JP2000224482A - 共用読出し構造を有するアクティブイメージセンサ - Google Patents

共用読出し構造を有するアクティブイメージセンサ

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JP2000224482A
JP2000224482A JP11020502A JP2050299A JP2000224482A JP 2000224482 A JP2000224482 A JP 2000224482A JP 11020502 A JP11020502 A JP 11020502A JP 2050299 A JP2050299 A JP 2050299A JP 2000224482 A JP2000224482 A JP 2000224482A
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nmos transistor
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transistor
image sensor
photodiode
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Ito O
怡棠 王
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 相接する2つのアクティブイメージセンサの
フォトダイオードが一組の読出し回路を共用できるよう
なアクティブイメージセンサを提供すること。 【解決手段】 第1のフォトダイオードおよび第1のN
MOSトランジスタ、第2のフォトダイオードおよび第
2のNMOSトランジスタ、ならびに第3のNMOSト
ランジスタおよび第4のNMOSトランジスタ、を有
し、第1、第2の選択信号およびリセット信号の切り換
えを時間割制御し、合わせて可変電圧源の電位を切り換
えることにより、前記第1、第2のフォトダイオードに
より感知された光度を、前記第4のNMOSトランジス
タのソースにある出力端から読取ることができる共用読
出し構造を有するアクティブイメージセンサ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アクティブイメー
ジセンサ(active image sensor )、特に、共用読出し
構造を有するアクティブイメージセンサに関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】イメージセンサには一般に電荷結合デバ
イスが使用されるが、アクティブイメージセンサを使用
することもできる。このアクティブイメージセンサと
は、標準CMOS工程で生産されるNMOSトランジス
タをフォトダイオードと組み合わせてできるものであ
る。
【0003】アクティブイメージセンサの回路図を図1
に示した。図中示されるように、NMOSトランジスタ
T1のドレインは定圧電圧源VBに、ソースはフォトダ
イオードDpの陰極にそれぞれカップルされており、そ
のフォトダイオードDpの陽極は接地されている。NM
OSトランジスタT2のドレインは前記定圧電圧源VB
に、ソースはNMOSトランジスタT3のドレインに、
そしてゲートはフォトダイオードDpの陰極にそれぞれ
カップルされている。
【0004】アクティブイメージセンサは、フォトダイ
オードDpで光度を感知すると、それを電気信号に変換
してトランジスタT3のソースから出力する。一連の読
出し操作はソースホロワと同じである。その作動原理に
ついて、図2のタイミング図をもとにさらに詳しく説明
する。ただし、図2は説明のための簡略図であり、実際
の電圧値や時間スケールにもとづいて作成したものでは
ない。
【0005】先ず、選択信号SLのパルスがトランジス
タT3のソースに入力され、該トランジスタT3をon
にする。時限(1)の時、トランジスタT1はまだof
fの状態にあり、この時ノードAの電圧VINは、トラ
ンジスタT2、T3を経て増幅された後、readou
t端からV1として出力される。時限(2)の時、トラ
ンジスタT1はリセット信号RSTのパルスを受けてo
nになり、ノードAの電圧に変化を生じさせる。そして
時限(3)の時、トランジスタT1は再びoffにな
り、ノードAの電圧VINはトランジスタT2、T3で
転換された後、readout端からV2として出力さ
れる。以上から、信号V2−V1が光度に相当すること
がわかる。
【0006】一般のイメージセンサは、上述したような
アクティブイメージセンサ複数個を行列状に配置したも
ので、各センサ素子においてイメージの役割を果たすの
はフォトダイオードである。図3は、このようなイメー
ジセンサのIC配線図である。このうち、点線の四角は
各アクティブイメージセンサを表わしており、簡略化の
ため、導線部分は選択信号線SL、リセット信号線RS
T、電圧源導線VB、および出力端導線readout
のみを示した。
【0007】CMOS技術に基づき、各アクティブイメ
ージセンサはそれぞれ選択信号線ST、リセット信号線
RSLの2本の制御線を使用しており、これらはいずれ
もポリシリコンを材料とする。また、電圧源導線VB、
およびreadout端導線はいずれも金属を材料とす
る。
【0008】図1、3によれば、電圧源導線VB、およ
びreadout端導線はそれぞれトランジスタT1、
T2のドレイン、およびトランジスタT3のソース(n
形拡散域)にカップルしており、しかもトランジスタT
1のソースはトランジスタT2のゲート(ポリシリコン
よりなる)にもカップルしているため、各アクティブイ
メージセンサとも接触域とNMOSトランジスタを3個
づつ、そしてフォトダイオードを1個必要とする。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来型の
アクティブイメージセンサにより構成されるイメージセ
ンサでは、フォトダイオード(画素)で感知された光度
の読出しに、その各フォトダイオードごとに、トランジ
スタT1、T2、T3よりなる一組の読出し回路を各別
に必要とし、集積回路の面積を広くするともに製造工程
を複雑にするという不利がある。
【0010】そこで、本発明は、相接する2つのアクテ
ィブイメージセンサのフォトダイオードが一組の読出し
回路を共用できるようなアクティブイメージセンサを提
供し、これによって、集積回路の面積縮小、製造工程の
複雑度の減少に大きく貢献しようとするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明共用読出し構造を
有するアクティブイメージセンサは、可変電圧源の電圧
を適切な時間割方式で制御することにより、2つのフォ
トダイオード(画素)が1組の読出し回路を共用するこ
とができるものであり、このようなアクティブイメージ
センサはまた、従来型のアクティブイメージセンサで必
要とする出力選択トランジスタを必要としない。しか
も、本発明共用読出し構造を有するアクティブイメージ
センサは、NMOSトランジスタを4個、フォトダイオ
ードを2個、そして接触域を3個必要とするだけです
む。
【0012】本発明共用読出し構造を有するアクティブ
イメージセンサは、第1のフォトダイオードおよび第1
のNMOSトランジスタ、第2のフォトダイオードおよ
び第2のNMOSトランジスタ、ならびに、第3のNM
OSトランジスタおよび第4のNMOSトランジスタを
有する。前記第1のフォトダイオードの陽極は接地さ
れ、陰極は前記第1のNMOSトランジスタのソースに
カップルされており、その第1のNMOSトランジスタ
のゲートは第1の選択信号にカップルされる。前記第2
のフォトダイオードの陽極は接地され、陰極は前記第2
のNMOSトランジスタのソースにカップルされてお
り、前記第2のNMOSトランジスタのゲートは第2の
選択信号にカップルされる。
【0013】前記第1および第2のNMOSトランジス
タのドレインは、前記第3のトランジスタのソースおよ
び第4のNMOSトランジスタのゲートとカップルされ
ており、前記第3および第4のNMOSトランジスタの
ドレインはいずれも可変電圧源にカップルされており、
前記第3のNMOSトランジスタのゲートはリセット信
号にカップルされる。前記第1、第2の選択信号および
リセット信号の切り換えを時間割制御し、合わせて前記
可変電圧源の電位を切り換えることにより、前記第1、
第2のフォトダイオードにより感知された光度を、前記
第4のNMOSトランジスタのソースにある出力端re
adoutから読取ることができる。
【0014】前記可変電圧源は、高電圧と低電圧の2つ
の状態に切り換えることができる。共用読出し構造を有
するアクティブイメージセンサの具体的な操作方法を以
下に説明する。
【0015】(1)可変電圧を高電圧状態に切り換える
と、第1(または第2)のNMOSトランジスタが第1
(または第2)の選択信号の出力パルスを受けてonに
なり、前記第4のNMOSトランジスタはそのゲート電
圧値に相当する電圧値をソースから出力して第1の平衡
電圧状態に達する。 (2)前記第3のNMOSトランジスタが前記リセット
信号の出力パルスを受けてonになると、前記第4のN
MOSトランジスタはそのゲート電圧値に相当する電圧
値をソースから出力し、第2の平衡電圧状態に達する。
前記第2および第1の平衡電圧の差が、前記第1(また
は第2)のフォトダイオードが感知した光度に相当す
る。 (3)前記可変電圧を低電圧状態に切り換えると、第1
(または第2)の選択信号からパルスは出力されず、前
記第1(または第2)のNMOSトランジスタはoff
の状態になる。 (4)前記第3のNMOSトランジスタがリセット信号
の出力パルスを受けてonになると、前記第4のNMO
Sトランジスタのゲート電圧がリセットされ、第4のN
MOSトランジスタはoffの状態になる。 (5)以上の動作を繰り返し、各フォトダイオードが感
知した光度を読取っていく。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の目的、特徴および長所を
さらに明瞭にするため、以下に本発明の実施例を挙げて
詳しく説明する。
【0017】実施例 図4に示されるように、本発明に係る共用読出し構造を
有するアクティブイメージセンサの連結関係は次の通り
である。第1のフォトダイオードD1の陽極は接地さ
れ、陰極は第1のNMOSトランジスタM1のソースに
カップルされており、その第1のトランジスタM1のゲ
ートは第1の選択信号S1にカップルされる。第2のフ
ォトダイオードD2の陽極は接地され、陰極は第2のN
MOSトランジスタM2のソースにカップルされてお
り、前記第2のトランジスタM2のゲートは第2の選択
信号S2にカップルされる。
【0018】第3のNMOSトランジスタM3のソース
は、前記第1および第2のトランジスタ(M1、M2)
両者のドレイン、ならびに第4のNMOSトランジスタ
M4のゲートにカップルされており、前記第3および第
4のトランジスタ(M3、M4)両者のドレインは可変
電圧源VCにカップルされており、前記第3のトランジ
スタのゲートはリセット信号RSTにカップルされる。
【0019】前記第1、第2の選択信号(S1、S2)
およびリセット信号RSTの切り換えを時間割制御し、
合わせて前記可変電圧源VCの電位を切り換えることに
より、前記第1、第2のフォトダイオード(D1、D
2)により感知された光度を、前記第4のNMOSトラ
ンジスタM4のソースにある出力端readoutから
読取ることができる。ここで、前記可変電圧源VCは、
高電圧と低電圧の2つの状態(例えば3Vと0Vなど)
に切り換えることができる。
【0020】図5に示されたイメージセンサは、本発明
共用読出し構造を有するアクティブイメージセンサ複数
個を行列状に配置したものである。ここではフォトダイ
オードの所在地のみを示してある。イメージセンサは、
フォトダイオードが感知した光度を水平方向に沿って第
1行から第n行まで読取り、それに処理を加えたものを
光度として出力する。
【0021】本発明では上下に隣り合ったフォトダイオ
ード(D1とD2)が合体して1つの単位となってお
り、前記第1、第2の選択信号(S1、S2)およびリ
セット信号RSTの切り換えを時間割制御し、合わせて
可変電圧源VCの電位を切り換えることにより、共用読
出し構造を有するアクティブイメージセンサとしての目
的を達成している。
【0022】図6により、本発明共用読出し構造を有す
るアクティブイメージセンサの作動原理を説明する。な
お、この図6の波形タイミング図は説明のための簡略図
であって、実際の電圧値や時間スケールに基づいて作成
されたものではない。
【0023】前記可変電圧源VCが高電圧状態(3V)
にあるとき、前記第1のトランジスタM1は前記第1の
選択信号S1の出力パルス(5V)を受けてonとな
る。図6中の時限(a)の時、前記第4のトランジスタ
M4は、ノードBの電圧VR に相当する電圧値をソース
にある出力端readoutから出力する。つまり、第
1の平衡電圧Vout 1が出力されるわけである。リセッ
ト信号の出力パルス(5V)が第3のNMOSトランジ
スタM3に達するとM3はonとなる。このときノード
Bの電圧VR は時限(b)を経て別の電圧値に推移す
る。
【0024】時限(c)の時、リセット信号の出力パル
スは除去され、第3のトランジスタM3は再びoff状
態となる。この時前記第4のトランジスタは、ノードB
の電圧値に相当する電圧値、すなわち第2の平衡電圧V
out 2を出力する。その第2と第1の平衡電圧の差(V
out 2−Vout 1)は、前記第1のフォトダイオードD
1(あるいは第2のフォトダイオードD2)が感知した
光度に相当する。ついで、前記可変電圧源VCを低電圧
状態(0V)に切り換え、前記第1の選択信号SIの出
力パルスを除去し、第1のトランジスタM1をoff状
態にする。
【0025】時限(d)では、前記第3のトランジスタ
M3が前記リセット信号の出力パルス(5V)を受けて
onとなり、これによってノードBの電圧値を可変電圧
源VCの電位(0V)に近づけ、ノードBの電圧値をリ
セットする。以上よりフォトダイオードD1の読取りが
完了する。
【0026】ついで、フォトダイオードD2が感知した
光度を読取るには、前記第1のトランジスタM1と前記
第1の選択信号S1を、前記第2のトランジスタM2と
前記第2の選択信号S2でそれぞれ置き換え、上述した
手続きを繰り返せばよい。
【0027】前記第1の選択信号S1と前記第2の選択
信号S2のパルスの出力時間が重なることはなく、ま
た、前記第3のトランジスタM3がonになる時間は前
記可変電圧源VCが高電圧状態にある時間よりも短い。
【0028】
【発明の効果】以上詳述したところより明らかなとお
り、本発明に係る共用読出し構造を有するアクティブイ
メージセンサは、1単位として、フォトダイオード2個
に対し、NMOSトランジスタを4個、そして接触域を
3個必要とするだけである。これに対し、従来型のイメ
ージセンサは、1単位として、フォトダイオード1個に
対し、NMOSトランジスタ3個、そして接触域3個が
必要である。
【0029】したがって、解像度が640×480の場
合を例にとると、従来型のイメージセンサを利用した場
合は、フォトダイオードが640×480個、NMOS
トランジスタと接触域をそれぞれ640×480×3個
が必要であるのに対し、本発明によるイメージセンサを
使用すれば、フォトダイオードが640×480個、N
MOSトランジスタが640×480×2個、接触域が
640×480×1.5個、ですみ、必要なNMOSト
ランジスタと接触域の数を大幅に減らせることがわか
る。したがって、集積回路の製作時に面積の大幅な削減
が可能であり、性能向上につながる。
【0030】また、本発明で必要な回路は簡単且つ制御
しやすいため、信頼度の向上に有用である。このほか、
本発明によるアクティブイメージセンサは、従来型のイ
メージセンサに必要な出力選択トランジスタを必要とし
ない。
【0031】以上に好ましい実施例を開示したが、これ
らは決して本発明の範囲を限定するものではなく、当該
技術に熟知した者ならば誰でも、本発明の精神と領域を
脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ
るものであり、従って本発明の保護範囲は特許請求の範
囲で指定した内容を基準とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来型のアクティブイメージセンサの回路図で
ある。
【図2】図1で示された回路の作動タイミング図であ
る。
【図3】従来型のアクティブイメージセンサで構成され
るイメージセンサの概要配置図である。
【図4】本発明の実施例によるアクティブイメージセン
サの回路図である。
【図5】本発明によるアクティブイメージセンサで構成
されるイメージセンサの概要配置図である。
【図6】図4で示される回路の作動タイミング図であ
る。
【符号の説明】
VB 定圧電圧源 T1〜T3 NMOSトランジスタ Dp フォトダイオード RST リセット信号 VIN ノードAにおける電圧 Readout 出力端 SL 選択信号 VC 可変電圧源 M1〜M4 NMOSトランジスタ VR ノードBにおける電圧 S1 第1の選択信号 S2 第2の選択信号 D1、D2 フォトダイオード
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成11年11月22日(1999.11.
22)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 共用読出し構造を有するアクティブ
イメージセンサ
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アクティブイメー
ジセンサ(active image sensor )、特に、共用読出し
構造を有するアクティブイメージセンサに関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】イメージセンサには一般に電荷結合デバ
イスが使用されるが、アクティブイメージセンサを使用
することもできる。このアクティブイメージセンサと
は、標準CMOS工程で生産されるNMOSトランジス
タをフォトダイオードと組み合わせてできるものであ
る。
【0003】アクティブイメージセンサの回路図を図1
に示した。図中示されるように、NMOSトランジスタ
T1のドレインは定圧電圧源VBに、ソースはフォトダ
イオードDpの陰極にそれぞれカップルされており、そ
のフォトダイオードDpの陽極は接地されている。NM
OSトランジスタT2のドレインは前記定圧電圧源VB
に、ソースはNMOSトランジスタT3のドレインに、
そしてゲートはフォトダイオードDpの陰極にそれぞれ
カップルされている。
【0004】アクティブイメージセンサは、フォトダイ
オードDpで光度を感知すると、それを電気信号に変換
してトランジスタT3のソースから出力する。一連の読
出し操作はソースホロワと同じである。その作動原理に
ついて、図2のタイミング図をもとにさらに詳しく説明
する。ただし、図2は説明のための簡略図であり、実際
の電圧値や時間スケールにもとづいて作成したものでは
ない。
【0005】先ず、選択信号SLのパルスがトランジス
タT3のソースに入力され、該トランジスタT3をon
にする。時限(1)の時、トランジスタT1はまだof
fの状態にあり、この時ノードAの電圧VINは、トラ
ンジスタT2、T3を経て増幅された後、readou
t端からV1として出力される。時限(2)の時、トラ
ンジスタT1はリセット信号RSTのパルスを受けてo
nになり、ノードAの電圧に変化を生じさせる。そして
時限(3)の時、トランジスタT1は再びoffにな
り、ノードAの電圧VINはトランジスタT2、T3で
転換された後、readout端からV2として出力さ
れる。以上から、信号V2−V1が光度に相当すること
がわかる。
【0006】一般のイメージセンサは、上述したような
アクティブイメージセンサ複数個を行列状に配置したも
ので、各センサ素子においてイメージの役割を果たすの
はフォトダイオードである。図3は、このようなイメー
ジセンサのIC配線図である。このうち、点線の四角は
各アクティブイメージセンサを表わしており、簡略化の
ため、導線部分は選択信号線SL、リセット信号線RS
T、電圧源導線VB、および出力端導線readout
のみを示した。
【0007】CMOS技術に基づき、各アクティブイメ
ージセンサはそれぞれ選択信号線ST、リセット信号線
RSTの2本の制御線を使用しており、これらはいずれ
もポリシリコンを材料とする。また、電圧源導線VB、
およびreadout端導線はいずれも金属を材料とす
る。
【0008】図1、3によれば、電圧源導線VB、およ
びreadout端導線はそれぞれトランジスタT1、
T2のドレイン、およびトランジスタT3のソース(n
形拡散域)にカップルしており、しかもトランジスタT
1のソースはトランジスタT2のゲート(ポリシリコン
よりなる)にもカップルしているため、各アクティブイ
メージセンサとも接触域とNMOSトランジスタを3個
ずつ、そしてフォトダイオードを1個必要とする。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来型の
アクティブイメージセンサにより構成されるイメージセ
ンサでは、フォトダイオード(画素)で感知された光度
の読出しに、その各フォトダイオードごとに、トランジ
スタT1、T2、T3よりなる一組の読出し回路を各別
に必要とし、集積回路の面積を広くするともに製造工程
を複雑にするという不利がある。
【0010】そこで、本発明は、相接する2つのアクテ
ィブイメージセンサのフォトダイオードが一組の読出し
回路を共用できるようなアクティブイメージセンサを提
供し、これによって、集積回路の面積縮小、製造工程の
複雑度の減少に大きく貢献しようとするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の共用読出し構造
を有するアクティブイメージセンサは、可変電圧源の電
圧を適切な時間割方式で制御することにより、2つのフ
ォトダイオード(画素)が1組の読出し回路を共用する
ことができるものであり、このようなアクティブイメー
ジセンサはまた、従来型のアクティブイメージセンサで
必要とする出力選択トランジスタを必要としない。しか
も、本発明の共用読出し構造を有するアクティブイメー
ジセンサは、NMOSトランジスタを4個、フォトダイ
オードを2個、そして接触域を3個必要とするだけです
む。
【0012】すなわち、本発明の共用読出し構造を有す
るアクティブイメージセンサは、第1のフォトダイオー
ドD1の陽極は接地され、陰極は第1のNMOSトラン
ジスタM1のソースにカップルされており、その第1の
NMOSトランジスタM1のゲートは第1の選択信号S
1にカップルされる、第1のフォトダイオードD1およ
びその選択用の第1のNMOSトランジスタM1、第2
のフォトダイオードD2の陽極は接地され、陰極は第2
のNMOSトランジスタM2のソースにカップルされて
おり、その第2のNMOSトランジスタM2のゲートは
第2の選択信号S2にカップルされる、第2のフォトダ
イオードD2およびその選択用の第2のNMOSトラン
ジスタM2、ならびに第1および第2のNMOSトラン
ジスタM1、M2のドレインは、第3のNMOSトラン
ジスタM3のソースおよび第4のNMOSトランジスタ
M4のゲートとカップルされており、第3および第4の
NMOSトランジスタM3。M4のドレインはいずれ
も、高電位と低電位の2段階の電圧値に切り換える可変
電圧源VCにカップルされており、第3のNMOSトラ
ンジスタM3のゲートはリセット信号RSTにカップル
され、第4のNMOSトランジスタM4のソースに読み
出しの出力端がある、リセット用の第3のNMOSトラ
ンジスタおよび読み出し用の第4のNMOSトランジス
タ、を有する。そして、可変電圧源VCが高電位のと
き、第1のトランジスタM1が第1の選択信号S1の出
力パルスを受けて、または第2のトランジスタM2が第
2の選択信号S2の出力パルスを受けてonとなると、
第4のトランジスタM4は、4個のトタンジスタM1、
M2、M3、M4の接続点であるノードBの電圧に相当
する第1の平衡電圧をソースから出力する。また、第3
のNMOSトランジスタM3にリセット信号RSTが入
力されてこれがonとなると、ノードBの電圧が別の電
圧値に推移した後、リセット信号RSTの除去とともに
第3のトランジスタM3が再びoffとなって、第4の
トランジスタM4のソースからノードBの電圧値に相当
する第2の平衡電圧が出力される。そして、これら第2
と第1の平衡電圧の差が、第1のフォトダイオードD1
又は第2のフォトダイオードD2が感知した光度として
取り出され、ついで、可変電圧源VCを低電位に切り換
え、第1の選択信号SI又は第2の選択信号S2の出力
パルスを除去して第1のトランジスタM1又は第2のト
ランジスタM2をoffにした後、第3のトランジスタ
M3をリセット信号RSTによりonとすることによ
り、ノードBの電圧値をリセットする。
【0013】第1の選択信号S1と第2の選択信号S2
のパルスの出力時間が間が重なることはなく、また、第
3のNMOSトランジスタがonになる時間は可変電圧
源が高電圧状態にある時間よりも短い。
【0014】このアクティブイメージセンサの動作をま
とめると次のようになる。 (1)可変電圧を高電位に切り換えると、第1(または
第2)のNMOSトランジスタが第1(または第2)の
選択信号の出力パルスを受けてonになり、第4のNM
OSトランジスタはそのゲート電圧値に相当する電圧値
をソースから出力して第1の平衡電圧状態に達する。 (2)第3のNMOSトランジスタがリセット信号の出
力パルスを受けてonになると、第4のNMOSトラン
ジスタはそのゲート電圧値に相当する電圧値をソースか
ら出力し、第2の平衡電圧状態に達する。第2および第
1の平衡電圧の差が、第1(または第2)のフォトダイ
オードが感知した光度に相当する。 (3)可変電圧を低電位に切り換えると、第1(または
第2)の選択信号からパルスは出力されず、第1(また
は第2)のNMOSトランジスタはoffの状態にな
る。 (4)第3のNMOSトランジスタがリセット信号の出
力パルスを受けてonになると、第4のNMOSトラン
ジスタのゲート電圧がリセットされ、第4のNMOSト
ランジスタはoffの状態になる。 (5)以上の動作を繰り返し、各フォトダイオードが感
知した光度を読取っていく。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明の目的、特徴および長所を
さらに明瞭にするため、以下に本発明の実施例を挙げて
詳しく説明する。
【0016】実施例 図4に示されるように、本発明に係る共用読出し構造を
有するアクティブイメージセンサの連結関係は次の通り
である。第1のフォトダイオードD1の陽極は接地さ
れ、陰極は第1のNMOSトランジスタM1のソースに
カップルされており、その第1のトランジスタM1のゲ
ートは第1の選択信号S1にカップルされる。第2のフ
ォトダイオードD2の陽極は接地され、陰極は第2のN
MOSトランジスタM2のソースにカップルされてお
り、第2のトランジスタM2のゲートは第2の選択信号
S2にカップルされる。
【0017】第3のNMOSトランジスタM3のソース
は、第1および第2のトランジスタ(M1、M2)両者
のドレイン、ならびに第4のNMOSトランジスタM4
のゲートにカップルされており、第3および第4のトラ
ンジスタ(M3、M4)両者のドレインは可変電圧源V
Cにカップルされており、第3のトランジスタのゲート
はリセット信号RSTにカップルされる。
【0018】第1、第2の選択信号(S1、S2)およ
びリセット信号RSTの切り換えを時間割制御し、合わ
せて可変電圧源VCの電位を切り換えることにより、第
1、第2のフォトダイオード(D1、D2)により感知
された光度を、第4のNMOSトランジスタM4のソー
スにある出力端readoutから読取ることができ
る。ここで、可変電圧源VCは、高電圧と低電圧の2つ
の状態(例えば3Vと0Vなど)に切り換えることがで
きる。
【0019】図5に示されたイメージセンサは、本発明
の共用読出し構造を有するアクティブイメージセンサ複
数個を行列状に配置したものである。ここではフォトダ
イオードの所在地のみを示してある。イメージセンサ
は、フォトダイオードが感知した光度を水平方向に沿っ
て第1行から第n行まで読取り、それに処理を加えたも
のを光度として出力する。
【0020】本発明では上下に隣り合ったフォトダイオ
ード(D1とD2)が合体して1つの単位となってお
り、第1、第2の選択信号(S1、S2)およびリセッ
ト信号RSTの切り換えを時間割制御し、合わせて可変
電圧源VCの電位を切り換えることにより、共用読出し
構造を有するアクティブイメージセンサとしての目的を
達成している。
【0021】図6により、本発明の共用読出し構造を有
するアクティブイメージセンサの作動原理を説明する。
なお、この図6の波形タイミング図は説明のための簡略
図であって、実際の電圧値や時間スケールに基づいて作
成されたものではない。
【0022】可変電圧源VCが高電圧状態(3V)にあ
るとき、第1のトランジスタM1は第1の選択信号S1
の出力パルス(5V)を受けてonとなる。図6中の時
限(a)の時、第4のトランジスタM4は、ノードBの
電圧VR に相当する電圧値をソースにある出力端rea
doutから出力する。つまり、第1の平衡電圧Vou t
1が出力されるわけである。リセット信号の出力パルス
(5V)が第3のNMOSトランジスタM3に達すると
M3はonとなる。このときノードBの電圧VR は時限
(b)を経て別の電圧値に推移する。
【0023】時限(c)の時、リセット信号の出力パル
スは除去され、第3のトランジスタM3は再びoff状
態となる。この時第4のトランジスタは、ノードBの電
圧値に相当する電圧値、すなわち第2の平衡電圧Vout
2を出力する。その第2と第1の平衡電圧の差(Vout
2−Vout 1)は、第1のフォトダイオードD1(ある
いは第2のフォトダイオードD2)が感知した光度に相
当する。ついで、可変電圧源VCを低電圧状態(0V)
に切り換え、第1の選択信号SIの出力パルスを除去
し、第1のトランジスタM1をoff状態にする。
【0024】時限(d)では、第3のトランジスタM3
がリセット信号の出力パルス(5V)を受けてonとな
り、これによってノードBの電圧値を可変電圧源VCの
電位(0V)に近づけ、ノードBの電圧値をリセットす
る。以上よりフォトダイオードD1の読取りが完了す
る。
【0025】ついで、フォトダイオードD2が感知した
光度を読取るには、第1のトランジスタM1と第1の選
択信号S1を、第2のトランジスタM2と第2の選択信
号S2でそれぞれ置き換え、上述した手続きを繰り返せ
ばよい。
【0026】第1の選択信号S1と第2の選択信号S2
のパルスの出力時間が重なることはなく、また、第3の
トランジスタM3がonになる時間は可変電圧源VCが
高電圧状態にある時間よりも短い。
【0027】
【発明の効果】以上詳述したところより明らかなとお
り、本発明に係る共用読出し構造を有するアクティブイ
メージセンサは、1単位として、フォトダイオード2個
に対し、NMOSトランジスタを4個、そして接触域を
3個必要とするだけである。これに対し、従来型のイメ
ージセンサは、1単位として、フォトダイオード1個に
対し、NMOSトランジスタ3個、そして接触域3個が
必要である。
【0028】したがって、解像度が640×480の場
合を例にとると、従来型のイメージセンサを利用した場
合は、フォトダイオードが640×480個、NMOS
トランジスタと接触域をそれぞれ640×480×3個
が必要であるのに対し、本発明によるイメージセンサを
使用すれば、フォトダイオードが640×480個、N
MOSトランジスタが640×480×2個、接触域が
640×480×1.5個、ですみ、必要なNMOSト
ランジスタと接触域の数を大幅に減らせることがわか
る。よって、集積回路の製作時に面積の大幅な削減が可
能であり、性能向上につながる。
【0029】また、本発明で必要な回路は簡単且つ制御
しやすいため、信頼度の向上に有用である。このほか、
本発明によるアクティブイメージセンサは、従来型のイ
メージセンサに必要な出力選択トランジスタを必要とし
ない。
【0030】以上に好ましい実施例を開示したが、これ
らは決して本発明の範囲を限定するものではなく、当該
技術に熟知した者ならば誰でも、本発明の精神と領域を
脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ
るものであり、従って本発明の保護範囲は特許請求の範
囲で指定した内容を基準とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来型のアクティブイメージセンサの回路図で
ある。
【図2】図1で示された回路の作動タイミング図であ
る。
【図3】従来型のアクティブイメージセンサで構成され
るイメージセンサの概要配置図である。
【図4】本発明の実施例によるアクティブイメージセン
サの回路図である。
【図5】本発明によるアクティブイメージセンサで構成
されるイメージセンサの概要配置図である。
【図6】図4で示される回路の作動タイミング図であ
る。
【符号の説明】 VB 定圧電圧源 T1〜T3 NMOSトランジスタ Dp フォトダイオード RST リセット信号 VIN ノードAにおける電圧 Readout 出力端 SL 選択信号 VC 可変電圧源 M1〜M4 NMOSトランジスタ VR ノードBにおける電圧 S1 第1の選択信号 S2 第2の選択信号 D1、D2 フォトダイオード

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1のフォトダイオードの陽極は接地さ
    れ、陰極は第1のNMOSトランジスタのソースにカッ
    プルされており、その第1のNMOSトランジスタのゲ
    ートは第1の選択信号にカップルされる、第1のフォト
    ダイオードおよび第1のNMOSトランジスタ、 第2のフォトダイオードの陽極は接地され、陰極は第2
    のNMOSトランジスタのソースにカップルされてお
    り、その第2のNMOSトランジスタのゲートは第2の
    選択信号にカップルされる、第2のフォトダイオードお
    よび第2のNMOSトランジスタ、ならびに前記第1お
    よび第2のNMOSトランジスタのドレインは、第3の
    NMOSトランジスタのソースおよび第4のNMOSト
    ランジスタのゲートとカップルされており、前記第3お
    よび第4のNMOSトランジスタのドレインはいずれも
    可変電圧源にカップルされており、前記第3のNMOS
    トランジスタのゲートはリセット信号にカップルされ
    る、第3のNMOSトランジスタおよび第4のNMOS
    トランジスタ、を有し、 前記第1、第2の選択信号およびリセット信号の切り換
    えを時間割制御し、合わせて前記可変電圧源の電位を切
    り換えることにより、前記第1、第2のフォトダイオー
    ドにより感知された光度を、前記第4のNMOSトラン
    ジスタのソースにある出力端から読取ることができるこ
    とを特徴とする、共用読出し構造を有するアクティブイ
    メージセンサ。
  2. 【請求項2】 前記可変電圧源が高電圧と低電圧の2つ
    の状態に切り換えることができ、前記アクティブイメー
    ジセンサの作動順序が、 (1)可変電圧源を高電圧状態に切り換え、第1(また
    は第2)のNMOSトランジスタに第1(または第2)
    の選択信号の出力パルスを入力してonにし、前記第4
    のNMOSトランジスタのソースからゲート電圧値に相
    当する電圧値を出力させ、第1の平衡電圧状態に達する
    ような段階、 (2)前記第3のNMOSトランジスタに前記リセット
    信号の出力パルスを入力してonにし、前記第4のNM
    OSトランジスタのソースからゲート電圧値に相当する
    電圧値を出力させて第2の平衡電圧状態に達し、前記第
    2および第1の平衡電圧の差が、前記第1(または第
    2)のフォトダイオードが感知した光度に相当するよう
    にする段階、 (3)前記可変電圧源を低電圧状態に切り換え、第1
    (または第2)の選択信号からのパルスの出力をやめ、
    前記第1(または第2)のNMOSトランジスタをof
    fの状態にする段階、 (4)前記第3のNMOSトランジスタにリセット信号
    の出力パルスを入力してonにすることにより、前記第
    4のNMOSトランジスタのゲート電圧をリセットし、
    第4のNMOSトランジスタをoffの状態にする段
    階、 (5)以上の一連の動作を繰り返し、次のフォトダイオ
    ードが感知した光度を読取る段階、 の各段階よりなることを特徴とする、請求項1に記載の
    アクティブイメージセンサ。
  3. 【請求項3】 前記第1の選択信号と前記第2の選択信
    号のパルスの出力時間が重なることはなく、また、前記
    第3のNMOSトランジスタがonになる時間は前記可
    変電圧源が高電圧状態にある時間よりも短いことを特徴
    とする、請求項2に記載の共用読出し構造を有するアク
    ティブイメージセンサ。
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