JPH08307772A - イメージセンサ - Google Patents
イメージセンサInfo
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- JPH08307772A JPH08307772A JP7109540A JP10954095A JPH08307772A JP H08307772 A JPH08307772 A JP H08307772A JP 7109540 A JP7109540 A JP 7109540A JP 10954095 A JP10954095 A JP 10954095A JP H08307772 A JPH08307772 A JP H08307772A
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- JP
- Japan
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- photocharge
- background
- capacitance
- incident
- time
- Prior art date
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- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、感度を向上させることを目的とす
る。 【構成】 入射光電荷を蓄積用静電容量ＣＡに蓄積する
時間と背景光を検出する時間とをみかけ上異ならせる蓄
積時間変更手段１を設けたことを特徴とする。
る。 【構成】 入射光電荷を蓄積用静電容量ＣＡに蓄積する
時間と背景光を検出する時間とをみかけ上異ならせる蓄
積時間変更手段１を設けたことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、信号の時間・空間微積
分を各画素でできるようにしたイメージセンサに関し、
特にその感度向上を図ったものである。
分を各画素でできるようにしたイメージセンサに関し、
特にその感度向上を図ったものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のイメージセンサとしては、例え
ば、本件出願人が開示した図８に示すようなものがある
（特願平６−２５８２８７号）。その構成を説明する
と、各画素に、雑音に相当する背景光及び発光部（ライ
ト等）からの発光が物体で反射した信号光を含む入射光
を光電流に光電変換するための光電変換部としてＰＩＮ
フォトダイオードＰＤＡが設けられ、その出力側がスイ
ッチＳＡ１，ＳＡ３を介して電荷を一時的に蓄積するた
めの蓄積用静電容量ＣＡの正電極と負電極にそれぞれ接
続されている。蓄積用静電容量ＣＡの正電極はスイッチ
ＳＡ４を介して接地され、負電極はスイッチＳＡ２を介
して接地されている。また蓄積用静電容量ＣＡの正電極
はスイッチＳＡ５を介して信号電荷成分を加算蓄積する
ための保持用静電容量ＣＩの正電極に接続されている。
保持用静電容量ＣＩの負電極は接地されている。ＴＡは
出力部となるソースフォロワ型のＭＯＳトランジスタで
あり、保持用静電容量ＣＩの正電極が、そのゲートに接
続され、蓄積用静電容量ＣＡの負電極がスイッチＳＡ６
を介してそのソースに接続されている。ＭＯＳトランジ
スタＴＡの比較的大きなゲート容量を保持用静電容量Ｃ
Ｉとして用いることが可能である。Ｒは負荷抵抗、ＳＲ
は保持用静電容量ＣＩのリセット用スイッチであり、Ｍ
ＯＳトランジスタＴＡのゲート電圧を初期値Ｖｂに設定
するために用いられている。Ｖｄは電源である。ＭＯＳ
トランジスタＴＡのソース電位（＝出力電位）Ｖｏｕｔ
は、保持用静電容量ＣＩの正電極での電位Ｖｃ−ＴＡの
閾値電圧Ｖｔと等しいために、ＭＯＳトランジスタＴＡ
は、単位利得バッファとして動作する。
ば、本件出願人が開示した図８に示すようなものがある
（特願平６−２５８２８７号）。その構成を説明する
と、各画素に、雑音に相当する背景光及び発光部（ライ
ト等）からの発光が物体で反射した信号光を含む入射光
を光電流に光電変換するための光電変換部としてＰＩＮ
フォトダイオードＰＤＡが設けられ、その出力側がスイ
ッチＳＡ１，ＳＡ３を介して電荷を一時的に蓄積するた
めの蓄積用静電容量ＣＡの正電極と負電極にそれぞれ接
続されている。蓄積用静電容量ＣＡの正電極はスイッチ
ＳＡ４を介して接地され、負電極はスイッチＳＡ２を介
して接地されている。また蓄積用静電容量ＣＡの正電極
はスイッチＳＡ５を介して信号電荷成分を加算蓄積する
ための保持用静電容量ＣＩの正電極に接続されている。
保持用静電容量ＣＩの負電極は接地されている。ＴＡは
出力部となるソースフォロワ型のＭＯＳトランジスタで
あり、保持用静電容量ＣＩの正電極が、そのゲートに接
続され、蓄積用静電容量ＣＡの負電極がスイッチＳＡ６
を介してそのソースに接続されている。ＭＯＳトランジ
スタＴＡの比較的大きなゲート容量を保持用静電容量Ｃ
Ｉとして用いることが可能である。Ｒは負荷抵抗、ＳＲ
は保持用静電容量ＣＩのリセット用スイッチであり、Ｍ
ＯＳトランジスタＴＡのゲート電圧を初期値Ｖｂに設定
するために用いられている。Ｖｄは電源である。ＭＯＳ
トランジスタＴＡのソース電位（＝出力電位）Ｖｏｕｔ
は、保持用静電容量ＣＩの正電極での電位Ｖｃ−ＴＡの
閾値電圧Ｖｔと等しいために、ＭＯＳトランジスタＴＡ
は、単位利得バッファとして動作する。
【０００３】上述のように構成された従来例の動作を図
９を用いて説明する。まず期間（１）の間は発光部を消
灯して背景光のみを受光する。このときスイッチＳＡ
１，ＳＡ２をオフ、ＳＡ３，ＳＡ４をオンにして蓄積用
静電容量ＣＡに背景光に対応した背景光電荷成分の逆相
蓄積を行なう。次に期間（２）の間に発光部を点灯し、
背景光と信号光の両方を受光する。このときスイッチＳ
Ａ３，ＳＡ４をオフ、スイッチＳＡ１，ＳＡ２をオン
し、蓄積用静電容量ＣＡに背景光及び信号光を含む入射
光に対応した入射光電荷の正相蓄積を行なう。この結
果、１周期当たり蓄積用静電容量ＣＡには、入射光電荷
から背景光電荷成分を減じた信号電荷成分のみが蓄積さ
れる。この正、逆相の蓄積を繰り返すことによって雑音
となる背景光電荷成分を除去しながら信号電荷成分のみ
を積分増幅することができ、大きな出力を得ることがで
きる。信号を読み出すには、一定の周期でスイッチＳＡ
５，ＳＡ６をオンし、蓄積用静電容量ＣＡから信号電荷
成分を保持用静電容量ＣＩへ転送する。即ち、スイッチ
ＳＡ５，ＳＡ６は、蓄積用静電容量ＣＡに蓄積された信
号電荷成分を保持用静電容量ＣＩへ転送する転送手段を
構成している。またこの場合、短い周期で正・逆相の蓄
積をして背景光電荷成分を除去しているので背景光が正
・逆相蓄積の１周期分の間で変化することはない。即ち
正・逆相の蓄積周期が短いほど背景光の速い変化に強
い。但し遠方の撮影に対しては背景光が速く変化するこ
とはなく、周期をそれほど短くしなくてもよい。
９を用いて説明する。まず期間（１）の間は発光部を消
灯して背景光のみを受光する。このときスイッチＳＡ
１，ＳＡ２をオフ、ＳＡ３，ＳＡ４をオンにして蓄積用
静電容量ＣＡに背景光に対応した背景光電荷成分の逆相
蓄積を行なう。次に期間（２）の間に発光部を点灯し、
背景光と信号光の両方を受光する。このときスイッチＳ
Ａ３，ＳＡ４をオフ、スイッチＳＡ１，ＳＡ２をオン
し、蓄積用静電容量ＣＡに背景光及び信号光を含む入射
光に対応した入射光電荷の正相蓄積を行なう。この結
果、１周期当たり蓄積用静電容量ＣＡには、入射光電荷
から背景光電荷成分を減じた信号電荷成分のみが蓄積さ
れる。この正、逆相の蓄積を繰り返すことによって雑音
となる背景光電荷成分を除去しながら信号電荷成分のみ
を積分増幅することができ、大きな出力を得ることがで
きる。信号を読み出すには、一定の周期でスイッチＳＡ
５，ＳＡ６をオンし、蓄積用静電容量ＣＡから信号電荷
成分を保持用静電容量ＣＩへ転送する。即ち、スイッチ
ＳＡ５，ＳＡ６は、蓄積用静電容量ＣＡに蓄積された信
号電荷成分を保持用静電容量ＣＩへ転送する転送手段を
構成している。またこの場合、短い周期で正・逆相の蓄
積をして背景光電荷成分を除去しているので背景光が正
・逆相蓄積の１周期分の間で変化することはない。即ち
正・逆相の蓄積周期が短いほど背景光の速い変化に強
い。但し遠方の撮影に対しては背景光が速く変化するこ
とはなく、周期をそれほど短くしなくてもよい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のイメージセンサにあっては、フレーム周期の
半分を雑音となる背景光に対応した背景光電荷成分の逆
相蓄積に使うようになっていたため、信号電荷成分の蓄
積に使える時間は高々フレーム周期の半分であって、フ
レーム周期の全期間を信号電荷成分の蓄積に使えるよう
な場合よりも感度が低くなってしまう。また受光部のフ
ォトダイオードＰＤＡには点線で示すような静電容量が
寄生しており、正・逆相を切替える際に蓄積用静電容量
ＣＡに蓄積されている信号電荷の一部がこの寄生容量な
どへ流れて信号のロスが発生する。従来のイメージセン
サにあっては、正・逆相の切替えがひんぱんなためこの
信号電荷のロスが大きく、切替え回数が少ない場合に比
べて感度が低くなってしまう。このため従来のイメージ
センサは、これらの点ではなお改善を要していた。
うな従来のイメージセンサにあっては、フレーム周期の
半分を雑音となる背景光に対応した背景光電荷成分の逆
相蓄積に使うようになっていたため、信号電荷成分の蓄
積に使える時間は高々フレーム周期の半分であって、フ
レーム周期の全期間を信号電荷成分の蓄積に使えるよう
な場合よりも感度が低くなってしまう。また受光部のフ
ォトダイオードＰＤＡには点線で示すような静電容量が
寄生しており、正・逆相を切替える際に蓄積用静電容量
ＣＡに蓄積されている信号電荷の一部がこの寄生容量な
どへ流れて信号のロスが発生する。従来のイメージセン
サにあっては、正・逆相の切替えがひんぱんなためこの
信号電荷のロスが大きく、切替え回数が少ない場合に比
べて感度が低くなってしまう。このため従来のイメージ
センサは、これらの点ではなお改善を要していた。
【０００５】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
感度を向上させることのできるイメージセンサを提供す
ることを目的とする。
感度を向上させることのできるイメージセンサを提供す
ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、各画素に、入射光を光電流
に光電変換する光電変換部と、信号光及び背景光を含む
入射光による前記光電流に対応した入射光電荷を一時的
に蓄積する蓄積用静電容量と、前記入射光電荷から前記
背景光に対応した背景光電荷成分を減じた信号電荷成分
を加算蓄積する保持用静電容量と、前記蓄積用静電容量
に蓄積された入射光電荷から前記背景光電荷成分を減算
して前記信号電荷成分を前記保持用静電容量に転送する
転送手段とを設けてなるイメージセンサにおいて、前記
入射光電荷を前記蓄積用静電容量に蓄積する時間と前記
背景光を検出する時間とをみかけ上異ならせる蓄積時間
変更手段を設けてなることを要旨とする。
に、請求項１記載の発明は、各画素に、入射光を光電流
に光電変換する光電変換部と、信号光及び背景光を含む
入射光による前記光電流に対応した入射光電荷を一時的
に蓄積する蓄積用静電容量と、前記入射光電荷から前記
背景光に対応した背景光電荷成分を減じた信号電荷成分
を加算蓄積する保持用静電容量と、前記蓄積用静電容量
に蓄積された入射光電荷から前記背景光電荷成分を減算
して前記信号電荷成分を前記保持用静電容量に転送する
転送手段とを設けてなるイメージセンサにおいて、前記
入射光電荷を前記蓄積用静電容量に蓄積する時間と前記
背景光を検出する時間とをみかけ上異ならせる蓄積時間
変更手段を設けてなることを要旨とする。
【０００７】請求項２記載の発明は、上記請求項１記載
のイメージセンサにおいて、前記蓄積時間変更手段は、
前記背景光を所定時間検出することにより得た背景光電
荷成分を前記所定時間の複数倍の時間だけ保持させる手
段からなり、前記入射光電荷は前記所定時間毎に複数回
前記蓄積用静電容量に蓄積するとともに当該所定時間の
経過毎に前記入射光電荷から前記保持された背景光電荷
成分を減算して前記保持用静電容量に転送するように構
成してなることを要旨とする。
のイメージセンサにおいて、前記蓄積時間変更手段は、
前記背景光を所定時間検出することにより得た背景光電
荷成分を前記所定時間の複数倍の時間だけ保持させる手
段からなり、前記入射光電荷は前記所定時間毎に複数回
前記蓄積用静電容量に蓄積するとともに当該所定時間の
経過毎に前記入射光電荷から前記保持された背景光電荷
成分を減算して前記保持用静電容量に転送するように構
成してなることを要旨とする。
【０００８】請求項３記載の発明は、上記請求項１記載
のイメージセンサにおいて、前記蓄積時間変更手段は、
前記背景光を所定時間検出して得た背景光電荷成分を当
該背景光電荷成分に対応した電圧の複数倍の電圧にして
充電保持する手段又は前記背景光を所定時間検出して得
た背景光電荷成分を複数倍に増幅する手段の何れかから
なり、前記入射光電荷は前記所定時間の複数倍の時間だ
け前記蓄積用静電容量に蓄積するとともに該蓄積用静電
容量に蓄積した入射光電荷から前記充電保持した複数倍
の電圧に対応した背景光電荷成分又は前記複数倍に増幅
した前記背景光電荷成分の何れかを減算して前記保持用
静電容量に転送するように構成してなることを要旨とす
る。
のイメージセンサにおいて、前記蓄積時間変更手段は、
前記背景光を所定時間検出して得た背景光電荷成分を当
該背景光電荷成分に対応した電圧の複数倍の電圧にして
充電保持する手段又は前記背景光を所定時間検出して得
た背景光電荷成分を複数倍に増幅する手段の何れかから
なり、前記入射光電荷は前記所定時間の複数倍の時間だ
け前記蓄積用静電容量に蓄積するとともに該蓄積用静電
容量に蓄積した入射光電荷から前記充電保持した複数倍
の電圧に対応した背景光電荷成分又は前記複数倍に増幅
した前記背景光電荷成分の何れかを減算して前記保持用
静電容量に転送するように構成してなることを要旨とす
る。
【０００９】請求項４記載の発明は、上記請求項１記載
のイメージセンサにおいて、前記蓄積時間変更手段は、
前記背景光を所定時間の複数倍の時間だけ検出して得た
背景光電荷成分を前記所定時間だけ蓄積する手段又は前
記背景光を所定時間の複数倍の時間だけ検出して得た背
景光電荷成分を複数分の１に除算する手段の何れかから
なり、前記入射光電荷は前記所定時間だけ前記蓄積用静
電容量に蓄積するとともに該蓄積用静電容量に蓄積され
た入射光電荷から前記所定時間だけ蓄積したか又は前記
複数分の１に除算した前記背景光成分を減算して前記保
持用静電容量に転送するように構成してなることを要旨
とする。
のイメージセンサにおいて、前記蓄積時間変更手段は、
前記背景光を所定時間の複数倍の時間だけ検出して得た
背景光電荷成分を前記所定時間だけ蓄積する手段又は前
記背景光を所定時間の複数倍の時間だけ検出して得た背
景光電荷成分を複数分の１に除算する手段の何れかから
なり、前記入射光電荷は前記所定時間だけ前記蓄積用静
電容量に蓄積するとともに該蓄積用静電容量に蓄積され
た入射光電荷から前記所定時間だけ蓄積したか又は前記
複数分の１に除算した前記背景光成分を減算して前記保
持用静電容量に転送するように構成してなることを要旨
とする。
【００１０】
【作用】請求項１記載の発明において、蓄積時間変更手
段により、例えば背景光に対応して逆相蓄積される背景
光電荷成分を複数倍に増幅すれば、入射光電荷を蓄積用
静電容量に正相蓄積する時間を複数倍に長くすることで
正相中に蓄積される背景光電荷成分が丁度逆相中に蓄積
される背景光電荷成分と相殺されて信号電荷成分のみが
保持用静電容量に加算蓄積される。したがって入射光電
荷を蓄積用静電容量に蓄積する時間を背景光を検出する
時間よりも長くすることができて感度を向上させること
が可能となる。また正・逆相を切替える回数が減って切
替えの際の信号電荷のロスが少なくなって感度をさらに
向上させることが可能となる。また例えば信号光の強度
が十分に強く短い正相蓄積時間で大きな出力が得られる
場合、上記と逆に背景光電荷成分の方を長い時間蓄積す
れば背景光のノイズの影響が減少して精度のよい画像信
号の検出が可能となる。
段により、例えば背景光に対応して逆相蓄積される背景
光電荷成分を複数倍に増幅すれば、入射光電荷を蓄積用
静電容量に正相蓄積する時間を複数倍に長くすることで
正相中に蓄積される背景光電荷成分が丁度逆相中に蓄積
される背景光電荷成分と相殺されて信号電荷成分のみが
保持用静電容量に加算蓄積される。したがって入射光電
荷を蓄積用静電容量に蓄積する時間を背景光を検出する
時間よりも長くすることができて感度を向上させること
が可能となる。また正・逆相を切替える回数が減って切
替えの際の信号電荷のロスが少なくなって感度をさらに
向上させることが可能となる。また例えば信号光の強度
が十分に強く短い正相蓄積時間で大きな出力が得られる
場合、上記と逆に背景光電荷成分の方を長い時間蓄積す
れば背景光のノイズの影響が減少して精度のよい画像信
号の検出が可能となる。
【００１１】請求項２記載の発明において、所定時間の
逆相蓄積により得た背景光電荷成分をその所定時間の複
数倍の時間だけ保持させ、入射光電荷は所定時間毎に複
数回蓄積用静電容量に蓄積するとともにその所定時間の
経過毎に入射光電荷から上記の保持された背景光電荷成
分を減算して保持用静電容量に転送することにより、入
射光電荷を正相蓄積する時間を背景光検出時間の複数倍
にすることができて感度を向上させることが可能とな
る。
逆相蓄積により得た背景光電荷成分をその所定時間の複
数倍の時間だけ保持させ、入射光電荷は所定時間毎に複
数回蓄積用静電容量に蓄積するとともにその所定時間の
経過毎に入射光電荷から上記の保持された背景光電荷成
分を減算して保持用静電容量に転送することにより、入
射光電荷を正相蓄積する時間を背景光検出時間の複数倍
にすることができて感度を向上させることが可能とな
る。
【００１２】請求項３記載の発明において、逆相蓄積に
より得た背景光電荷成分をその背景光電荷成分に対応し
た電圧の複数倍の電圧にして充電保持するか又はその背
景光電荷成分を複数倍に増幅し、入射光電荷は上記複数
倍の時間だけ蓄積用静電容量に正相蓄積するとともにそ
の入射光電荷から上記の充電保持した電圧に相当する背
景光電荷成分又は上記の複数倍に増幅した背景光電荷成
分を減算して保持用静電容量に転送することにより、入
射光電荷を正相蓄積する時間を背景光検出時間の複数倍
に長くすることができ、また正・逆相の切替え回数を減
らすことができて感度を向上させることができる。
より得た背景光電荷成分をその背景光電荷成分に対応し
た電圧の複数倍の電圧にして充電保持するか又はその背
景光電荷成分を複数倍に増幅し、入射光電荷は上記複数
倍の時間だけ蓄積用静電容量に正相蓄積するとともにそ
の入射光電荷から上記の充電保持した電圧に相当する背
景光電荷成分又は上記の複数倍に増幅した背景光電荷成
分を減算して保持用静電容量に転送することにより、入
射光電荷を正相蓄積する時間を背景光検出時間の複数倍
に長くすることができ、また正・逆相の切替え回数を減
らすことができて感度を向上させることができる。
【００１３】請求項４記載の発明においては、例えば、
信号光の強度が十分に強く短い正相蓄積時間で十分大き
な出力が得られる場合、上記とは逆に、背景光電荷成分
を逆相蓄積する時間の方を長くすることで背景光のノイ
ズの影響が減少して精度のよい画像信号の検出が可能と
なる。
信号光の強度が十分に強く短い正相蓄積時間で十分大き
な出力が得られる場合、上記とは逆に、背景光電荷成分
を逆相蓄積する時間の方を長くすることで背景光のノイ
ズの影響が減少して精度のよい画像信号の検出が可能と
なる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１ないし図３は本発明の第１実施例を示す図で
ある。なお、図１及び後述の第２実施例以下の各実施例
を示す図において前記図８における素子等と同一ないし
均等のものは、前記と同一符号を以って示し、重複した
説明を省略する。
する。図１ないし図３は本発明の第１実施例を示す図で
ある。なお、図１及び後述の第２実施例以下の各実施例
を示す図において前記図８における素子等と同一ないし
均等のものは、前記と同一符号を以って示し、重複した
説明を省略する。
【００１５】まずイメージセンサの構成を説明すると、
本実施例では、スイッチＳＡ３と蓄積用静電容量ＣＡの
負電極との間に蓄積時間変更手段として、背景光に対応
した背景光電流成分を所定の複数倍に増幅する電流増幅
器１が接続されている。図２は、電流増幅器１の具体的
な構成例を示しており、例えばＭＯＳトランジスタ１ａ
で（Ａ−１）個のＭＯＳトランジスタ１ｂ〜１ｎを駆動
することにより電流Ｉを所定の複数倍ＡＩに増幅するカ
レントミラー回路が用いられる。
本実施例では、スイッチＳＡ３と蓄積用静電容量ＣＡの
負電極との間に蓄積時間変更手段として、背景光に対応
した背景光電流成分を所定の複数倍に増幅する電流増幅
器１が接続されている。図２は、電流増幅器１の具体的
な構成例を示しており、例えばＭＯＳトランジスタ１ａ
で（Ａ−１）個のＭＯＳトランジスタ１ｂ〜１ｎを駆動
することにより電流Ｉを所定の複数倍ＡＩに増幅するカ
レントミラー回路が用いられる。
【００１６】次に上述のように構成されたイメージセン
サの動作を図３を用いて説明する。まず期間（１）の間
に発光部を消灯して背景光のみを受光する。このとき背
景光電流成分が電流増幅器１によって複数倍に増幅され
ているので蓄積用静電容量ＣＡに蓄積される逆相の背景
光電荷成分はこの期間中の光電荷の複数倍になる。その
倍率をＡとする。次いで期間（８）の間に発光部を点灯
し、背景光と信号光の両方を受光して蓄積用静電容量Ｃ
Ａに背景光及び信号光を含む入射光に対応した入射光電
荷の正相蓄積を行なう。この正相蓄積の期間（８）を逆
相蓄積の期間（７）のＡ倍にすれば正相中に蓄積される
背景光電荷成分が丁度逆相中に蓄積される背景光電荷成
分と相殺される。その結果信号電荷成分のみが蓄積用静
電容量ＣＡに蓄積される。このように正・逆相の蓄積を
繰り返すことによって背景光電荷成分を除去し、信号電
荷成分のみを蓄積用静電容量ＣＡに蓄積するという点で
は本実施例は従来例と同等な動作をする。そしてこのよ
うな信号電荷成分の蓄積動作において、本実施例は従来
例よりも信号光を長時間蓄積できる。したがって感度が
向上する。また正・逆相を切替える回数が減るので切替
えの際の信号電荷のロスが少なくなり感度がさらに向上
する。
サの動作を図３を用いて説明する。まず期間（１）の間
に発光部を消灯して背景光のみを受光する。このとき背
景光電流成分が電流増幅器１によって複数倍に増幅され
ているので蓄積用静電容量ＣＡに蓄積される逆相の背景
光電荷成分はこの期間中の光電荷の複数倍になる。その
倍率をＡとする。次いで期間（８）の間に発光部を点灯
し、背景光と信号光の両方を受光して蓄積用静電容量Ｃ
Ａに背景光及び信号光を含む入射光に対応した入射光電
荷の正相蓄積を行なう。この正相蓄積の期間（８）を逆
相蓄積の期間（７）のＡ倍にすれば正相中に蓄積される
背景光電荷成分が丁度逆相中に蓄積される背景光電荷成
分と相殺される。その結果信号電荷成分のみが蓄積用静
電容量ＣＡに蓄積される。このように正・逆相の蓄積を
繰り返すことによって背景光電荷成分を除去し、信号電
荷成分のみを蓄積用静電容量ＣＡに蓄積するという点で
は本実施例は従来例と同等な動作をする。そしてこのよ
うな信号電荷成分の蓄積動作において、本実施例は従来
例よりも信号光を長時間蓄積できる。したがって感度が
向上する。また正・逆相を切替える回数が減るので切替
えの際の信号電荷のロスが少なくなり感度がさらに向上
する。
【００１７】図４には、本発明の第２実施例を示す。ま
ず構成を説明する。本実施例では、フォトダイオードＰ
ＤＡの出力側がスイッチＳＢ１，ＳＢ２を介して正相蓄
積用静電容量ＣＢ１と逆相蓄積用静電容量ＣＢ２の各正
電極にそれぞれ接続されている。両蓄積用静電容量ＣＢ
１，ＣＢ２の負電極は接地されている。正相蓄積用静電
容量ＣＢ１の正電極はスイッチＳＢ３を介してオペアン
プ２の反転入力端子（−）に接続され、逆相蓄積用静電
容量ＣＢ２の正電極はスイッチＳＢ４を介してオペアン
プ２の非反転入力端子（＋）に接続されている。オペア
ンプ２の出力端子は、保持用静電容量ＣＢ３の負電極に
接続され、この接続点がそのまま出力端子ＯＵＴとな
る。保持用静電容量ＣＢ３の正電極はオペアンプ２の反
転入力端子（−）に接続されている。スイッチＳＢ５，
ＳＢ６，ＳＢ７はそれぞれ静電容量ＣＢ１，ＣＢ２，Ｃ
Ｂ３のリセット用スイッチである。そしてさらに逆相蓄
積用静電容量ＣＢ２の正電極とスイッチＳＢ４の間に、
蓄積時間変更手段としてその逆相蓄積用静電容量ＣＢ２
に蓄積された背景光電荷成分を所定の複数倍Ａに増幅す
るための電圧増幅器３が接続されている。
ず構成を説明する。本実施例では、フォトダイオードＰ
ＤＡの出力側がスイッチＳＢ１，ＳＢ２を介して正相蓄
積用静電容量ＣＢ１と逆相蓄積用静電容量ＣＢ２の各正
電極にそれぞれ接続されている。両蓄積用静電容量ＣＢ
１，ＣＢ２の負電極は接地されている。正相蓄積用静電
容量ＣＢ１の正電極はスイッチＳＢ３を介してオペアン
プ２の反転入力端子（−）に接続され、逆相蓄積用静電
容量ＣＢ２の正電極はスイッチＳＢ４を介してオペアン
プ２の非反転入力端子（＋）に接続されている。オペア
ンプ２の出力端子は、保持用静電容量ＣＢ３の負電極に
接続され、この接続点がそのまま出力端子ＯＵＴとな
る。保持用静電容量ＣＢ３の正電極はオペアンプ２の反
転入力端子（−）に接続されている。スイッチＳＢ５，
ＳＢ６，ＳＢ７はそれぞれ静電容量ＣＢ１，ＣＢ２，Ｃ
Ｂ３のリセット用スイッチである。そしてさらに逆相蓄
積用静電容量ＣＢ２の正電極とスイッチＳＢ４の間に、
蓄積時間変更手段としてその逆相蓄積用静電容量ＣＢ２
に蓄積された背景光電荷成分を所定の複数倍Ａに増幅す
るための電圧増幅器３が接続されている。
【００１８】次に動作を説明する。まず発光部を消灯し
て背景光のみを受光する。このときスイッチＳＢ１をオ
フ、スイッチＳＢ２をオンにして逆相蓄積用静電容量Ｃ
Ｂ２に背景光に対応した背景光電荷成分の逆相蓄積を行
なう。次いで発光部を点灯し、背景光と信号光の両方を
受光する。このときスイッチＳＢ２をオフ、スイッチＳ
Ｂ１をオンにして正相蓄積用静電容量ＣＢ１に背景光及
び信号光を含む入射光に対応した入射光電荷の正相蓄積
を行なう。その後スイッチＳＢ３，ＳＢ４をオンにする
とオペアンプの作用により入射光電荷から背景光電荷成
分を減じた信号電荷成分が保持用静電容量ＣＢ３に転送
される。即ちこの構成のイメージセンサでは、スイッチ
ＳＢ３，ＳＢ４及びオペアンプ２により正相蓄積用静電
容量ＣＢ１に蓄積された入射光電荷から背景光電荷成分
を減算して信号電荷成分を保持用静電容量ＣＢ３に転送
する転送手段が構成されている。そしてこのような入射
光電荷から背景光電荷成分の減算作用において、本実施
例では逆相蓄積用静電容量ＣＢ２に蓄積された背景光電
荷成分が電圧増幅器３でＡ倍に増幅されるため、入射光
電荷を正相蓄積用静電容量ＣＢ１に正相蓄積する時間を
逆相蓄積時間の複数倍Ａにすることにより、正相中に蓄
積された背景光電荷成分が丁度逆相中に蓄積された背景
光電荷成分と相殺される。その結果信号電荷成分のみが
保持用静電容量ＣＢ３に加算蓄積される。したがって本
実施例も前記図４に示したのと同様の動作、即ち信号電
荷蓄積時間を長くし、正・逆相の切替え回数を減らすこ
とができて感度を向上させることができる。
て背景光のみを受光する。このときスイッチＳＢ１をオ
フ、スイッチＳＢ２をオンにして逆相蓄積用静電容量Ｃ
Ｂ２に背景光に対応した背景光電荷成分の逆相蓄積を行
なう。次いで発光部を点灯し、背景光と信号光の両方を
受光する。このときスイッチＳＢ２をオフ、スイッチＳ
Ｂ１をオンにして正相蓄積用静電容量ＣＢ１に背景光及
び信号光を含む入射光に対応した入射光電荷の正相蓄積
を行なう。その後スイッチＳＢ３，ＳＢ４をオンにする
とオペアンプの作用により入射光電荷から背景光電荷成
分を減じた信号電荷成分が保持用静電容量ＣＢ３に転送
される。即ちこの構成のイメージセンサでは、スイッチ
ＳＢ３，ＳＢ４及びオペアンプ２により正相蓄積用静電
容量ＣＢ１に蓄積された入射光電荷から背景光電荷成分
を減算して信号電荷成分を保持用静電容量ＣＢ３に転送
する転送手段が構成されている。そしてこのような入射
光電荷から背景光電荷成分の減算作用において、本実施
例では逆相蓄積用静電容量ＣＢ２に蓄積された背景光電
荷成分が電圧増幅器３でＡ倍に増幅されるため、入射光
電荷を正相蓄積用静電容量ＣＢ１に正相蓄積する時間を
逆相蓄積時間の複数倍Ａにすることにより、正相中に蓄
積された背景光電荷成分が丁度逆相中に蓄積された背景
光電荷成分と相殺される。その結果信号電荷成分のみが
保持用静電容量ＣＢ３に加算蓄積される。したがって本
実施例も前記図４に示したのと同様の動作、即ち信号電
荷蓄積時間を長くし、正・逆相の切替え回数を減らすこ
とができて感度を向上させることができる。
【００１９】図５には、本発明の第３実施例を示す。本
実施例では、上記第２実施例のイメージセンサとほぼ同
様の構成のイメージセンサにおいて、逆相蓄積用静電容
量ＣＢ４の静電容量値が正相蓄積用静電容量ＣＢ１の静
電容量値の１／Ａ倍に小さく設定されている。この静電
容量値が小さく設定された逆相蓄積用静電容量ＣＢ４に
より蓄積時間変更手段が構成されている。このような構
成のため同じ蓄積時間では逆相蓄積用静電容量ＣＢ４に
は正相蓄積用静電容量ＣＢ１のＡ倍の電圧が充電され
る。したがって本実施例においても上記第２実施例と同
様に、入射光電荷を正相蓄積用静電容量ＣＢ１に正相蓄
積する時間を逆相蓄積時間の複数倍Ａに長くし、また正
・逆相の切替え回数を減らすことができて感度を向上さ
せることができる。
実施例では、上記第２実施例のイメージセンサとほぼ同
様の構成のイメージセンサにおいて、逆相蓄積用静電容
量ＣＢ４の静電容量値が正相蓄積用静電容量ＣＢ１の静
電容量値の１／Ａ倍に小さく設定されている。この静電
容量値が小さく設定された逆相蓄積用静電容量ＣＢ４に
より蓄積時間変更手段が構成されている。このような構
成のため同じ蓄積時間では逆相蓄積用静電容量ＣＢ４に
は正相蓄積用静電容量ＣＢ１のＡ倍の電圧が充電され
る。したがって本実施例においても上記第２実施例と同
様に、入射光電荷を正相蓄積用静電容量ＣＢ１に正相蓄
積する時間を逆相蓄積時間の複数倍Ａに長くし、また正
・逆相の切替え回数を減らすことができて感度を向上さ
せることができる。
【００２０】図６には、本発明の第４実施例を示す。本
実施例は、前記第２実施例のイメージセンサと同じ構成
のイメージセンサにおいて、蓄積時間変更手段として逆
相蓄積用静電容量ＣＢ２のリセット用スイッチＳＢ６を
制御するリセット制御回路４が設けられている。このリ
セット制御回路４により背景光を所定時間検出すること
により得た背景光電荷成分をその所定時間の複数倍の時
間だけ逆相蓄積用静電容量ＣＢ２に保持させることがで
きるようになっている。図７にその動作タイミングチャ
ートを示す。期間（９）の間発光部を消灯して背景光の
みを受光し、背景光電荷成分を逆相蓄積用静電容量ＣＢ
２に逆相蓄積する。次に期間（１０）の間発光部を点灯
して背景光と信号光の両方を受光し、背景光及び信号光
を含む入射光に対応した入射光電荷を正相蓄積用静電容
量ＣＢ１に正相蓄積する。逆相蓄積時の背景光電荷成分
と同じだけ正相蓄積分の背景光電荷成分が蓄積したらス
イッチＳＢ３，ＳＢ４をオンにして信号電荷成分のみを
保持用静電容量ＣＢ３に転送する。引き続き期間（１
１）で発光部をそのまま点灯しておき、再び入射光電荷
を正相蓄積用静電容量ＣＢ１に正相蓄積する。このとき
従来と違ってリセット用スイッチＳＢ６を遮断状態のま
まに保ち逆相蓄積用静電容量ＣＢ２に蓄積されている背
景光電荷成分をリセットしない。期間（１１）の終わり
に再びスイッチＳＢ３，ＳＢ４をオンにし、逆相静電容
量ＣＢ２に蓄積されている背景光電荷成分を使って減算
を行ない、信号電荷成分のみを保持用静電容量ＣＢ３に
転送蓄積する。これをＡ回繰り返す。このような動作に
より、信号電荷成分を含む入射光電荷を正相蓄積用静電
容量ＣＢ１に正相蓄積する時間を背景光検出時間の複数
倍にすることができて感度を向上させることができる。
実施例は、前記第２実施例のイメージセンサと同じ構成
のイメージセンサにおいて、蓄積時間変更手段として逆
相蓄積用静電容量ＣＢ２のリセット用スイッチＳＢ６を
制御するリセット制御回路４が設けられている。このリ
セット制御回路４により背景光を所定時間検出すること
により得た背景光電荷成分をその所定時間の複数倍の時
間だけ逆相蓄積用静電容量ＣＢ２に保持させることがで
きるようになっている。図７にその動作タイミングチャ
ートを示す。期間（９）の間発光部を消灯して背景光の
みを受光し、背景光電荷成分を逆相蓄積用静電容量ＣＢ
２に逆相蓄積する。次に期間（１０）の間発光部を点灯
して背景光と信号光の両方を受光し、背景光及び信号光
を含む入射光に対応した入射光電荷を正相蓄積用静電容
量ＣＢ１に正相蓄積する。逆相蓄積時の背景光電荷成分
と同じだけ正相蓄積分の背景光電荷成分が蓄積したらス
イッチＳＢ３，ＳＢ４をオンにして信号電荷成分のみを
保持用静電容量ＣＢ３に転送する。引き続き期間（１
１）で発光部をそのまま点灯しておき、再び入射光電荷
を正相蓄積用静電容量ＣＢ１に正相蓄積する。このとき
従来と違ってリセット用スイッチＳＢ６を遮断状態のま
まに保ち逆相蓄積用静電容量ＣＢ２に蓄積されている背
景光電荷成分をリセットしない。期間（１１）の終わり
に再びスイッチＳＢ３，ＳＢ４をオンにし、逆相静電容
量ＣＢ２に蓄積されている背景光電荷成分を使って減算
を行ない、信号電荷成分のみを保持用静電容量ＣＢ３に
転送蓄積する。これをＡ回繰り返す。このような動作に
より、信号電荷成分を含む入射光電荷を正相蓄積用静電
容量ＣＢ１に正相蓄積する時間を背景光検出時間の複数
倍にすることができて感度を向上させることができる。
【００２１】この他に前記した特願平６−２５８２８７
号に開示した全実施例に対して本発明を適用することが
できる。
号に開示した全実施例に対して本発明を適用することが
できる。
【００２２】また、ここまで述べてきたのと逆に背景光
電荷成分の逆相蓄積時間を信号電荷成分の正相蓄積時間
より長くすることも考えられる。例えば信号光の強度が
十分に強く短い正相蓄積時間で十分大きな出力が得られ
る場合、背景光電荷成分を長い時間蓄積すれば背景光の
ノイズの影響が減少して精度のよい画像信号を得ること
が可能となる。この場合には、例えば図１、図４、図５
に示す増幅率Ａないしは倍率Ａを１より小さくするか又
は図１、図４、図５、図６に示す場合と反対に正相蓄積
側に増幅器又はタイミング制御回路を設ければよい。
電荷成分の逆相蓄積時間を信号電荷成分の正相蓄積時間
より長くすることも考えられる。例えば信号光の強度が
十分に強く短い正相蓄積時間で十分大きな出力が得られ
る場合、背景光電荷成分を長い時間蓄積すれば背景光の
ノイズの影響が減少して精度のよい画像信号を得ること
が可能となる。この場合には、例えば図１、図４、図５
に示す増幅率Ａないしは倍率Ａを１より小さくするか又
は図１、図４、図５、図６に示す場合と反対に正相蓄積
側に増幅器又はタイミング制御回路を設ければよい。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、例えば入射光電荷を蓄積用静電容量に蓄積
する時間を背景光を検出する時間よりも長くしたとき
は、感度を向上させることができる。また正・逆相を切
替える回数が減って切替えの際の信号電荷のロスが少な
くなって感度をさらに向上させることができる。一方、
例えば信号光の強度が十分に強く短い正相蓄積時間で大
きな出力が得られる場合、上記と逆に背景光を検出する
時間の方を長くしたときは、背景光のノイズの影響が減
少して精度のよい画像信号を得ることができる。
明によれば、例えば入射光電荷を蓄積用静電容量に蓄積
する時間を背景光を検出する時間よりも長くしたとき
は、感度を向上させることができる。また正・逆相を切
替える回数が減って切替えの際の信号電荷のロスが少な
くなって感度をさらに向上させることができる。一方、
例えば信号光の強度が十分に強く短い正相蓄積時間で大
きな出力が得られる場合、上記と逆に背景光を検出する
時間の方を長くしたときは、背景光のノイズの影響が減
少して精度のよい画像信号を得ることができる。
【００２４】請求項２記載の発明によれば、入射光電荷
を蓄積用静電容量に正相蓄積する時間を背景光検出時間
の複数倍にすることができて感度を向上させることがで
きる。
を蓄積用静電容量に正相蓄積する時間を背景光検出時間
の複数倍にすることができて感度を向上させることがで
きる。
【００２５】請求項３記載の発明によれば、入射光電荷
を蓄積用静電容量に正相蓄積する時間を背景光検出時間
の複数倍に長くすることができ、また正・逆相の切替え
回数を減らすことができて感度を向上させることができ
る。
を蓄積用静電容量に正相蓄積する時間を背景光検出時間
の複数倍に長くすることができ、また正・逆相の切替え
回数を減らすことができて感度を向上させることができ
る。
【００２６】請求項４記載の発明によれば、例えば信号
光の強度が十分に強く短い正相蓄積時間で十分大きな出
力が得られる場合は、背景光のノイズの影響が減少して
精度のよい画像信号を得ることができる。
光の強度が十分に強く短い正相蓄積時間で十分大きな出
力が得られる場合は、背景光のノイズの影響が減少して
精度のよい画像信号を得ることができる。
【図１】本発明に係るイメージセンサの第１実施例を示
す回路図である。
す回路図である。
【図２】上記図１における電流増幅器の内部構成を示す
回路図である。
回路図である。
【図３】上記第１実施例の動作を説明するための図であ
る。
る。
【図４】本発明の第２実施例を示す回路図である。
【図５】本発明の第３実施例を示す回路図である。
【図６】本発明の第４実施例を示す回路図である。
【図７】上記第４実施例の動作を説明するための図であ
る。
る。
【図８】従来のイメージセンサを示す回路図である。
【図９】上記従来例の動作を説明するための図である。
１ 電流増幅器（蓄積時間変更手段） ２ オペアンプ ３ 電圧増幅器（蓄積時間変更手段） ４ リセット制御回路（蓄積手段変更手段） ＣＡ 蓄積用静電容量 ＣＢ１ 正相蓄積用静電容量 ＣＢ２ 逆相蓄積用静電容量 ＣＢ３，ＣＩ 保持用静電容量 ＣＢ４ 静電容量値の小さい逆相蓄積用静電容量（蓄積
時間変更手段） ＰＤＡ フォトダイオード（光電変換部） ＳＡ５，ＳＡ６ 転送手段となるスイッチ ＳＢ３，ＳＢ４ オペアンプとともに転送手段となるス
イッチ
時間変更手段） ＰＤＡ フォトダイオード（光電変換部） ＳＡ５，ＳＡ６ 転送手段となるスイッチ ＳＢ３，ＳＢ４ オペアンプとともに転送手段となるス
イッチ
Claims (4)
- 【請求項１】 各画素に、入射光を光電流に光電変換す
る光電変換部と、信号光及び背景光を含む入射光による
前記光電流に対応した入射光電荷を一時的に蓄積する蓄
積用静電容量と、前記入射光電荷から前記背景光に対応
した背景光電荷成分を減じた信号電荷成分を加算蓄積す
る保持用静電容量と、前記蓄積用静電容量に蓄積された
入射光電荷から前記背景光電荷成分を減算して前記信号
電荷成分を前記保持用静電容量に転送する転送手段とを
設けてなるイメージセンサにおいて、前記入射光電荷を
前記蓄積用静電容量に蓄積する時間と前記背景光を検出
する時間とをみかけ上異ならせる蓄積時間変更手段を設
けてなることを特徴とするイメージセンサ。 - 【請求項２】 前記蓄積時間変更手段は、前記背景光を
所定時間検出することにより得た背景光電荷成分を前記
所定時間の複数倍の時間だけ保持させる手段からなり、
前記入射光電荷は前記所定時間毎に複数回前記蓄積用静
電容量に蓄積するとともに当該所定時間の経過毎に前記
入射光電荷から前記保持された背景光電荷成分を減算し
て前記保持用静電容量に転送するように構成してなるこ
とを特徴とする請求項１記載のイメージセンサ。 - 【請求項３】 前記蓄積時間変更手段は、前記背景光を
所定時間検出して得た背景光電荷成分を当該背景光電荷
成分に対応した電圧の複数倍の電圧にして充電保持する
手段又は前記背景光を所定時間検出して得た背景光電荷
成分を複数倍に増幅する手段の何れかからなり、前記入
射光電荷は前記所定時間の複数倍の時間だけ前記蓄積用
静電容量に蓄積するとともに該蓄積用静電容量に蓄積し
た入射光電荷から前記充電保持した複数倍の電圧に対応
した背景光電荷成分又は前記複数倍に増幅した前記背景
光電荷成分の何れかを減算して前記保持用静電容量に転
送するように構成してなることを特徴とする請求項１記
載のイメージセンサ。 - 【請求項４】 前記蓄積時間変更手段は、前記背景光を
所定時間の複数倍の時間だけ検出して得た背景光電荷成
分を前記所定時間だけ蓄積する手段又は前記背景光を所
定時間の複数倍の時間だけ検出して得た背景光電荷成分
を複数分の１に除算する手段の何れかからなり、前記入
射光電荷は前記所定時間だけ前記蓄積用静電容量に蓄積
するとともに該蓄積用静電容量に蓄積された入射光電荷
から前記所定時間だけ蓄積したか又は前記複数分の１に
除算した前記背景光成分を減算して前記保持用静電容量
に転送するように構成してなることを特徴とする請求項
１記載のイメージセンサ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10954095A JP3546525B2 (ja) | 1995-05-08 | 1995-05-08 | イメージセンサ |
| US08/547,230 US5705807A (en) | 1994-10-24 | 1995-10-24 | Photo detecting apparatus for detecting reflected light from an object and excluding an external light componet from the reflected light |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10954095A JP3546525B2 (ja) | 1995-05-08 | 1995-05-08 | イメージセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08307772A true JPH08307772A (ja) | 1996-11-22 |
| JP3546525B2 JP3546525B2 (ja) | 2004-07-28 |
Family
ID=14512846
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10954095A Expired - Fee Related JP3546525B2 (ja) | 1994-10-24 | 1995-05-08 | イメージセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3546525B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001108521A (ja) * | 1999-10-07 | 2001-04-20 | Hamamatsu Photonics Kk | 光検出装置 |
| JP2003057113A (ja) * | 2001-08-13 | 2003-02-26 | Canon Inc | 光電変換装置、測光センサ及び撮像装置 |
| JP2006197383A (ja) * | 2005-01-14 | 2006-07-27 | Canon Inc | 固体撮像装置、その制御方法及びカメラ |
| US8350912B2 (en) | 2006-08-04 | 2013-01-08 | Ssd Company Limited | Image sensor and image sensor system |
| CN107481763A (zh) * | 2017-08-11 | 2017-12-15 | 北京芯思锐科技有限责任公司 | 一种存储器及其探测方法、以及芯片 |
-
1995
- 1995-05-08 JP JP10954095A patent/JP3546525B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001108521A (ja) * | 1999-10-07 | 2001-04-20 | Hamamatsu Photonics Kk | 光検出装置 |
| JP2003057113A (ja) * | 2001-08-13 | 2003-02-26 | Canon Inc | 光電変換装置、測光センサ及び撮像装置 |
| JP2006197383A (ja) * | 2005-01-14 | 2006-07-27 | Canon Inc | 固体撮像装置、その制御方法及びカメラ |
| US8350912B2 (en) | 2006-08-04 | 2013-01-08 | Ssd Company Limited | Image sensor and image sensor system |
| CN107481763A (zh) * | 2017-08-11 | 2017-12-15 | 北京芯思锐科技有限责任公司 | 一种存储器及其探测方法、以及芯片 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3546525B2 (ja) | 2004-07-28 |
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