JP3278243B2 - 光電変換装置 - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N5/00—Details of television systems
- H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複写機、ファクシミ
リ、ビデオカメラなどの画像情報処理装置に用いられる
イメージセンサやカメラの自動露光及び／又は自動合焦
装置用のＡＥ／ＡＦセンサなどの光電変換装置に関す
る。
リ、ビデオカメラなどの画像情報処理装置に用いられる
イメージセンサやカメラの自動露光及び／又は自動合焦
装置用のＡＥ／ＡＦセンサなどの光電変換装置に関す
る。
【０００２】
【背景技術の説明】近年、電子技術の発展に伴い、カメ
ラ、複写機、ファクシミリ等の製品の高機能化がはから
れて来た。
ラ、複写機、ファクシミリ等の製品の高機能化がはから
れて来た。
【０００３】例えば、現在、一眼レフカメラにおいて
は、ほとんどの製品に自動露光（ＡＥ：Ａｕｔｏ Ｅｘ
ｐｏｓｕｒｅ）機能、自動合焦（ＡＦ：Ａｕｔｏ Ｆｏ
ｃｕｓｉｎｇ）機能が備えられている。
は、ほとんどの製品に自動露光（ＡＥ：Ａｕｔｏ Ｅｘ
ｐｏｓｕｒｅ）機能、自動合焦（ＡＦ：Ａｕｔｏ Ｆｏ
ｃｕｓｉｎｇ）機能が備えられている。
【０００４】ここで、ＡＥ機能は撮像領域に相当する１
フレーム内の全領域、又は１フレーム内を数個に分割さ
れた領域の絶対光量を計測し、露出量やシャッタ速度を
自動制御するものであり、一方、ＡＦ機能は、被写体パ
ターンの相関演算により被写体距離を算出し、レンズ位
置を自動制御するものである為、精度を上げる為には、
撮像領域をより一層細分化する必要がある。
フレーム内の全領域、又は１フレーム内を数個に分割さ
れた領域の絶対光量を計測し、露出量やシャッタ速度を
自動制御するものであり、一方、ＡＦ機能は、被写体パ
ターンの相関演算により被写体距離を算出し、レンズ位
置を自動制御するものである為、精度を上げる為には、
撮像領域をより一層細分化する必要がある。
【０００５】従って、ＡＥとＡＦでは、撮像領域が異な
る、後処理が異なるという点でそれぞれ別の光電変換装
置（センサ）を用いる必要があり、コスト低減の為、個
々の装置では種々の工夫がなされているものの、大幅な
効果は得られていない。
る、後処理が異なるという点でそれぞれ別の光電変換装
置（センサ）を用いる必要があり、コスト低減の為、個
々の装置では種々の工夫がなされているものの、大幅な
効果は得られていない。
【０００６】又、ＡＥ機能に用いられる測光用センサに
おいては全受光領域の光量を測定する場合、各領域の信
号をログアンプで増幅し、その信号をマルチプレクスす
る方式がとられている。
おいては全受光領域の光量を測定する場合、各領域の信
号をログアンプで増幅し、その信号をマルチプレクスす
る方式がとられている。
【０００７】又、ＡＦ機能に用いられる測距用センサに
おいては、各受光領域を構成する光トランジスタのエミ
ッタを共通にしてピーク信号を測定する方式がとられて
いるが、この方式では全受光領域の絶対光量を測定する
ことが困難であり、ＡＥ機能には用いられていない。
おいては、各受光領域を構成する光トランジスタのエミ
ッタを共通にしてピーク信号を測定する方式がとられて
いるが、この方式では全受光領域の絶対光量を測定する
ことが困難であり、ＡＥ機能には用いられていない。
【０００８】因みに、前者の代表例は米国特許第５，１
１５，１２４号の明細書に詳しく記載されており、後者
の代表例は米国特許第４，７５１，５５９号の明細書に
詳しく記載されている。
１５，１２４号の明細書に詳しく記載されており、後者
の代表例は米国特許第４，７５１，５５９号の明細書に
詳しく記載されている。
【０００９】
【発明が解決する技術課題】前者においては、後段の信
号処理やマルチプレクスする為のデコーダの駆動が複雑
であり、後者の方式はＡＥ機能に向いていない。
号処理やマルチプレクスする為のデコーダの駆動が複雑
であり、後者の方式はＡＥ機能に向いていない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、複数の画素の
それぞれの受光領域に生じた複数の信号を、各画素毎に
個別信号として出力するモ―ドと、混合して出力するモ
―ドとの両方を持った高機能な光電変換装置を提供する
ことを目的とする。
それぞれの受光領域に生じた複数の信号を、各画素毎に
個別信号として出力するモ―ドと、混合して出力するモ
―ドとの両方を持った高機能な光電変換装置を提供する
ことを目的とする。
【００１１】上記目的を達成するために、受光領域と前
記受光領域で生じた信号を増幅して出力するための増幅
手段とを含む画素を複数と、複数の前記画素のそれぞれ
に含まれる前記受光領域で生じた複数の信号を、前記増
幅手段を介さずに混合する混合手段と、前記混合手段に
よって混合された混合信号が出力される第１の出力部
と、複数の前記画素にそれぞれ含まれる前記増幅手段か
らの各画素毎の個別信号が出力される複数の第２の出力
部と、前記複数の第２の出力部からの各個別信号を順次
出力するための共通出力部とを有することを特徴とする
光電変換装置を提供する。
記受光領域で生じた信号を増幅して出力するための増幅
手段とを含む画素を複数と、複数の前記画素のそれぞれ
に含まれる前記受光領域で生じた複数の信号を、前記増
幅手段を介さずに混合する混合手段と、前記混合手段に
よって混合された混合信号が出力される第１の出力部
と、複数の前記画素にそれぞれ含まれる前記増幅手段か
らの各画素毎の個別信号が出力される複数の第２の出力
部と、前記複数の第２の出力部からの各個別信号を順次
出力するための共通出力部とを有することを特徴とする
光電変換装置を提供する。
【００１２】
【作用】本発明によれば、複数の処理に適した信号を得
ることができる。例えば、第１の出力部からの混合信号
を用いて測光動作を行い、第2の出力部からの個別信号
を用いて測距動作を行うことが可能となる。
ることができる。例えば、第１の出力部からの混合信号
を用いて測光動作を行い、第2の出力部からの個別信号
を用いて測距動作を行うことが可能となる。
【００１３】
【実施例】（好適な実施態様の説明）図１は、本発明の
一実施態様による光電変換装置（センサ）の一例を示す
回路図であり、ここでは光電変換要素が３つの場合を示
している。
一実施態様による光電変換装置（センサ）の一例を示す
回路図であり、ここでは光電変換要素が３つの場合を示
している。
【００１４】Ｐｈ1 …Ｐｈ3 は光電変換要素、Ｍ1 、Ｍ
2 は並列接続手段としてのスイッチ素子、Ｖccは電源、
Ｖ01…Ｖ03は出力端子、１００は読出手段である。読出
手段により、スイッチ素子Ｍ1 、Ｍ2 がオンすれば３つ
の要素Ｐｈ1 、Ｐｈ2 、Ｐｈ3 は並列接続され任意の出
力端子から混合信号が得られる。
2 は並列接続手段としてのスイッチ素子、Ｖccは電源、
Ｖ01…Ｖ03は出力端子、１００は読出手段である。読出
手段により、スイッチ素子Ｍ1 、Ｍ2 がオンすれば３つ
の要素Ｐｈ1 、Ｐｈ2 、Ｐｈ3 は並列接続され任意の出
力端子から混合信号が得られる。
【００１５】一方、任意の要素Ｐｈ1 …Ｐｈ3 からの個
別信号を得ようとする場合には読出手段１００によりス
イッチ素子Ｍ1 、Ｍ2 をオフして各端子Ｖ01、Ｖ02、Ｖ
03より独立した個別信号を読み出せばよい。
別信号を得ようとする場合には読出手段１００によりス
イッチ素子Ｍ1 、Ｍ2 をオフして各端子Ｖ01、Ｖ02、Ｖ
03より独立した個別信号を読み出せばよい。
【００１６】図２は上述したセンサの構成の一例を示す
模式図であり、（ａ）はその上面を（ｂ）はＡＡ′線に
よる断面を示している。
模式図であり、（ａ）はその上面を（ｂ）はＡＡ′線に
よる断面を示している。
【００１７】光電変換要素Ｐｈ1 …Ｐｈ3 は基板１０
１、ｎ-層１０２をカソード、Ｐ領域１０３をアノード
とするフォトダイオードで構成されている。
１、ｎ-層１０２をカソード、Ｐ領域１０３をアノード
とするフォトダイオードで構成されている。
【００１８】スイッチ素子Ｍ1 、Ｍ2 はＰ領域１０３を
ソース・ドレインとするＭＯＳ型のトランジスタで構成
されており、１０４をゲート絶縁膜、１０５をゲート電
極として有している。
ソース・ドレインとするＭＯＳ型のトランジスタで構成
されており、１０４をゲート絶縁膜、１０５をゲート電
極として有している。
【００１９】１０６は信号を読み出す為の端子であり、
ゲート電極１０５とともに読出手段１００（図１）に接
続されている。
ゲート電極１０５とともに読出手段１００（図１）に接
続されている。
【００２０】そして、ゲート電極１０５にローレベルの
パルスが印加されるとＰＭＯＳトランジスタＭ1 、Ｍ2
はオンして、受光領域（Ｐ領域）が共通化される。
パルスが印加されるとＰＭＯＳトランジスタＭ1 、Ｍ2
はオンして、受光領域（Ｐ領域）が共通化される。
【００２１】逆にハイレベルのパルスがゲート電極１０
５に印加されるとＰＭＯＳトランジスタＭ1 、Ｍ2 はオ
フして、各受光領域は独立する。
５に印加されるとＰＭＯＳトランジスタＭ1 、Ｍ2 はオ
フして、各受光領域は独立する。
【００２２】そして、このセンサではＰＭＯＳトランジ
スタＭ1 、Ｍ2 の選択的なオン／オフ動作により、受光
領域の大きさを変えることができる。即ち、トランジス
タＭ1 のみをオンさせれば、フォトダイオードＰｈ1 、
Ｐｈ2 の合成信号（混合信号）が得られ、一方、Ｐｈ3
からは単一のフォトダイオードの出力が得られる。同様
にトランジスタＭ2 のみをオンさせれば、フォトダイオ
ードＰｈ2 、Ｐｈ3 の合成信号が得られる。
スタＭ1 、Ｍ2 の選択的なオン／オフ動作により、受光
領域の大きさを変えることができる。即ち、トランジス
タＭ1 のみをオンさせれば、フォトダイオードＰｈ1 、
Ｐｈ2 の合成信号（混合信号）が得られ、一方、Ｐｈ3
からは単一のフォトダイオードの出力が得られる。同様
にトランジスタＭ2 のみをオンさせれば、フォトダイオ
ードＰｈ2 、Ｐｈ3 の合成信号が得られる。
【００２３】又、本発明の上述したセンサは次のような
動作シーケンスに従って動作することができる。即ち、
先ずトランジスタＭ1 、Ｍ2 をオンした状態で全受光領
域の信号を得る。次にトランジスタＭ1 、Ｍ2 をオフし
て各フォトダイオードの信号を並列に得る。こうするこ
とにより合成信号と個別信号とを得ることができる。
動作シーケンスに従って動作することができる。即ち、
先ずトランジスタＭ1 、Ｍ2 をオンした状態で全受光領
域の信号を得る。次にトランジスタＭ1 、Ｍ2 をオフし
て各フォトダイオードの信号を並列に得る。こうするこ
とにより合成信号と個別信号とを得ることができる。
【００２４】更に、上記信号の２回の読み出し動作のそ
れぞれ直前にフォトダイオードをリセット（初期化）す
ることが望ましい。そして、上述した動作は同一の半導
体基板に一体化された駆動回路或いは別のＩＣチップと
して設けられた駆動回路によって制御される。
れぞれ直前にフォトダイオードをリセット（初期化）す
ることが望ましい。そして、上述した動作は同一の半導
体基板に一体化された駆動回路或いは別のＩＣチップと
して設けられた駆動回路によって制御される。
【００２５】本発明に用いられる光電変換要素として
は、上述したフォトダイオードの他に、バイポーラトラ
ンジスタ、接合型電界効果トランジスタ、ゲート絶縁型
電界効果トランジスタ、静電誘導トランジスタ等が挙げ
られる。
は、上述したフォトダイオードの他に、バイポーラトラ
ンジスタ、接合型電界効果トランジスタ、ゲート絶縁型
電界効果トランジスタ、静電誘導トランジスタ等が挙げ
られる。
【００２６】本発明に用いられる並列接続手段としては
トランジスタや電荷結合素子（ＣＣＤ）等が用いられ
る。
トランジスタや電荷結合素子（ＣＣＤ）等が用いられ
る。
【００２７】本発明に用いられる読出手段としては、抵
抗を負荷とするもの、容量を負荷とするもの等があり、
必要に応じてＣＣＤレジスタ、ＢＢＤレジスタ、シフト
レジスタやマルチプレクサ等を含むことにより、出力端
子の数を少なくすることができる。
抗を負荷とするもの、容量を負荷とするもの等があり、
必要に応じてＣＣＤレジスタ、ＢＢＤレジスタ、シフト
レジスタやマルチプレクサ等を含むことにより、出力端
子の数を少なくすることができる。
【００２８】以下、本発明の具体例について詳細に説明
するが、本発明はこれら具体例に限定されることはな
く、本発明の目的を達成するものであればよい。
するが、本発明はこれら具体例に限定されることはな
く、本発明の目的を達成するものであればよい。
【００２９】（実施例１）図３を用いて本発明の第１の
実施例を簡単に説明する。本実施例では光電変換要素と
して、バイポーラ型光電変換要素を１次元状に並べたも
のであり、それぞれのベース領域はＰＭＯＳトランジス
タＭ11〜Ｍ14を介して接続されている。まず、本実施例
における並列出力の読出し動作（読出しモード１）を図
４のタイミングチャートを用いて説明する。
実施例を簡単に説明する。本実施例では光電変換要素と
して、バイポーラ型光電変換要素を１次元状に並べたも
のであり、それぞれのベース領域はＰＭＯＳトランジス
タＭ11〜Ｍ14を介して接続されている。まず、本実施例
における並列出力の読出し動作（読出しモード１）を図
４のタイミングチャートを用いて説明する。
【００３０】本動作を通してφT 、φVCの端子にはＬＯ
Ｗレベルの電圧が印加され、バイポーラトランジスタＢ
1 〜Ｂ4 のエミッタ端子は浮遊状態にある。また、端子
φRにはＬＯＷレベルの電圧が印加され、ＰＭＯＳトラ
ンジスタＭ11〜Ｍ14はＯＮ状態にあり、バイポーラトラ
ンジスタＢ1 〜Ｂ4 のベース領域は並列接続されてい
る。
Ｗレベルの電圧が印加され、バイポーラトランジスタＢ
1 〜Ｂ4 のエミッタ端子は浮遊状態にある。また、端子
φRにはＬＯＷレベルの電圧が印加され、ＰＭＯＳトラ
ンジスタＭ11〜Ｍ14はＯＮ状態にあり、バイポーラトラ
ンジスタＢ1 〜Ｂ4 のベース領域は並列接続されてい
る。
【００３１】時刻ｔ1 においてφBRのパルスをＨｉｇｈ
レベルに立上げると、ＮＭＯＳトランジスタＭBRがＯＮ
状態になり、バイポーラトランジスタＢ1 〜Ｂ4 のベー
ス領域はすべてリセット電圧ＶBRにリセットされる。次
に時刻ｔ2 において、φBRのパルスが立下がると、バイ
ポーラトランジスタＢ1 〜Ｂ4 のベース領域は共通接続
されたまま、浮遊状態になる。
レベルに立上げると、ＮＭＯＳトランジスタＭBRがＯＮ
状態になり、バイポーラトランジスタＢ1 〜Ｂ4 のベー
ス領域はすべてリセット電圧ＶBRにリセットされる。次
に時刻ｔ2 において、φBRのパルスが立下がると、バイ
ポーラトランジスタＢ1 〜Ｂ4 のベース領域は共通接続
されたまま、浮遊状態になる。
【００３２】従って、光電変換装置に照射された光は、
各バイポーラトランジスタのベース・コレクタ間で形成
されるＰＮ接合によって光電変換され、発生したエレク
トロンホール対のホールはベース領域上に蓄積されるこ
とにより、各バイポーラトランジスタのベース線３の電
位は上昇する。
各バイポーラトランジスタのベース・コレクタ間で形成
されるＰＮ接合によって光電変換され、発生したエレク
トロンホール対のホールはベース領域上に蓄積されるこ
とにより、各バイポーラトランジスタのベース線３の電
位は上昇する。
【００３３】次に時刻ｔ3 において、パルスφONが立上
ると、ＮＭＯＳトランジスタＭＡ１がＯＮ状態となり、
従って、ベース線３がゲートに接続されるＮＭＯＳトラ
ンジスタＭＡ２によって増幅され、さらに、出力アンプ
４によって、増幅された信号が出力端子ＯＵＴ１に出力
される。
ると、ＮＭＯＳトランジスタＭＡ１がＯＮ状態となり、
従って、ベース線３がゲートに接続されるＮＭＯＳトラ
ンジスタＭＡ２によって増幅され、さらに、出力アンプ
４によって、増幅された信号が出力端子ＯＵＴ１に出力
される。
【００３４】本動作により、受光領域全域に照射される
光強度が得られ、この信号をもとに不図示の測光手段に
より露光量を決定しＡＥ動作を行なうことができる。
光強度が得られ、この信号をもとに不図示の測光手段に
より露光量を決定しＡＥ動作を行なうことができる。
【００３５】また本実施例において、光キャリアの蓄積
はバイポーラトランジスタのエミッタ端子を浮遊状態に
して行なったが、φVCにＨｉｇｈの電圧を印加し、ベー
ス・エミッタ間が逆バイアス状態にして、蓄積動作を行
なってもよい。この場合、ベース・エミッタ間の接合領
域においても光電変換動作が行なわれ、感度が向上する
と考えられる。
はバイポーラトランジスタのエミッタ端子を浮遊状態に
して行なったが、φVCにＨｉｇｈの電圧を印加し、ベー
ス・エミッタ間が逆バイアス状態にして、蓄積動作を行
なってもよい。この場合、ベース・エミッタ間の接合領
域においても光電変換動作が行なわれ、感度が向上する
と考えられる。
【００３６】次に、個々の光電変換要素の信号読出し動
作（読出しモード２）を図５のタイミングチャートを用
いて簡単に説明する。
作（読出しモード２）を図５のタイミングチャートを用
いて簡単に説明する。
【００３７】まず時刻ｔ1 においてφR にＬｏｗレベル
のパルスが印加され、バイポーラトランジスタＢ1 〜Ｂ
4 のベースが共通接続され、時刻ｔ2 においてφBRが立
上ると、ＮＭＯＳトランジスタＭBRがＯＮ状態となり、
ベース領域は電圧ＶBRにリセットされる。リセットが終
了すると、時刻ｔ3 において、φR のパルスはＭｉｄｄ
ｌｅレベルになり、ＰＭＯＳトランジスタＭ11〜Ｍ14は
ＯＦＦ状態になり、個々の光電変換素子は切り離され
る。
のパルスが印加され、バイポーラトランジスタＢ1 〜Ｂ
4 のベースが共通接続され、時刻ｔ2 においてφBRが立
上ると、ＮＭＯＳトランジスタＭBRがＯＮ状態となり、
ベース領域は電圧ＶBRにリセットされる。リセットが終
了すると、時刻ｔ3 において、φR のパルスはＭｉｄｄ
ｌｅレベルになり、ＰＭＯＳトランジスタＭ11〜Ｍ14は
ＯＦＦ状態になり、個々の光電変換素子は切り離され
る。
【００３８】次に、時刻ｔ4 において、φVCパルスが立
上ると、ＮＭＯＳトランジスタＭ21〜Ｍ24がＯＮ状態に
なり、バイポーラトランジスタＢ1 〜Ｂ4 のエミッタ端
子はすべてＶVCにバイアスされ、さらに、時刻ｔ5 にお
いて、φR パルスがＨｉｇｈレベルまで立上ると、バイ
ポーラトランジスタＢ1 〜Ｂ4 のベース電位は、容量Ｃ
1 〜Ｃ4 を介してもち上げられ、ベース・エミッタ間が
順バイアスされることによって、バイポーラトランジス
タは一斉にエミッタ・フォロァ動作を行ない、ベース上
のホールが再結合され、ベース電位はＶVC＋ＶBEに下が
る（過渡リセット動作）。過渡リセット動作が終了する
と、φR パルスがＭｉｄｄｌｅレベルまで立下がり、容
量Ｃ1 〜Ｃ4 を介してベース電位も下がり、ベース・エ
ミッタ間は逆バイアスされる。この状態から、光キャリ
アの蓄積動作が開始される。所定の蓄積時間が経過した
後、時刻ｔ6 において、φT にＨｉｇｈレベルのパルス
が印加されると、ＮＭＯＳトランジスタＭ31〜Ｍ34がＯ
Ｎ状態となり、続いて、時刻ｔ7 において、φVCにＨｉ
ｇｈレベルのパルスが印加されると、ＮＭＯＳトランジ
スタＭ21〜Ｍ24がＯＮ状態になり、、バイポーラトラン
ジスタＢ1 〜Ｂ4 のエミッタ端子及び容量ＣT1〜ＣT4が
ＶVCにリセットされる。
上ると、ＮＭＯＳトランジスタＭ21〜Ｍ24がＯＮ状態に
なり、バイポーラトランジスタＢ1 〜Ｂ4 のエミッタ端
子はすべてＶVCにバイアスされ、さらに、時刻ｔ5 にお
いて、φR パルスがＨｉｇｈレベルまで立上ると、バイ
ポーラトランジスタＢ1 〜Ｂ4 のベース電位は、容量Ｃ
1 〜Ｃ4 を介してもち上げられ、ベース・エミッタ間が
順バイアスされることによって、バイポーラトランジス
タは一斉にエミッタ・フォロァ動作を行ない、ベース上
のホールが再結合され、ベース電位はＶVC＋ＶBEに下が
る（過渡リセット動作）。過渡リセット動作が終了する
と、φR パルスがＭｉｄｄｌｅレベルまで立下がり、容
量Ｃ1 〜Ｃ4 を介してベース電位も下がり、ベース・エ
ミッタ間は逆バイアスされる。この状態から、光キャリ
アの蓄積動作が開始される。所定の蓄積時間が経過した
後、時刻ｔ6 において、φT にＨｉｇｈレベルのパルス
が印加されると、ＮＭＯＳトランジスタＭ31〜Ｍ34がＯ
Ｎ状態となり、続いて、時刻ｔ7 において、φVCにＨｉ
ｇｈレベルのパルスが印加されると、ＮＭＯＳトランジ
スタＭ21〜Ｍ24がＯＮ状態になり、、バイポーラトラン
ジスタＢ1 〜Ｂ4 のエミッタ端子及び容量ＣT1〜ＣT4が
ＶVCにリセットされる。
【００３９】リセットが終了すると、φVCパルスは立下
り、ＮＭＯＳトランジスタＭ21〜Ｍ24がＯＦＦ状態とな
り、、バイポーラトランジスタＢ1 〜Ｂ4 のエミッタ端
子を浮遊状態とした上で、時刻ｔ8 においてφR パルス
を立上げると、ベース電位は上昇し、ベース・エミッタ
間が順バイアス状態となり、各光電変換要素のベース上
に蓄積された光キャリアはそれぞれ容量ＣT1〜ＣT4に読
出される。次に、時刻ｔ9 においてφRES にＨｉｇｈレ
ベルのパルスを印加し、ＮＭＯＳトランジスタＭRSをＯ
Ｎ状態にし、出力線２をリセットした後、走査回路１を
動作させ、ＣT1上の信号から順に出力バッファ５を介し
て、出力端子ＯＵＴ２に転送する。この出力信号は、例
えば外部回路でサンプル／ホールド、Ａ／Ｄ変換された
後、個々の出力の相関演算が行なわれ、不図示の測距手
段により合焦位置を検出するＡＦ動作等に用いられる。
ＡＦ動作以外にも、各ビット信号を１次元信号として利
用できる事は言うまでもない。
り、ＮＭＯＳトランジスタＭ21〜Ｍ24がＯＦＦ状態とな
り、、バイポーラトランジスタＢ1 〜Ｂ4 のエミッタ端
子を浮遊状態とした上で、時刻ｔ8 においてφR パルス
を立上げると、ベース電位は上昇し、ベース・エミッタ
間が順バイアス状態となり、各光電変換要素のベース上
に蓄積された光キャリアはそれぞれ容量ＣT1〜ＣT4に読
出される。次に、時刻ｔ9 においてφRES にＨｉｇｈレ
ベルのパルスを印加し、ＮＭＯＳトランジスタＭRSをＯ
Ｎ状態にし、出力線２をリセットした後、走査回路１を
動作させ、ＣT1上の信号から順に出力バッファ５を介し
て、出力端子ＯＵＴ２に転送する。この出力信号は、例
えば外部回路でサンプル／ホールド、Ａ／Ｄ変換された
後、個々の出力の相関演算が行なわれ、不図示の測距手
段により合焦位置を検出するＡＦ動作等に用いられる。
ＡＦ動作以外にも、各ビット信号を１次元信号として利
用できる事は言うまでもない。
【００４０】（実施例２）図６に本発明の第２の実施例
を示す。
を示す。
【００４１】本実施例は第１の実施例を拡張し、光電変
換要素を２次元状に配列したものである。
換要素を２次元状に配列したものである。
【００４２】読出しモード１においては、垂直走査回路
１０の出力Ｈ１〜Ｈ４をすべてＬｏｗレベルにすると、
行毎で、各光電変換要素は並列接続され、さらに、それ
らの配線は３によって共通接続された後、ＮＭＯＳトラ
ンジスタＭＡ２のゲート端子に接続される。従って、配
線３上には全画素のベース電圧の平均出力が得られ、さ
らに、増幅された信号が出力端子ＯＵＴ１から出力され
る。
１０の出力Ｈ１〜Ｈ４をすべてＬｏｗレベルにすると、
行毎で、各光電変換要素は並列接続され、さらに、それ
らの配線は３によって共通接続された後、ＮＭＯＳトラ
ンジスタＭＡ２のゲート端子に接続される。従って、配
線３上には全画素のベース電圧の平均出力が得られ、さ
らに、増幅された信号が出力端子ＯＵＴ１から出力され
る。
【００４３】また、読出しモード２においても、第１の
実施例のφR に相当するパルスを垂直走査回路１０から
Ｈ１〜Ｈ４の順に出力すれば、各画素の光信号が出力端
子ＯＵＴ２に時系列的に出力される。
実施例のφR に相当するパルスを垂直走査回路１０から
Ｈ１〜Ｈ４の順に出力すれば、各画素の光信号が出力端
子ＯＵＴ２に時系列的に出力される。
【００４４】（実施例３）図７に本発明による第３の実
施例を示す。
施例を示す。
【００４５】本実施例は図６の第２の実施例と比べて、
光電変換要素の行毎のベース線それぞれに、リセット用
ＮＭＯＳトランジスタＭＲ１〜ＭＲ４、アンプの入力段
ＮＭＯＳトランジスタＭＡ２１〜ＭＡ２４が設けられて
おり、読み出しモード１における検出感度の向上を目的
としている。
光電変換要素の行毎のベース線それぞれに、リセット用
ＮＭＯＳトランジスタＭＲ１〜ＭＲ４、アンプの入力段
ＮＭＯＳトランジスタＭＡ２１〜ＭＡ２４が設けられて
おり、読み出しモード１における検出感度の向上を目的
としている。
【００４６】以下に、これについて図８の一単位の光電
変換要素の等価回路図を用いて簡単に説明する。
変換要素の等価回路図を用いて簡単に説明する。
【００４７】図８に示すように、バイポーラトランジス
タのベース領域には、 Ｃox…光電変換素子のリセット、信号読出し用容量 Ｃg …ＰＭＯＳトランジスタのゲート容量 の他に、寄生容量として、 Ｃbc…ベース・コレクタ間接合容量 Ｃbe…ベース・エミッタ間接合容量 Ｃgs…ＰＭＯＳトランジスタのゲート重なり容量 が接続される。
タのベース領域には、 Ｃox…光電変換素子のリセット、信号読出し用容量 Ｃg …ＰＭＯＳトランジスタのゲート容量 の他に、寄生容量として、 Ｃbc…ベース・コレクタ間接合容量 Ｃbe…ベース・エミッタ間接合容量 Ｃgs…ＰＭＯＳトランジスタのゲート重なり容量 が接続される。
【００４８】この時光が照射されたことによるベース電
位の上昇分ΔＶB は
位の上昇分ΔＶB は
【００４９】
【外１】 Ｎ：並列接続される光電変換素子数 Ｎph：単位面積、単位時間、単位光エネルギー当たりの
発生フォトン数（ｃｍ-2、ｔ-1、ｗ-1） η：量子効率 ｑ：単位電荷量（Ｃ） Ｌ：光エネルギー（ｗ） ｔs ：蓄積時間 つまり、検出感度（ΔＶB ）は接続される光電変換素子
数に依存しない。
発生フォトン数（ｃｍ-2、ｔ-1、ｗ-1） η：量子効率 ｑ：単位電荷量（Ｃ） Ｌ：光エネルギー（ｗ） ｔs ：蓄積時間 つまり、検出感度（ΔＶB ）は接続される光電変換素子
数に依存しない。
【００５０】従って、本実施例では、行毎に並列接続さ
れた要素の出力ΔＶB を、ＮＭＯＳトランジスタＭA1、
ＭA2i（ｉ＝１〜４）で構成されるアンプのゲートに受
け、その出力を共通化してアンプ４に入力する事で、検
出感度を向上させている。
れた要素の出力ΔＶB を、ＮＭＯＳトランジスタＭA1、
ＭA2i（ｉ＝１〜４）で構成されるアンプのゲートに受
け、その出力を共通化してアンプ４に入力する事で、検
出感度を向上させている。
【００５１】（実施例４）図９に本発明によるさらに別
の実施例を示す。
の実施例を示す。
【００５２】フォトダイオードで光電変換された信号は
ＮＭＯＳトランジスタを通して、垂直ＣＣＤ５１〜５４
に転送され、それらはさらに水平ＣＣＤ５によって出力
アンプから端子ＯＵＴ２に出力される。
ＮＭＯＳトランジスタを通して、垂直ＣＣＤ５１〜５４
に転送され、それらはさらに水平ＣＣＤ５によって出力
アンプから端子ＯＵＴ２に出力される。
【００５３】一方で個々のフォトダイオードはＮＭＯＳ
トランジスタを介して横型オーバーフロードレイン領域
５０に接続され、その電位は出力アンプを通して端子Ｏ
ＵＴ１に出力される。
トランジスタを介して横型オーバーフロードレイン領域
５０に接続され、その電位は出力アンプを通して端子Ｏ
ＵＴ１に出力される。
【００５４】次に読み出しモード１の駆動について、図
１０、図１１を用いて簡単に説明する。
１０、図１１を用いて簡単に説明する。
【００５５】図１０は単位光電変換要素の概略回路図で
ありフォトダイオードとその両側にＮＭＯＳ、さらにそ
の両側に垂直ＣＣＤ５１と横型オーバーフロードレイン
領域５０が形成されている。ここで、読出しモード１に
おいて、φOGのポテンシャルを例えば図１１の破線Ｂま
で下げると、フォトダイオード領域で発生した信号は、
すべてオーバーフロードレイン領域に転送される。
ありフォトダイオードとその両側にＮＭＯＳ、さらにそ
の両側に垂直ＣＣＤ５１と横型オーバーフロードレイン
領域５０が形成されている。ここで、読出しモード１に
おいて、φOGのポテンシャルを例えば図１１の破線Ｂま
で下げると、フォトダイオード領域で発生した信号は、
すべてオーバーフロードレイン領域に転送される。
【００５６】この動作を複数の光電変換素子で行なう
と、光電変換信号をオーバーフロードレイン領域に集め
ることができ、さらに、出力アンプを通して端子ＯＵＴ
１から電圧として検出することができる。ここではオー
バーフロードレイン領域とＮＭＯＳとでフォトダイオー
ドを実質的に並列接続する。
と、光電変換信号をオーバーフロードレイン領域に集め
ることができ、さらに、出力アンプを通して端子ＯＵＴ
１から電圧として検出することができる。ここではオー
バーフロードレイン領域とＮＭＯＳとでフォトダイオー
ドを実質的に並列接続する。
【００５７】読み出しモード２においては従来のＣＣＤ
の信号転送方式が、そのまま使用できる。但し、この
時、φOGのポテンシャルは例えば図１１の実線Ａの毎く
設定し、フォトダイオード部での過剰なキャリアが垂直
ＣＣＤに漏れ込むことなく、オーバーフロードレイン領
域に流れる様にすれば、スミアを抑圧することもでき
る。
の信号転送方式が、そのまま使用できる。但し、この
時、φOGのポテンシャルは例えば図１１の実線Ａの毎く
設定し、フォトダイオード部での過剰なキャリアが垂直
ＣＣＤに漏れ込むことなく、オーバーフロードレイン領
域に流れる様にすれば、スミアを抑圧することもでき
る。
【００５８】また、本実施例では、読み出しモード１と
して、横型オーバーフロードレイン領域を用いたが、代
わりに垂直ＣＣＤを設けても問題はない。
して、横型オーバーフロードレイン領域を用いたが、代
わりに垂直ＣＣＤを設けても問題はない。
【００５９】図１２はバイポーラトランジスタを用いた
場合のセンサの断面図である。ここで１０１はｎ基板、
１０２はｎ-エピタキシャル層、１０１′はコレクタ電
極１０１″とのオーミックコンタクト層、１０３はｐベ
ース領域、１０４は絶縁膜、１０５はゲート電極、１０
６はエミッタ領域１０８に接続された出力端子であるエ
ミッタ電極、１０７は絶縁膜であり、ゲート電極１０５
へのハイパルス、ミドルパルス、ローパルスの３値のパ
ルス印加により、スイッチ素子としてのベース領域１０
３をソースドレインとするＰＭＯＳトランジスタをオン
・オフさせる。
場合のセンサの断面図である。ここで１０１はｎ基板、
１０２はｎ-エピタキシャル層、１０１′はコレクタ電
極１０１″とのオーミックコンタクト層、１０３はｐベ
ース領域、１０４は絶縁膜、１０５はゲート電極、１０
６はエミッタ領域１０８に接続された出力端子であるエ
ミッタ電極、１０７は絶縁膜であり、ゲート電極１０５
へのハイパルス、ミドルパルス、ローパルスの３値のパ
ルス印加により、スイッチ素子としてのベース領域１０
３をソースドレインとするＰＭＯＳトランジスタをオン
・オフさせる。
【００６０】図１３の（ａ）は本発明の光電変換装置を
用いた通信システム、ファクシミリ、ビデオレコーダー
等の情報処理システムの構成を示すブロック図である。
用いた通信システム、ファクシミリ、ビデオレコーダー
等の情報処理システムの構成を示すブロック図である。
【００６１】ＯＲは画像情報等を担持したオリジナル、
６０１は結像レンズ、６０２は本発明の光電変換装置で
ある。
６０１は結像レンズ、６０２は本発明の光電変換装置で
ある。
【００６２】光電変換装置はファクシミリ等であればラ
インセンサー、ビデオレコーダーであればエリアセンサ
ーの構成を採用する。
インセンサー、ビデオレコーダーであればエリアセンサ
ーの構成を採用する。
【００６３】６０３は中央演算装置を含む制御回路であ
り、入力ライン６１２、光電変換装置を駆動する為の出
力ライン６１０、電源供給ライン６１１を介して光電変
換装置６０２に接続され、光電変換装置の２つの読出し
モードを選択する。
り、入力ライン６１２、光電変換装置を駆動する為の出
力ライン６１０、電源供給ライン６１１を介して光電変
換装置６０２に接続され、光電変換装置の２つの読出し
モードを選択する。
【００６４】６０４は記録制御回路であり、記録ヘッド
６０５と接続され情報を記録媒体６０６に書き込む。
６０５と接続され情報を記録媒体６０６に書き込む。
【００６５】記録ヘッド６０５はビデオレコーダーの場
合、磁気ヘッドであり、ファクシミリの場合はサーマル
ヘッドやインクジェットヘッドである。そして記録ヘッ
ド６０５は通信システムの場合にはケーブルを介して別
の場所におかれた記録装置で代用される。
合、磁気ヘッドであり、ファクシミリの場合はサーマル
ヘッドやインクジェットヘッドである。そして記録ヘッ
ド６０５は通信システムの場合にはケーブルを介して別
の場所におかれた記録装置で代用される。
【００６６】本発明は前述したような情報処理システム
に好適に用いられるが、一方、カメラ等の撮像用のシス
テムに用いられる場合には、図１３の（ｂ）のように、
混合信号を測光手段６２０に入力することにより、撮像
の際の露光量を決定し、該露光量に基づいて絞りやシャ
ッタースピードを決定する。又、個別信号を測距手段６
２１に入力することにより合焦位置を検出する。これら
測光手段や測距手段は光電変換装置に接続され、その出
力信号を処理する回路として設けられる。そして、制御
回路６０３により、各光電変換要素毎の個別信号を読み
出すモード又は複数の光電変換要素の合成（混合）信号
を読み出すモードのいずれかが選択され、所望の信号を
得るようにする。
に好適に用いられるが、一方、カメラ等の撮像用のシス
テムに用いられる場合には、図１３の（ｂ）のように、
混合信号を測光手段６２０に入力することにより、撮像
の際の露光量を決定し、該露光量に基づいて絞りやシャ
ッタースピードを決定する。又、個別信号を測距手段６
２１に入力することにより合焦位置を検出する。これら
測光手段や測距手段は光電変換装置に接続され、その出
力信号を処理する回路として設けられる。そして、制御
回路６０３により、各光電変換要素毎の個別信号を読み
出すモード又は複数の光電変換要素の合成（混合）信号
を読み出すモードのいずれかが選択され、所望の信号を
得るようにする。
【００６７】
【発明の効果】本発明によれば、複数の処理に適した信
号を得ることができる。例えば、第１の出力部からの混
合信号を用いて測光動作を行い、第2の出力部からの個
別信号を用いて測距動作を行うことが可能となる。
号を得ることができる。例えば、第１の出力部からの混
合信号を用いて測光動作を行い、第2の出力部からの個
別信号を用いて測距動作を行うことが可能となる。
【図１】本発明の一実施態様による光電変換装置を説明
するための回路図である。
するための回路図である。
【図２】本発明の一実施態様による光電変換装置を説明
するための模式図である。
するための模式図である。
【図３】本発明の実施例１による装置の回路図である。
【図４】実施例１による装置の動作を説明するためのタ
イミングチャートである。
イミングチャートである。
【図５】実施例１による装置の動作を説明するためのタ
イミングチャートである。
イミングチャートである。
【図６】本発明の実施例２による装置の回路図である。
【図７】本発明の実施例３による装置の回路図である。
【図８】本発明の実施例３による装置の１光電変換要素
の等価回路図である。
の等価回路図である。
【図９】本発明の実施例４による装置の回路図である。
【図１０】実施例４による装置の動作を説明するための
回路図である。
回路図である。
【図１１】実施例４の装置の動作を説明するための模式
図である。
図である。
【図１２】本発明に用いられる光電変換装置の一例を示
す模式的断面図である。
す模式的断面図である。
【図１３】本発明の光電変換装置を用いた画像情報処理
装置のブロック図である。
装置のブロック図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−181283（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−106588（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−7482（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−169179（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−280727（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−237629（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04N 5/30 - 5/335
Claims (7)
- 【請求項１】 受光領域と前記受光領域で生じた信号を
増幅して出力するための増幅手段とを含む画素を複数
と、 複数の前記画素のそれぞれに含まれる前記受光領域で生
じた複数の信号を、複数の前記画素のそれぞれに含まれ
る前記増幅手段を介さずに混合する混合手段と、 前記混合手段によって混合された混合信号が出力される
第１の出力部と、 複数の前記画素にそれぞれ含まれる前記増幅手段からの
各画素毎の個別信号が出力される複数の第２の出力部
と、 前記複数の第２の出力部からの各個別信号を順次出力す
るための共通出力部と、 を有することを特徴とする光電変換装置。 - 【請求項２】 前記増幅手段は、前記受光領域で生じた
信号を増幅して前記第２の出力部に出力するための増幅
用トランジスタを含むことを特徴とする請求項１に記載
の光電変換装置。 - 【請求項３】 前記混合手段は、前記複数の画素にそれ
ぞれ含まれる前記受光領域を接続するための接続用トラ
ンジスタを含むことを特徴とする請求項１に記載の光電
変換装置。 - 【請求項４】 前記混合手段は、前記複数の画素にそれ
ぞれ含まれる前記増幅用トランジスタの制御電極領域を
それぞれ接続するための接続用トランジスタを含むこと
を特徴とする請求項２に記載の光電変換装置。 - 【請求項５】 前記第１の出力部から得られる混合信号
を用いて測光動作を行う測光手段と、前記第２の出力部
から得られる個別信号を用いて測距動作を行う測距手段
とを有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のい
ずれか１項に記載の光電変換装置。 - 【請求項６】 前記第１の出力部から混合信号を得るモ
−ド及び前記第２の出力部から個別信号を得るモ−ドの
いずれかを選択する制御手段を有することを特徴とする
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の光電変換
装置。 - 【請求項７】 前記第１の出力部から得られる混合信号
及び前記第２の出力部から得られる個別信号を演算処理
する制御手段を有することを特徴とする請求項１乃至請
求項４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14770893A JP3278243B2 (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | 光電変換装置 |
| DE69425928T DE69425928T2 (de) | 1993-06-18 | 1994-06-17 | Photoelektrischer Umwandler |
| KR1019940013693A KR0172980B1 (ko) | 1993-06-18 | 1994-06-17 | 광전변환장치 |
| EP94304416A EP0630152B1 (en) | 1993-06-18 | 1994-06-17 | Photo-electric converter |
| CN94106790A CN1041667C (zh) | 1993-06-18 | 1994-06-18 | 光电转换器 |
| US08/674,461 US5663555A (en) | 1993-06-18 | 1996-07-02 | Photo-electric converter with parallel connection elements and dual signal read out means |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14770893A JP3278243B2 (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | 光電変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH077677A JPH077677A (ja) | 1995-01-10 |
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Family
ID=15436432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14770893A Expired - Fee Related JP3278243B2 (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | 光電変換装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5663555A (ja) |
| EP (1) | EP0630152B1 (ja) |
| JP (1) | JP3278243B2 (ja) |
| KR (1) | KR0172980B1 (ja) |
| CN (1) | CN1041667C (ja) |
| DE (1) | DE69425928T2 (ja) |
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| EP0725535B1 (en) | 1995-02-01 | 2003-04-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Solid-state image pickup device and method of operating the same |
| DE69525535T2 (de) * | 1995-11-21 | 2002-11-28 | Stmicroelectronics S.R.L., Agrate Brianza | Adaptiver optischer Sensor |
| FR2764070B1 (fr) * | 1997-05-28 | 1999-07-02 | Commissariat Energie Atomique | Echantillonneur electrique monocoup pour impulsions courtes |
| ES2267227T3 (es) * | 1998-04-15 | 2007-03-01 | Baldwin-Japan Ltd. | Sensor optico. |
| US6563540B2 (en) | 1999-02-26 | 2003-05-13 | Intel Corporation | Light sensor with increased dynamic range |
| JP4378890B2 (ja) * | 2001-03-15 | 2009-12-09 | パナソニック株式会社 | 画像読み取り装置 |
| JP2002330349A (ja) * | 2001-04-26 | 2002-11-15 | Fujitsu Ltd | Ｘｙアドレス型固体撮像装置 |
| JP3722367B2 (ja) * | 2002-03-19 | 2005-11-30 | ソニー株式会社 | 固体撮像素子の製造方法 |
| EP1640387B1 (en) | 2003-06-09 | 2014-06-04 | Daikin Industries, Ltd. | Masonry-treating agnet |
| US7288753B2 (en) * | 2004-05-05 | 2007-10-30 | Eastman Kodak Company | OLED display with composite photosensor |
| JP2005348041A (ja) | 2004-06-02 | 2005-12-15 | Canon Inc | 固体撮像装置および撮像システム |
| US7626626B2 (en) | 2006-01-13 | 2009-12-01 | Micron Technology, Inc. | Method and apparatus providing pixel storage gate charge sensing for electronic stabilization in imagers |
| EP1983742A1 (en) * | 2007-04-16 | 2008-10-22 | STMicroelectronics (Research & Development) Limited | Image sensor power distribution |
| KR101848771B1 (ko) | 2012-02-08 | 2018-05-28 | 삼성전자주식회사 | 3차원 이미지 센서 및 이를 포함하는 휴대용 장치 |
| WO2013133143A1 (en) * | 2012-03-09 | 2013-09-12 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for driving semiconductor device |
| JP2017005494A (ja) * | 2015-06-10 | 2017-01-05 | キヤノン株式会社 | 撮像装置、その制御方法及びプログラム |
| CN109360333A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-02-19 | 深圳市航天电机***有限公司 | 基于自动售货机的驱动响应结构及工作方法 |
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| US4701048A (en) * | 1983-02-23 | 1987-10-20 | Canon Kabushiki Kaisha | Input circuit for distance measuring apparatus |
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| JPH07118760B2 (ja) * | 1989-04-17 | 1995-12-18 | セイコー電子工業株式会社 | イメージセンサ |
| JPH03181282A (ja) * | 1989-12-11 | 1991-08-07 | Fuji Photo Film Co Ltd | 固体撮像デバイス |
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1993
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