
【図6】リセットパルス発生回路の構成の一例を示すブ
ロック図である。
【図7】リセットパルス発生回路の動作説明のためのタ
イミングチャートである。
【図8】本発明の第2の実施形態に係る温度検出装置を
搭載したCCDリニアセンサを示す構成図である。
【図9】本発明の第3の実施形態に係る温度検出装置を
搭載したCCDリニアセンサを示す構成図である。
【図10】ポテンシャル‐電圧変換部の回路構成を示す
回路図である。
【図11】MOSトランジスタM1,M2部分の断面図
およびポテンシャル図である。
【図12】ポテンシャル‐電圧変換回路の入出力特性図
である。
【図13】ポテンシャル‐電圧変換回路の温度特性図で
ある。
【図14】第3の実施形態に係る温度検出装置の構成ブ
ロック図である。
【図15】ポテンシャル‐電圧変換部の他の構成例を示
す回路図である。
【図16】本発明の第4の実施形態に係る温度検出装置
を搭載したCCDリニアセンサを示す構成図である。
【図17】NMOSの場合のポテンシャル制御回路の回
路構成を示す回路図である。
【図18】PMOSの場合のポテンシャル制御回路の回
路構成を示す回路図である。
【図19】ポテンシャル制御回路の入出力特性図であ
る。
【図20】ポテンシャル制御回路の温度特性図である。
【図21】第4の実施形態に係る温度検出装置の構成ブ
ロック図である。
【図22】本発明に係るカメラの一例の概略構成図であ
る。
【図23】オートフォーカス(AF)の原理図である。
【図24】従来例を示す回路図(その1)である。
【図25】従来例を示す回路図(その2)である。
【符号の説明】
10 CCDリニアセンサ 12 センサ列 14,41 電荷転送レジスタ 15 タイミング発生回路 16 リセットパルス発生回路 17,42 電荷電圧変換部 51 ポテンシャル‐電圧変換回路 61 ポテンシャル制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G03B 13/36 G03B 3/00 A H01L 27/148 H01L 27/14 B H04N 5/335 29/76 301C

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 信号電荷を転送する電荷転送部と、 前記電荷転送部における通常の信号電荷の転送時にはそ
    の転送周期に同期してリセットパルスを発生し、信号電
    荷の非転送時には転送時よりも長い周期でリセットパル
    スを発生するリセットパルス発生回路と、 前記リセットパルスに同期してリセット動作を行いつつ
    前記電荷転送部で転送された電荷を電圧に変換し、信号
    電荷の転送時には信号電圧として、非転送時には温度検
    出電圧として出力する電荷電圧変換部とを備えたことを
    特徴とする温度検出装置。
  2. 【請求項2】 信号電荷を転送する電荷転送部と、 前記電荷転送部における通常の信号電荷の転送時にはそ
    の転送周期に同期してリセットパルスを発生し、信号電
    荷の非転送時には転送時よりも長い周期でリセットパル
    スを発生するリセットパルス発生回路と、 前記リセットパルスに同期してリセット動作を行いつつ
    前記電荷転送部で転送された電荷を電圧に変換し、信号
    電荷の転送時には信号電圧として、非転送時には温度検
    出電圧として出力する電荷電圧変換部とを備えたことを
    特徴とする電荷転送装置。
  3. 【請求項3】 入射光をその光量に応じた電荷量の信号
    電荷に変換する複数個の光電変換部からなるセンサ部
    と、 前記センサ部から読み出された信号電荷を転送する電荷
    転送部と、 前記電荷転送部における通常の信号電荷の転送時にはそ
    の転送周期に同期してリセットパルスを発生し、信号電
    荷の非転送時には転送時よりも長い周期でリセットパル
    スを発生するリセットパルス発生回路と、 前記リセットパルスに同期してリセット動作を行いつつ
    前記電荷転送部で転送された電荷を電圧に変換し、信号
    電荷の転送時には信号電圧として、非転送時には温度検
    出電圧として出力する電荷電圧変換部とを具備する固体
    撮像装置をオートフォーカスセンサとして用いたことを
    特徴とするカメラ。
  4. 【請求項4】 信号電荷を転送する第1の電荷転送部
    と、前記第1の電荷転送部で転送された信号電荷を検出
    して電圧に変換する第1の電荷電圧変換部とを具備する
    電荷転送装置において、 前記第1の電荷転送部と同一チップ上に作製されて暗電
    流電荷を転送する第2の電荷転送部と、 前記第2の電荷転送部で転送された電荷を電圧に変換し
    て温度検出電圧として出力する第2の電荷電圧変換部と
    を備えたことを特徴とする温度検出装置。
  5. 【請求項5】 信号電荷を転送する第1の電荷転送部
    と、前記第1の電荷転送部で転送された信号電荷を検出
    して電圧に変換する第1の電荷電圧変換部とを具備する
    電荷転送装置であって、 前記第1の電荷転送部と同一チップ上に作製されて暗電
    流電荷を転送する第2の電荷転送部と、 前記第2の電荷転送部で転送された電荷を電圧に変換し
    て温度検出電圧として出力する第2の電荷電圧変換部と
    を備えたことを特徴とする電荷転送装置。
  6. 【請求項6】 入射光をその光量に応じた電荷量の信号
    電荷に変換する複数個の光電変換部からなるセンサ部
    と、 前記センサ部から読み出された信号電荷を転送する第1
    の電荷転送部と、 前記第1の電荷転送部で転送された信号電荷を検出して
    電圧に変換する第1の電荷電圧変換部と、 前記第1の電荷転送部と同一チップ上に作製されて暗電
    流電荷を転送する第2の電荷転送部と、 前記第2の電荷転送部で転送された電荷を電圧に変換し
    て温度検出電圧として出力する第2の電荷電圧変換部と
    を具備する固体撮像装置をオートフォーカスセンサとし
    て用いたことを特徴とするカメラ。
  7. 【請求項7】 MOSトランジスタと、 前記MOSトランジスタに微小電流を供給する電流供給
    回路と、 前記MOSトランジスタのゲート下の空乏時のポテンシ
    ャルを検出し、温度検出電圧として出力する検出回路と
    を備えたことを特徴とする温度検出装置。
  8. 【請求項8】 信号電荷を転送する電荷転送部と、 前記電荷転送部で転送された信号電荷を検出して電圧に
    変換する電荷電圧変換部と、 前記電荷転送部と同一チップ上に作製されたMOSトラ
    ンジスタと、 前記MOSトランジスタに微小電流を供給する電流供給
    回路と、 前記MOSトランジスタのゲート下の空乏時のポテンシ
    ャルを検出し、温度検出電圧として出力する検出回路と
    を備えたことを特徴とする電荷転送装置。
  9. 【請求項9】 入射光をその光量に応じた電荷量の信号
    電荷に変換する複数個の光電変換部からなるセンサ部
    と、 前記センサ部から読み出された信号電荷を転送する電荷
    転送部と、 前記電荷転送部で転送された信号電荷を検出して電圧に
    変換する電荷電圧変換部と、 前記電荷転送部と同一チップ上に作製されたMOSトラ
    ンジスタと、 前記MOSトランジスタに微小電流を供給する電流供給
    回路と、 前記MOSトランジスタのゲート下の空乏時のポテンシ
    ャルを検出し、温度検出電圧として出力する検出回路と
    を具備する固体撮像装置をオートフォーカスセンサとし
    て用いたことを特徴とするカメラ。
  10. 【請求項10】 MOSトランジスタと、 前記MOSトランジスタに微小電流を供給する電流供給
    回路と、 前記MOSトランジスタのゲート下の空乏時のポテンシ
    ャルを検出し、温度検出電圧として出力する検出回路
    と、 前記空乏時のポテンシャルを所定の基準電圧になるよう
    にフィードバック制御するフィードバック回路とを備え
    たことを特徴とする温度検出装置。
  11. 【請求項11】 信号電荷を転送する電荷転送部と、 前記電荷転送部で転送された信号電荷を検出して電圧に
    変換する電荷電圧変換部と、 前記電荷転送部と同一チップ上に作製されたMOSトラ
    ンジスタと、 前記MOSトランジスタに微小電流を供給する電流供給
    回路と、 前記MOSトランジスタのゲート下の空乏時のポテンシ
    ャルを検出し、温度検出電圧として出力する検出回路
    と、 前記空乏時のポテンシャルを所定の基準電圧になるよう
    にフィードバック制御するフィードバック回路とを備え
    たことを特徴とする電荷転送装置。
  12. 【請求項12】 入射光をその光量に応じた電荷量の信
    号電荷に変換する複数個の光電変換部からなるセンサ部
    と、 前記センサ部から読み出された信号電荷を転送する電荷
    転送部と、 前記電荷転送部で転送された信号電荷を検出して電圧に
    変換する電荷電圧変換部と、 前記電荷転送部と同一チップ上に作製されたMOSトラ
    ンジスタと、 前記MOSトランジスタに微小電流を供給する電流供給
    回路と、 前記MOSトランジスタのゲート下の空乏時のポテンシ
    ャルを検出し、温度検出電圧として出力する検出回路
    と、 前記空乏時のポテンシャルを所定の基準電圧になるよう
    にフィードバック制御するフィードバック回路とを具備
    する固体撮像装置をオートフォーカスセンサとして用い
    たことを特徴とするカメラ。
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JP2006042302A (ja) * 2004-06-22 2006-02-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像素子およびカメラ

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US7140766B2 (en) 1999-08-04 2006-11-28 Given Imaging Ltd. Device, system and method for temperature sensing in an in-vivo device
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