JP5353429B2 - 光センシング回路、差分回路の駆動方法、光検出回路の駆動方法、及び電子機器 - Google Patents
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Description
フォトダイオードの受光量の測定において、リセット状態の光検出回路から読み出された電位と、非リセット状態の光検出回路から読み出された電位との差分は、フォトダイオードに光が入射していないときに光検出回路から読み出された電位と、増幅トランジスタのゲート電極がフォトダイオードの受光量に応じた電位となるときに光検出回路から読み出された電位との差分と同様の役割を果たす。また、フォトダイオードに光が入射しないことが判明している時点は少ないが、光検出回路をリセット状態としてよい時点は多いから、このセンシング回路では、リセット状態の光検出回路から電位が読み出される時点と、非リセット状態の光検出回路から電位が読み出される時点との間隔を十分に短くすることができる。よって、この光センシング回路によれば、フォトダイオードの受光量の測定において、増幅トランジスタの特性に起因した測定誤差を十分かつ確実に低減することができる。
また、この光センシング回路では、増幅トランジスタのゲート電極の電位に応じた信号を出力する光検出回路と、リセット状態の光検出回路から読み出した電位と、非リセット状態の光検出回路から読み出した電位との差分を求める差分回路とが同一の基板上に形成されるから、光検出回路から読み出された電位を基板外に出すことなく差分を求めることができる。したがって、この光センシング回路によれば、フォトダイオードの受光量の測定において、ノイズに起因した測定誤差を十分かつ確実に低減することができる。
この形態のセンシング回路には、総ての光検出回路に一つの差分回路を対応付ける場合に比較して、各光検出回路から差分回路までの電位の伝送路を短縮可能という利点がある。つまり、この形態のセンシング回路によれば、ノイズに起因した測定誤差をより低減することができる。また、この形態のセンシング回路によれば、フレームメモリを不要とすることができる。これは、回路規模の縮小および製造コストの削減につながる利点である。
上記の増幅回路としてはソースフォロワ回路を例示可能である。このセンシング回路では、増幅回路から増幅後の差分が読出線へ出力される場合にのみ、差分を増幅するための貫通電流が流れる。したがって、このセンシング回路によれば、消費電力を低減することができる。
このセンシング回路によれば、光検出回路から電位が読み出される期間においてノイズの発生源が減るから、ノイズに起因した測定誤差をより低減することができる。
読出線の電位が供給された電位と一致するまでには時間がかかる。したがって、複数の差分回路から読出線へ連続して電位が供給されると、ある差分回路から電位が供給されているときの読出線の電位は、この差分回路の直前の差分回路から読出線へ供給された電位の影響を受け易い。そこで、このセンシング回路では、各出力期間において、読出線には、第2電位が供給されてから差分に応じた電位が供給されるようになっている。これにより、読出線において、電位の供給順序において隣接する二つの差分回路のうちの先の差分回路で求められた差分が後の差分回路で求められた差分に与える影響が抑制される。なお、第2電位を、複数の差分回路の各々から読出線へ供給されうる最大の電位と最小の電位との平均の電位とすれば、より確実に、上記の影響を抑制することができる。
図1は、本発明の第1実施形態に係る光センシング回路100の構成を示す図である。光センシング回路100は、イメージセンサを構成し、基板1上に形成され、m行n列に配置されたm×n個の画素回路Pijを備える。iはm以下の自然数であり、jはn以下の自然数である。また、光センシング回路100は、行方向に延在するm本のゲート線Yiと、列方向に延在するn本のセンス線Sjを備える。各ゲート線Yiはセンス線S1〜Snと交差しており、各センス線Sjはゲート線Y1〜Ymと交差している。画素回路Pijは、ゲート線Yiとセンス線Sjとの交差に対応して設けられている。
図15は、本発明の第2実施形態に係る光センシング回路200の構成を示す図である。光センシング回路200は、イメージセンサのみならず、画像表示装置をも構成する。光センシング回路200が光センシング回路100と異なる点は、画素回路Pijに代えて画素回路Qijを備える点と、m本のゲート線Y1〜Ymにそれぞれ対応するm本の走査線F1〜Fmと、n本のセンス線S1〜Snにそれぞれ対応するn本のデータ線E1〜Enと、Xドライバー70と、Yドライバー80とを新たに備える点のみである。
したがって、本発明を、絶縁基板上に形成した光センシング回路ならびに電子機器に適用することが好ましい。
また、増幅トランジスタを薄膜トランジスタとしてガラスや石英などの絶縁基板上に形成した場合には、半導体基板に形成したトランジスタに比べ、一般にリーク電流が大きくなる。したがって、時間をおいて差分を求めることにより、リーク電流の影響を無視できなくなる。特に、リーク電流は温度に依存するため、差分をとるときの環境温度が変わった場合には、差分をとったとしても増幅トランジスタの特性の影響を相殺できなくなる虞がある。
したがって、本発明を、薄膜トランジスタで構成した光センシング回路ならびに電子機器に適用することが好ましい。
Claims (8)
- 基板上に形成され、カソード電極を有するフォトダイオードと、前記カソード電極と電気的に接続されたゲート電極を有する増幅トランジスタとを備え、前記ゲート電極の電位が前記フォトダイオードの受光量に依存しない第1電位となるリセット状態と、前記ゲート電極の電位が前記フォトダイオードの受光量に応じて変動する非リセット状態とを有する光検出回路と、
前記基板上に形成され、前記ゲート電極の電位に応じた電位を前記光検出回路から読み出し、前記リセット状態の前記光検出回路から読み出した電位と、前記非リセット状態の前記光検出回路から読み出した電位との差分を求める差分回路と
を備える光センシング回路。 - 前記光検出回路を複数備えるとともに前記差分回路を複数備え、
前記複数の光検出回路は複数の列をなすように配置され、
前記複数の差分回路は前記複数の列とそれぞれ対応して設けられ、
前記複数の差分回路の各々は、対応する前記ゲート電極の電位に応じた電位を、対応する前記光検出回路から読み出す、
ことを特徴とする請求項1に記載の光センシング回路。 - 前記複数の差分回路の各々は、求めた差分を増幅して出力する増幅回路と、前記増幅回路の出力端と前記複数の差分回路に共通の読出線との間に介挿された出力用スイッチとを含み、
前記複数の差分回路では前記出力用スイッチが順次オン状態となり、
前記増幅回路は、その出力端と前記読出線との間に介挿された前記出力用スイッチがオン状態のときには貫通電流を遮断せず、その出力端と前記読出線との間に介挿された前記出力用スイッチがオフ状態のときには貫通電流を遮断する貫通電流用スイッチを含む、
ことを特徴とする請求項2に記載の光センシング回路。 - クロック信号が供給されると、前記クロック信号を用いてパルスを順次シフトすることにより、前記複数の列を順次選択する列選択シフトレジスタと、
前記列選択シフトレジスタに前記クロック信号を供給する制御部とを備え、
前記制御部は、前記複数の差分回路のうちの少なくとも一つが、対応する前記ゲート電極の電位に応じた電位を、対応する前記光検出回路から読み出す期間では、前記列選択シフトレジスタへ前記クロック信号を供給しない
ことを特徴とする請求項2に記載の光センシング回路。 - 前記複数の差分回路に共通の読出線に一定の第2電位を供給する読出線リセット回路を備え、
前記複数の差分回路の各々は、前記読出線との間に介挿された出力用スイッチを含み、
前記複数の差分回路では前記出力用スイッチが順次オン状態となり、
前記複数の差分回路において前記出力用スイッチがオン状態となる期間をそれぞれ出力期間としたとき、各出力期間は、前記読出線に一定の第2電位を供給する第1期間と前記第1期間に後続する第2期間とを含み、前記読出線リセット回路は、前記第1期間では前記第2電位を前記読出線へ供給する一方、前記第2期間では前記第2電位を前記読出線へ供給しない、
ことを特徴とする請求項2に記載の光センシング回路。 - 請求項1に記載の光センシング回路における差分回路の駆動方法であって、
前記非リセット状態の前記光検出回路から前記ゲート電極の電位に応じた電位を読み出し、次に前記非リセット状態の前記光検出回路から前記ゲート電極の電位に応じた電位を読み出す、
ことを特徴とする差分回路の駆動方法。 - 請求項1に記載の光センシング回路における光検出回路の駆動方法であって、
前記ゲート電極の電位が前記フォトダイオードの受光量に応じて変動するようにし、次に前記ゲート電極の電位が前記フォトダイオードの受光量に依存せずに前記第1電位となるようにする、
ことを特徴とする光検出回路の駆動方法。 - 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の光センシング回路を備えた電子機器。
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