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JPH0448862A - Image sensor and its drive method - Google Patents

Image sensor and its drive method

Info

Publication number
JPH0448862A
JPH0448862A JP15903690A JP15903690A JPH0448862A JP H0448862 A JPH0448862 A JP H0448862A JP 15903690 A JP15903690 A JP 15903690A JP 15903690 A JP15903690 A JP 15903690A JP H0448862 A JPH0448862 A JP H0448862A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
phototransistor
charging
reset
switch
image sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP15903690A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Riyuushin Okamoto
龍鎮 岡本
Kazufumi Yamaguchi
山口 和文
Yasunaga Yamamoto
泰永 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP15903690A priority Critical patent/JPH0448862A/en
Publication of JPH0448862A publication Critical patent/JPH0448862A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To improve an after-image rate considerably by connecting a reverse junction diode by diffusion of a 2nd emitter and a reset switch between power supplies for a reset. CONSTITUTION:A base region of reset switches 7(7a-7g) is reset via a reverse junction diode. A base electrode of a photo transistor is not completely floated, but a very small current is injected to the base via the reverse junction diode of a 2nd emitter. Thus, since not only a collector voltage but also a base voltage is increased at the latter half of charging, the sensor gets active in a shorter time than that of a conventional sensor. As a result, an after-image rate is considerably improved.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は原稿情報を高速 高品質で読みとることを可能
にするイメージセンサに関するものであム 従来の技術 画像処珠 画像通信機器の進展に伴って、高性能イメー
ジセンサのニーズが高まっている力丈 集積回路を利用
したイメージセンサは光検知素子としてフォトダイオー
ドまたはフォトトランジスタを用いていも 直接法で光
電流を直接出力する場合の感度はフォトダイオードで約
5nA/<Iux−mrn”)、フォトトランジスタで
約100 nA/ (l u x−mm2)であム フ
ォトトランジスタは検知素子自体で増幅機能があるため
に感度が高くなる。またイメージセンサは解像度を高く
するに伴って受光面積が小さくなり、直接法では感度不
足になム 駆動方式からの高感度化のため艮画像信号の
出力インターバルに相当する時間だけ光電流を蓄積し 
信号の出力のタイミングで集中的に出力させる蓄積法に
よる駆動方式が各種のイメージセンサで採用されていも
 例えばCCDイメージセンサは読み取りタイミングで
一斉にフォトダイオードに蓄積された光信号電荷をCC
Dのポテンシャル井戸に導き、その後ポテンシャル井戸
に沿って出力アンプ側に転送して画像信号を得てい4 
 MOSイメージセンサはフォトダイオードまたはフォ
トトランジスタに一定の電荷を充電した批 次の読み取
りのタイミングまでの阻 光電流によって放電させ、次
の再充電によって蓄積画像信号を得ていも バイポーラ
イメージセンサはフォトトランジスタに一定の電荷を充
電した黴次の読み取りタイミングまでの皿 光電流によ
って放電させ、次の再充電のタイミングでトランジスタ
機能によって増幅した後、蓄積画像信号を得ていも 光検知部の感度はフォトトランジスタを用いた蓄積方式
が最も高Ls  Lかしなか収 再充電のための時定数
が犬で残像が大きく、高速読み取りが難しいという問題
点かあa 第5図は光検知素子として、フォトトランジスタを用い
た従来のイメージセンサの回路図であム1 (1a〜I
g)はフォトトランジスタ、2(2a〜2g)は走査回
路の出力端子、 3 (3a〜3g)は充電用スイッチ
であa 4は充電電圧を設定するバイアス電源の入力端
子、 5は画像信号出力端子、20は走査回路であム 
走査信号に従って、スイッチ3がオス オフすることに
よってフォトトランジスタ1への充電電流が流れ 端子
5から画像信号が得られも 更に詳しく説明すると次のようになム フォトトランジ
スタlは等価回路として、ベース・コレクタ接合による
光電流発生機能及びその接合容量Cbo、そして光応答
のないトランジスタで表わされも スイッチ3がオンに
なった時、接合容量に充電電圧Vk6とCboで決まる
一定の電荷が充電され その後スイッチ3が一定時間(
蓄積時間)オフになり、フォトトランジスタlの受光窓
に光が照射されていると、その光量に比例した電荷が放
電すム 次のスイッチ3のオンのタイミングで再充電を
行(\ その充電電荷量が画像信号端子5から得られる
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to an image sensor that makes it possible to read document information at high speed and with high quality. The need for high-performance image sensors is increasing Even though image sensors using integrated circuits use photodiodes or phototransistors as light detection elements, the sensitivity of photodiodes when directly outputting photocurrent using the direct method is approximately 5nA/<Iux-mrn”), and approximately 100 nA/(lu x-mm2) for a phototransistor.The phototransistor has a high sensitivity because the sensing element itself has an amplification function.In addition, the image sensor has a high resolution. As the height increases, the light-receiving area becomes smaller, and the sensitivity becomes insufficient in the direct method.In order to increase the sensitivity from the drive method, photocurrent is accumulated for a time corresponding to the output interval of the image signal.
Although various image sensors use a drive method based on the accumulation method that outputs signals intensively at the timing of signal output, for example, in a CCD image sensor, the optical signal charges accumulated in the photodiode at the reading timing are transferred to the CCD image sensor.
The signal is guided to the potential well D, and then transferred along the potential well to the output amplifier side to obtain an image signal.
MOS image sensors charge a photodiode or phototransistor with a certain amount of charge, then discharge it with a blocking current until the timing of the next reading, and obtain an accumulated image signal by recharging.Bipolar image sensors use a phototransistor. Even if the accumulated image signal is obtained after discharging it with a photocurrent and amplifying it by the transistor function at the next recharge timing, the sensitivity of the photodetector section is The storage method used is the one with the highest Ls.The time constant for recharging is long, and the problem is that there is a large afterimage, making high-speed reading difficult. A circuit diagram of a conventional image sensor shown in Fig. 1 (1a-I
g) is a phototransistor, 2 (2a to 2g) is the output terminal of the scanning circuit, 3 (3a to 3g) is the charging switch a, 4 is the input terminal of the bias power supply for setting the charging voltage, 5 is the image signal output Terminal 20 is a scanning circuit.
According to the scanning signal, the switch 3 is turned on and off, and a charging current flows to the phototransistor 1, and an image signal is obtained from the terminal 5.More detailed explanation is as follows. When the switch 3 is turned on, the photocurrent generation function by the collector junction, its junction capacitance Cbo, and a transistor without photoresponse is charged with a constant charge determined by the charging voltage Vk6 and Cbo. Switch 3 is pressed for a certain period of time (
When the phototransistor 1 is turned off (accumulation time) and light is shining on the light receiving window of the phototransistor 1, a charge proportional to the amount of light is discharged. The quantity is obtained from the image signal terminal 5.

発明が解決しようとする課題 フォトトランジスタアレイからなる光検知部と走査回路
からなるイメージセンサにおいては 再充電のための時
定数が大きく、特に高速読み取りに際しては残像が大で
、鮮明な読み取りが困難である。フォトトランジスタの
電荷蓄積モードでの動作で(よ 従来はそのベース電極
がフローティングで、コレクタ・ベース間の接合容量を
充電する必要があっ九 この場合 充電回路に直列にベ
ス・エミッタ間接合が介在し これが非線形抵抗となる
ために 低露光領域では放電電荷が少なく、十分なベー
ス・エミッタ間電圧が与えられず充電時間が犬とな4 
その結果 特に低露光領域での残像率が急激に増大すム
 高速走査においては充電時間が長くとれないためにこ
の問題はより厳しくなム 本発明は上記問題に鑑へ 残像を大幅に低減すし 高感
度 高速読み取りが可能なイメージセンサおよびこのイ
メージセンサの駆動方法を提供することを目的とす4 課題を解決するための手段 本発明のイメージセンサ(よ フォトトランジスタアレ
イに属する各フォトトランジスタが第1及び第2のエミ
ッタを具備し 前記各フォトトランジスタのコレクタと
充電用電源との間に挿入した充電用スイッチと、前記各
フォトトランジスタの第2エミッタとリセット電源との
間に挿入したリセット用スイッチを具備し 前記第1エ
ミッタを共通に接続して画像信号を得る構成である。
Problems to be Solved by the Invention Image sensors consisting of a photodetector section consisting of a phototransistor array and a scanning circuit have a large time constant for recharging, and especially when performing high-speed reading, there is a large afterimage, making clear reading difficult. be. Conventionally, when a phototransistor operates in charge storage mode, its base electrode is floating, and it is necessary to charge the collector-base junction capacitance.In this case, a base-emitter junction is inserted in series with the charging circuit. Because this becomes a nonlinear resistance, there is little discharge charge in the low exposure area, and sufficient base-emitter voltage is not provided, making charging time short.
As a result, the afterimage rate increases rapidly, especially in low-exposure areas.In high-speed scanning, this problem becomes even more severe because charging time cannot be long enough.The present invention takes into account the above problems and significantly reduces afterimages. Sensitivity It is an object of the present invention to provide an image sensor capable of high-speed reading and a method for driving the image sensor. A charging switch is provided between the collector of each of the phototransistors and the charging power source, and a reset switch is provided between the second emitter of each of the phototransistors and the reset power source. The first emitters are commonly connected to obtain an image signal.

また本発明のイメージセンサの駆動方法(よ 充電用ス
イッチのみの導通のタイミングでフォトトランジスタの
充電電流を画像信号として出力し前記充電用スイッチの
みの導通のタイミングに続くリセット用スイッチと充電
用スイッチの両方の導通のタイミングでフォトトランジ
スタのベース領域をリセットするようにしている。
In addition, the image sensor driving method of the present invention (1) outputs the charging current of the phototransistor as an image signal at the timing when only the charging switch is conductive, and then outputs the charging current of the phototransistor as an image signal at the timing when only the charging switch is conductive, and when the reset switch and the charging switch are activated following the timing when only the charging switch is conductive. The base region of the phototransistor is reset at the timing of both conduction.

作用 本発明によれば各フォトトランジスタのベースはフロー
ティングではなく、 リセット用電源との間番ミ  第
2のエミッタ拡散による逆接合ダイオードとリセット用
スイッチが接続されていも 充電用スイッチがオンする
ことによってフォトトランジスタをアクセスし 蓄積画
像信号を得た後にリセット用スイッチがオンするので、
逆接合ダイオードの作用により、 リセット用スイッチ
がオンしている時にベース・第1エミッタ間の電圧が高
速度で高められ フォトトランジスタは従来のものに比
べて短時間にアクティブ状態になム その結果 充電速
度が大となり、残像率が大幅に改善されも 実施例 以下本発明の一実施例を図面を参照しながら説明すも 
第1図は本発明における一実施例のイメージセンサの回
路図であa I Na−1g)はフォトトランジスタ、 2 (2a
〜2g)は第一の走査回路12の出力端子、3 (3a
〜3g)はフォトトランジスタ1への充電用スイッチで
あも これらのスイッチはPNPトランジスタまたは電
界効果トランジスタ(FET)で形成することができム
 4は充電電圧を設定するバイアス電源の入力端子、 
5は画像信号出力端+、6(6a〜6g)は第二の走査
回路13の出力端子、7(7a〜7g)はベース領域を
逆接合ダイオードを介してリセットするリセット用スイ
ッチであ48はリセット電圧を設定するリセット電源の
入力端子、9は第一の走査回路12に人力するスタート
パルスの入力端子(STI)、10は第二の走査回路1
3に入力するスタートパルスの入力端子(Sr1)、 
11はクロックパルスの入力端子(CK)、 12は第
一の走査回路13は第二の走査回路であ4 本発明では
 フォトトランジスタのベース電極は完全にフローティ
ングにせ慣 リセット用スイッチがオンした時に第2エ
ミッタによる逆接合ダイオードを介して微小電流が注入
されも これにより充電の後半時にはコレクタ電圧のみ
でなく、ベース電圧も高められるた取 従来のものに比
べて短時間にアクティブ状態になム その結果残像率が
大幅に改善されム 第2図は本実施例における走査回路の入出力のタイミン
グチャート図であa 第一の走査回路12のスタート端
子Iに図のようなパルス(第2図b)を人力ま クロッ
ク端子にクロックパルス(第2図a)を入力すると、出
力端子には図のようなスタートパルスと同じパルス(第
2図d)、 (第2図f)が順次出力される。本発明に
よるイメージセンサで(よ 充電用スイッチがオンされ
てからリセット用スイッチがオンするまでの間に流れる
充電電流を蓄積画像信号として出力し リセット用スイ
ッチがオンしている間に流れる電流は無視すも こうす
ることにより各フォトトランジスタの逆接合ダイオード
の特性ばらつきによる感度ばらつきやリセット用のスイ
ッチングノイズのない残像率の低い出力が得られる。
According to the present invention, the base of each phototransistor is not floating, but the base of each phototransistor is connected to the reset power supply. The reset switch is turned on after accessing the phototransistor and obtaining the accumulated image signal.
Due to the action of the reverse junction diode, when the reset switch is on, the voltage between the base and the first emitter is increased at high speed, and the phototransistor becomes active in a shorter time than conventional ones, resulting in charging. The speed is increased and the afterimage rate is greatly improved.
FIG. 1 is a circuit diagram of an image sensor according to an embodiment of the present invention.a I Na-1g) is a phototransistor;
~2g) is the output terminal of the first scanning circuit 12, 3 (3a
~3g) is a switch for charging the phototransistor 1. These switches can be formed with a PNP transistor or a field effect transistor (FET). 4 is an input terminal of a bias power supply for setting the charging voltage;
5 is an image signal output terminal +, 6 (6a to 6g) is an output terminal of the second scanning circuit 13, and 7 (7a to 7g) is a reset switch that resets the base region via a reverse junction diode. An input terminal of a reset power supply for setting a reset voltage, 9 an input terminal (STI) of a start pulse manually applied to the first scanning circuit 12, and 10 an input terminal of the second scanning circuit 1.
Input terminal (Sr1) of the start pulse input to 3,
11 is a clock pulse input terminal (CK), 12 is a first scanning circuit 13 is a second scanning circuit 4 In the present invention, the base electrode of the phototransistor is completely floating. Even if a small current is injected through the reverse junction diode with two emitters, not only the collector voltage but also the base voltage is increased during the latter half of charging. The afterimage rate has been significantly improved. Figure 2 is a timing chart of the input and output of the scanning circuit in this embodiment. When a clock pulse (Figure 2 a) is input to the clock terminal, the same pulses as the start pulse (Figure 2 d) and (Figure 2 f) are sequentially output to the output terminal as shown in the figure. The image sensor according to the present invention outputs the charging current that flows between when the charging switch is turned on and when the reset switch is turned on as an accumulated image signal, and ignores the current that flows while the reset switch is turned on. By doing this, it is possible to obtain an output with a low afterimage rate without sensitivity variations due to variations in the characteristics of the reverse junction diode of each phototransistor and without switching noise for reset.

第3図(a)、 (b)はそれぞれフォトトランジスタ
のデバイス構造を示す平面図及び断面図であム 14は
ベース拡散領板 15はコレクタ弓き出し用拡散領坂 
I6は第一エミッタ拡散領板17は第二エミッタ拡散領
K  18はP型半導体基に19tL  バイポーラI
Cにおける分離領域であム 第2エミッタはベース拡散
層との開で逆方向接合を形成していも 第4図は第3図
のフォトトランジスタの等価回路を示していも発明の効
果 本発明により、光検知素子にフォトトランジスタを用い
たイメージセンサの残像を大幅に低減することが可能に
なり、高感度、高速読み取りを実現でき、その産業上の
効果は犬である。
FIGS. 3(a) and 3(b) are a plan view and a cross-sectional view showing the device structure of a phototransistor, respectively. 14 is a base diffusion plate; 15 is a diffusion plate for protruding a collector bow; FIG.
I6 is the first emitter diffusion region 17 is the second emitter diffusion region K 18 is the P-type semiconductor base with 19tL bipolar I
Effects of the Invention According to the present invention, even if the second emitter is open to the base diffusion layer to form a reverse junction. It has become possible to significantly reduce afterimages in image sensors that use phototransistors as photodetecting elements, and achieve high sensitivity and high-speed reading, and the industrial effects are tremendous.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明における一実施例のイメージセンサの回
路図 第2図は2つの走査回路の入出力のタイミングチ
ャート図 第3図は本発明のイメジセンサに用いるフォ
トトランジスタのデバイス構造@ 第4図は同等価回路
医 第5図は従来のイメージセンサの回路図である。 1・・・フォトトランジス久 2・・・第一の走査回路
の出力端子、 3・・・充電用スイッチ、 4・・・充
電用電飢 5・・・画像信号出力端′云6・・・第二の
走査回路の出力端子、7・・・リセット用スイッチ、 
8・・・リセット用電I/1% 9・・・STI、 1
0・・・ST2、11・・・CK、 12・・・第一の
走査回廠 13・・・第二の走査回a 14・・・ベー
ス拡散領域 15・・・コレクタ引き出し用拡散領#L
 16・・・第1エミッタ拡散領@  17・・・第2
エミッタ拡散領坂 18・・・シリコン基板 19・・
・分離傾板 20・・・走査同区 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか1名l4−  
ベースに敲S急 15−一−コしフタS1さ土し用鉱散鏝凰16−  蒙
−エミッタf、散lI域
Fig. 1 is a circuit diagram of an image sensor according to an embodiment of the present invention Fig. 2 is a timing chart of input and output of two scanning circuits Fig. 3 is a device structure of a phototransistor used in the image sensor of the present invention @ Fig. 4 is an equivalent circuit diagram. FIG. 5 is a circuit diagram of a conventional image sensor. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Phototransistor 2... Output terminal of the first scanning circuit, 3... Switch for charging, 4... Power supply for charging 5... Image signal output terminal 'Yu'6... Output terminal of second scanning circuit, 7... reset switch,
8...Reset electric I/1% 9...STI, 1
0...ST2, 11...CK, 12...First scanning circuit 13...Second scanning circuit a 14...Base diffusion region 15...Diffusion region #L for collector extraction
16...First emitter diffusion region @ 17...Second
Emitter diffusion region slope 18...Silicon substrate 19...
・Separate tilt plate 20... Name of the agent in the same area of scanning Patent attorney Shigetaka Awano Haka 1 person 14-
Draw S on the base 15-1, cover S1, scattering trowel for soiling 16-, emitter f, scatter lI area

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)フォトトランジスタアレイ、走査回路及びスイッ
チ素子からなるイメージセンサにおいて、前記フォトト
ランジスタアレイに属する各フォトトランジスタが第1
及び第2のエミッタを具備し、前記各フォトトランジス
タのコレクタと充電用電源との間に挿入した充電用スイ
ッチと、前記各フォトトランジスタの第2エミッタとリ
セット電源との間に挿入したリセット用スイッチを具備
し、前記第1エミッタを共通に接続して画像信号を得る
ことを特徴とするイメージセンサ。
(1) In an image sensor consisting of a phototransistor array, a scanning circuit, and a switch element, each phototransistor belonging to the phototransistor array has a first
and a second emitter, a charging switch inserted between the collector of each of the phototransistors and the charging power source, and a reset switch inserted between the second emitter of each of the phototransistors and the reset power source. An image sensor comprising: the first emitters being connected in common to obtain an image signal.
(2)充電用スイッチのみの導通のタイミングでフォト
トランジスタの充電電流を画像信号として出力し、前記
充電用スイッチのみの導通のタイミングに続くリセット
用スイッチと充電用スイッチの両方の導通のタイミング
でフォトトランジスタのベース領域をリセットすること
を特徴とする請求項1記載のイメージセンサの駆動方法
(2) The charging current of the phototransistor is output as an image signal at the timing when only the charging switch is conductive, and the phototransistor is output at the timing when both the reset switch and the charging switch are conductive, following the timing when only the charging switch is conductive. 2. The method of driving an image sensor according to claim 1, further comprising resetting a base region of the transistor.
JP15903690A 1990-06-18 1990-06-18 Image sensor and its drive method Pending JPH0448862A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10298869B2 (en) 2015-06-30 2019-05-21 Ricoh Company, Ltd. Photoelectric conversion device and image generation device

Cited By (1)

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US10298869B2 (en) 2015-06-30 2019-05-21 Ricoh Company, Ltd. Photoelectric conversion device and image generation device

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