JPS61256872A - Solid state image pickup device - Google Patents
Solid state image pickup deviceInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、固体撮像素子を用いた固体撮像装置に関す
るものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a solid-state imaging device using a solid-state imaging element.
第９図は例えば特開昭５４−２７３１１号公報に示され
た従来の固体撮像装置を示す図であり、図において、１
は光信号を蓄積するフォトダイオード、２は垂直信号線
、３は前記垂直信号線２に電荷を転送する垂直スイッチ
ＭＯＳトランジスタ、４は水平信号線、５は前記水平信
号線４に電荷を転送する水平スイッチＭＯ３）ランジス
タ、６は水平クロックパルス入力端子、７は垂直スイッ
チ選択パルス入力端子、８は信号出力端子である。FIG. 9 is a diagram showing a conventional solid-state imaging device disclosed in, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 54-27311.
2 is a photodiode that accumulates optical signals; 2 is a vertical signal line; 3 is a vertical switch MOS transistor that transfers charge to the vertical signal line 2; 4 is a horizontal signal line; 5 is a charge transfer to the horizontal signal line 4. 6 is a horizontal clock pulse input terminal, 7 is a vertical switch selection pulse input terminal, and 8 is a signal output terminal.
次に動作について説明する。まず光量に応じた電荷がフ
ォトダイオード（画素）１に蓄積される。Next, the operation will be explained. First, charges corresponding to the amount of light are accumulated in the photodiode (pixel) 1.
この電荷は、垂直スイッチ選択パルス入力端子７より入
力されたパルスにより、垂直スイッチＭＯＳトランジス
タ３がオンされたとき該ＭＯ３Ｉ−ランジスタ３を介し
て垂直信号線２に転送される。This charge is transferred to the vertical signal line 2 via the MO3I transistor 3 when the vertical switch MOS transistor 3 is turned on by a pulse input from the vertical switch selection pulse input terminal 7.
次に水平クロックパルス入力端子６より入力されたパル
スによって水平スイッチＭＯ３）ランジスタ５がオンさ
れ、電荷は該ＭＯ３）ランジスタ５を介して水平信号線
４に転送され、信号出力端子８より外部に出力される。Next, the horizontal switch MO3) transistor 5 is turned on by the pulse input from the horizontal clock pulse input terminal 6, and the charge is transferred to the horizontal signal line 4 via the MO3) transistor 5, and is output to the outside from the signal output terminal 8. be done.
従来の固体撮像装置は以上のように構成されており、光
信号を電荷量という形で取り出している。A conventional solid-state imaging device is configured as described above, and extracts an optical signal in the form of an amount of electric charge.
このため、信号電荷への雑音のもれ込み、特に垂直スイ
ッチＭＯＳトランジスタ３や水平スイッチＭＯ３）ラン
ジスタ５を動作させるためのパルスのもれ込みが非常に
大きく、これらの雑音を考慮した上で、信号電荷のみを
取り出し増幅し信号処理する必要があり、このための前
段増幅器の設計は大変複雑かつ重要なものになっていた
。Therefore, the leakage of noise into the signal charge, especially the leakage of pulses for operating the vertical switch MOS transistor 3 and the horizontal switch MO3) transistor 5, is extremely large. It is necessary to extract only the signal charge, amplify it, and process the signal, and the design of the preamplifier for this purpose has become extremely complex and important.
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、雑音に強く、従来必要とされていた前段増幅
器を不要とすることのできる固体撮像装置を得ることを
目的としている。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a solid-state imaging device that is resistant to noise and can eliminate the need for a pre-stage amplifier, which was conventionally required.
この発明に係る固体撮像装置は、固体撮像素子を覆う液
晶シャッタを設け、該液晶シャッタに電圧を印加する可
変電源の電圧を変化させることにより、液晶シャッタの
光の透過率、即ち固体撮像素子に照射される光量を時間
的に変化させるようにしたものである。The solid-state imaging device according to the present invention includes a liquid crystal shutter that covers the solid-state imaging element, and changes the light transmittance of the liquid crystal shutter, that is, the solid-state imaging element, by changing the voltage of a variable power supply that applies voltage to the liquid crystal shutter. The amount of light emitted is changed over time.
この発明においては、液晶シャッタは光の透過量が時間
とともに変化し、固体撮像素子に照射される光量を時間
的に制御するから、光信号電荷量、即ち被写体の輝度情
報が時間量という全く別の情報に変換される。In this invention, since the liquid crystal shutter changes the amount of light transmitted over time and temporally controls the amount of light irradiated to the solid-state image sensor, the amount of optical signal charge, that is, the brightness information of the subject is completely different from the amount of time. information.
以下、この発明の一実施例を図について説明する。先ず
本発明の一実施例を詳細に説明する前にこの発明の動作
原理の説明を第３図を用いて行う。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, before explaining one embodiment of the present invention in detail, the principle of operation of the present invention will be explained using FIG.
第３図において、９は光信号を蓄積するフォトダイオー
ド（画素）が１次元、あるいは２次元的に配列された固
体撮像素子、１０は印加電圧によって光の透過率が変化
する液晶シャッタ、１１は前記液晶シャッタ１０内部の
液晶分子、１２は前記液晶シャッタ１０に電圧を印加す
る可変電源である。In FIG. 3, 9 is a solid-state image sensor in which photodiodes (pixels) that accumulate optical signals are arranged one-dimensionally or two-dimensionally, 10 is a liquid crystal shutter whose light transmittance changes depending on the applied voltage, and 11 is The liquid crystal molecules 12 inside the liquid crystal shutter 10 are variable power supplies that apply voltage to the liquid crystal shutter 10.
液晶シャッタ１０は第４図に示すように、可変電源１２
からの供給電圧■１が０あるいは低い場合は液晶分子１
１は光をさえぎる方向に配列されたままになり、入射光
１３に対して透過光１４は、非常に少なくなる。逆に＠
５図に示すように、可変電源１２からの供給電圧ｖ２が
高くなると、液晶分子１１は光を透過させる方向に回転
し、透過光１４は、第４図の透過光１４に比べて多くな
る。The liquid crystal shutter 10 is connected to a variable power supply 12 as shown in FIG.
If the supply voltage from ■1 is 0 or low, the liquid crystal molecule 1
1 remains arranged in a direction that blocks light, and the amount of transmitted light 14 becomes very small compared to the incident light 13. vice versa@
As shown in FIG. 5, when the supply voltage v2 from the variable power source 12 increases, the liquid crystal molecules 11 rotate in the direction of transmitting light, and the amount of transmitted light 14 increases compared to the amount of transmitted light 14 in FIG.
従って、例えば、第６図に示すように時間的に印加電圧
Ｖを増加させた場合、液晶シャッタ１０を透過する光は
、第７図に示すように時間と共辷増加する。そこで、固
体撮像素子の各フォトダイオードの出力に対して、ある
しきい値電圧を設定しておけば、光が多く照射されたフ
ォトダイオードはど早くその出力はしきい値電圧に達す
る。例えば、今、ＰＩ、Ｐ２．Ｐ３．Ｐ４という４つの
フォトダイオードがあり、この順に光が多く照射され、
また出力のしきい値電圧をＶＴＨに設定したとすると、
第８図に示すようにフォトダイオードＰ１、Ｐ２．Ｐ３
．Ｐ４の順にしきい値電圧に達し、光の信号量が、Δｔ
ｌ、Δｔ２．Δｔ３．Δｔ４という時間量に変換される
。Therefore, for example, when the applied voltage V is increased over time as shown in FIG. 6, the light passing through the liquid crystal shutter 10 increases co-linearly with time as shown in FIG. Therefore, if a certain threshold voltage is set for the output of each photodiode of the solid-state image sensor, the output of the photodiode that is irradiated with more light will reach the threshold voltage sooner. For example, now, PI, P2. P3. There are four photodiodes called P4, which emit more light in this order.
Also, if the output threshold voltage is set to VTH,
As shown in FIG. 8, photodiodes P1, P2. P3
．． The threshold voltage is reached in the order of P4, and the optical signal amount becomes Δt
l, Δt2. Δt3. It is converted into a time amount of Δt4.
第１図は上述のような原理により被写体の輝度情報を時
間量に変換する、本発明の一実施例による固体撮像装置
を示し、図において、１は光信号を蓄積するフォトダイ
オード（画素）、２は垂直信号線、３は前記垂直信号線
２に電荷を転送する垂直スイッチＭＯ３）ランジスタで
ある。また、４は水平信号線、５は前記水平信号線４に
垂直信号線２の電荷を転送する水平スイッチＭＯ３）ラ
ンジスタ、１５は前記垂直スイッチＭＯ３）ランジスタ
３を選択する垂直シフトレジスタ、１６は前記水平スイ
ッチＭＯ３）ランジスタ５を選択する水平シフトレジス
タ、１７は前記フォトダイオードの電荷を一定時間ごと
にリセットするＭＯＳリセットトランジスタ、１８は前
記ＭＯＳリセットトランジスタ１７をオンさせるリセッ
トパルスを入力するリセットパルス入力端子、１９は一
方の入力が常に電源Ｖｃｃに接続され、他力の入力は前
記水平信号線４により前記フォトダイオード１の出力が
入力されるようになっている２入力論理積ゲート（パル
ス幅変調手段）、２０は固体撮像素子を覆うように設け
られた液晶シャッタであり、図示しない可変電源により
光の透過量が時間とともに変化するように制御される。FIG. 1 shows a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention, which converts luminance information of a subject into a time amount based on the principle described above. In the figure, 1 is a photodiode (pixel) that accumulates an optical signal; 2 is a vertical signal line; 3 is a vertical switch (MO3) transistor for transferring charge to the vertical signal line 2; Further, 4 is a horizontal signal line, 5 is a horizontal switch MO3) transistor that transfers the charge of the vertical signal line 2 to the horizontal signal line 4, 15 is a vertical shift register that selects the vertical switch MO3) transistor 3, and 16 is the Horizontal switch MO3) A horizontal shift register that selects the transistor 5; 17 is a MOS reset transistor that resets the charge of the photodiode at regular intervals; 18 is a reset pulse input terminal that inputs a reset pulse that turns on the MOS reset transistor 17; , 19 is a two-input AND gate (pulse width modulation means) whose one input is always connected to the power supply Vcc, and whose other input is connected to the output of the photodiode 1 through the horizontal signal line 4. ), 20 is a liquid crystal shutter provided to cover the solid-state image sensor, and is controlled by a variable power source (not shown) so that the amount of light transmitted changes over time.
なお８は信号出力端子である。Note that 8 is a signal output terminal.
次に動作について説明する。Next, the operation will be explained.
今、第１図に示すように４つのフォトダイオード１をＰ
Ｌ、Ｐ２．Ｐ３．Ｐ４と名付け、これらをこの順に垂直
シフトレジスタ１５と水平シフトレジスタ１６によって
周期τで選択し、第２図（ａ）に示すように、液晶シャ
ッタ２０の光透過率を同様に周期τで変化させたとする
と、リセットパルス（同図中）参照）がＬｏ（≦ＯＶ）
になり、リセットトランジスタ１７がオフになった瞬間
から、それぞれの照射光量に対応した時間の後にフォト
ダイオード１がしきい値電圧ＶＴＲに達し、この電圧を
論理積ゲート１９のハイレベル（Ｖｃｃ）と規定してお
けば、この瞬間からはパルスが出力端子８より、フォト
ダイオードＰＩ、Ｐ２．Ｐ３．Ｐ４の順に出力される。Now, as shown in Fig. 1, the four photodiodes 1 are connected to P
L, P2. P3. P4, these are selected in this order by the vertical shift register 15 and the horizontal shift register 16 at a period τ, and the light transmittance of the liquid crystal shutter 20 is similarly changed at a period τ as shown in FIG. 2(a). If so, the reset pulse (see the same figure) is Lo (≦OV)
From the moment the reset transistor 17 is turned off, the photodiode 1 reaches the threshold voltage VTR after a time corresponding to each amount of irradiation light, and this voltage is combined with the high level (Vcc) of the AND gate 19. If specified, from this moment on, the pulse will be transmitted from the output terminal 8 to the photodiodes PI, P2 . P3. They are output in the order of P4.
この時、仮に、フォトダイオードＰ１〜Ｐ４がしきい値
電圧に達するまでの時間Δｔ１〜Δｔ４がΔｔｌ＜Δｔ
２＜Δｔ３＜Δｔ４であったとすると、出力信号のパル
ス幅は逆にΔＴｌ＞ΔＴ２〉ΔＴ３＞ΔＴ４となる。す
なわち光が多く照射 。At this time, if the time Δt1 to Δt4 until the photodiodes P1 to P4 reach the threshold voltage is Δtl<Δt
If 2<Δt3<Δt4, then the pulse width of the output signal becomes ΔTl>ΔT2>ΔT3>ΔT4. In other words, a lot of light is irradiated.
されたフォトダイオードの出力パルスはどパルス幅が広
くなる。従って光信号量に応じたパルス幅のパルス（同
図（Ｃ）参照）が出力として順次得られることになる。The pulse width of the output pulse of the photodiode becomes wider. Therefore, pulses having a pulse width corresponding to the amount of optical signal (see FIG. 2C) are sequentially obtained as output.
即ち、パルス幅変調された信号出力が得られる。That is, a pulse width modulated signal output is obtained.
このように、本実施例によれば、固体撮像素子上に液晶
シャッタを設け、該シャッタの光の透過率を時間ととも
に増加させ、パルス幅が被写体の輝度に応じたディジタ
ル信号出力が得られるようにしたので、従来のアナログ
信号出力のものに比し水平、垂直スイッチＭＯＳトラン
ジスタからのノイズのもれ込みの影響は殆どなく、ノイ
ズに強いものが得られ、前置増幅器が不要となる。また
、パルス幅変調された信号出力が得られるため、パルス
幅変調のディスプレイの場合は直結して表示が可能とな
る。As described above, according to this embodiment, a liquid crystal shutter is provided on the solid-state image sensor, and the light transmittance of the shutter is increased over time, so that a digital signal output whose pulse width corresponds to the brightness of the subject can be obtained. As a result, compared to conventional analog signal output devices, there is almost no influence of noise leaking from the horizontal and vertical switch MOS transistors, making it resistant to noise, and eliminating the need for a preamplifier. Furthermore, since a pulse width modulated signal output is obtained, a pulse width modulated display can be directly connected and displayed.
以上のように、この発明に係る固体撮像装置によれば、
固体撮像素子上に液晶シャフタを設け、該シャッタの光
の透過率を時間とともに増加させ、パルス幅が被写体の
輝度に応じたディジタル信号出力が得られるようにした
ので、固体撮像装置より光信号に応じた電荷量のかわり
に時間量という、従来とは異なった形の信号が出力され
、雑音に強く、雑音を考慮した設計の複雑な前段増幅器
を用いた信号処理回路が不要になるという効果がある。As described above, according to the solid-state imaging device according to the present invention,
A liquid crystal shutter is provided on the solid-state image sensor, and the light transmittance of the shutter increases over time, so that a digital signal output whose pulse width corresponds to the brightness of the subject can be obtained. It outputs a signal in a different form from the conventional one, that is, a time amount instead of a corresponding amount of charge, and is resistant to noise, eliminating the need for a signal processing circuit using a complicated front-stage amplifier designed with noise in mind. be.
第１図はこの発明の一実施例による固体撮像装置の構成
図、第２図は第１図の装置による動作を示す図、第３図
はこの発明の動作原理を説明するための構成概略図、第
４図および第５図は第１図の構成要素の１つである液晶
シャッタの簡単な動作説明図、第６図及び第７図は液晶
シャッタべの印加電圧と透過光量との時間的関係を示す
図、第８図は照射光量の異なる４つのフォトダイオード
を持つ固体撮像装置の動作例を示す図、第９図は従来の
固体撮像装置の回路図である。
図において、１はフォトダイオード（画素）、９は固体
撮像素子、１０．２０は液晶シャフタ、１１は液晶分子
、１２は可変電源、１３は入射光、１４は透過光、１７
はリセットトランジスタ、１９は２入力論理積ゲート（
パルス幅変調手段）である。
なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。FIG. 1 is a block diagram of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the operation of the device in FIG. 1, and FIG. 3 is a schematic diagram of the structure for explaining the operating principle of the present invention. , FIGS. 4 and 5 are simple operation explanatory diagrams of the liquid crystal shutter, which is one of the components shown in FIG. FIG. 8 is a diagram showing an example of the operation of a solid-state imaging device having four photodiodes emitting different amounts of light, and FIG. 9 is a circuit diagram of a conventional solid-state imaging device. In the figure, 1 is a photodiode (pixel), 9 is a solid-state image sensor, 10.20 is a liquid crystal shutter, 11 is a liquid crystal molecule, 12 is a variable power supply, 13 is incident light, 14 is transmitted light, 17
is a reset transistor, 19 is a two-input AND gate (
pulse width modulation means). Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or equivalent parts.
Claims (5)
配列してなる固体撮像素子と、該固体撮像素子を覆うよ
うに設けられ印加電圧により透過光量を制御できる液晶
シャッタと、該液晶シャッタに電圧を印加する可変電源
とを備えたことを特徴とする固体撮像装置。(1) A solid-state image sensor formed by a one-dimensional or two-dimensional arrangement of pixels that accumulate optical signals, a liquid crystal shutter that is provided to cover the solid-state image sensor and can control the amount of transmitted light by an applied voltage, and the liquid crystal shutter A solid-state imaging device comprising: a variable power supply that applies a voltage to the solid-state imaging device;
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の固体撮像装置。(2) The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the pixels are reset at predetermined intervals.
ッタに透過光量が漸増するような電圧を印加することを
特徴とする特許請求の範囲第２項記載の固体撮像装置。(3) The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the variable power supply applies a voltage such that the amount of transmitted light gradually increases to the liquid crystal shutter after the reset.
よりパルス幅がその大きさに応じたパルスに変換される
ことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の固体撮像
装置。(4) The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the output of the solid-state imaging device is converted by pulse width modulation means into a pulse whose pulse width corresponds to its magnitude.
固体撮像素子の出力に他方の入力が所定電圧に接続され
た２入力論理積ゲートであることを特徴とする特許請求
の範囲第４項記載の固体撮像装置。(5) The pulse width modulation means is a two-input AND gate whose one input is connected to the output of the solid-state image sensor and the other input is connected to a predetermined voltage. The solid-state imaging device described in .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60097410A JPS61256872A (en) | 1985-05-08 | 1985-05-08 | Solid state image pickup device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60097410A JPS61256872A (en) | 1985-05-08 | 1985-05-08 | Solid state image pickup device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61256872A true JPS61256872A (en) | 1986-11-14 |
Family
ID=14191717
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60097410A Pending JPS61256872A (en) | 1985-05-08 | 1985-05-08 | Solid state image pickup device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61256872A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0456483A (en) * | 1990-06-25 | 1992-02-24 | Koji Eto | Video camera equipped with mos type imaging device |
-
1985
- 1985-05-08 JP JP60097410A patent/JPS61256872A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0456483A (en) * | 1990-06-25 | 1992-02-24 | Koji Eto | Video camera equipped with mos type imaging device |
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