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JPH0477172A - Image sensor - Google Patents

Image sensor

Info

Publication number
JPH0477172A
JPH0477172A JP2188933A JP18893390A JPH0477172A JP H0477172 A JPH0477172 A JP H0477172A JP 2188933 A JP2188933 A JP 2188933A JP 18893390 A JP18893390 A JP 18893390A JP H0477172 A JPH0477172 A JP H0477172A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
photodiode
signal
transistor
reset
base
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
JP2188933A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazufumi Yamaguchi
山口 和文
Yasunaga Yamamoto
泰永 山本
Akira Kadoma
門間 明
Tatsushizu Okamoto
龍鎮 岡本
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 JP2188933A priority Critical patent/JPH0477172A/en
Publication of JPH0477172A publication Critical patent/JPH0477172A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To realize high sensitivity and high speed reading by leading a stored optical signal of a photodiode to a base of a transistor(TR) via an access switch, amplifying the charge, outputting the charge from a picture signal output line, conducting a reset switch succeedingly and resetting an anode electrode of the photodiode and the base of the TR to a voltage of a reset power supply. CONSTITUTION:Parallel output signals Y1, Y2, Y3, Y4, Y5 of a scanning circuit and a picture output signal Sig are shown in figure together with a scanning clock signal CK and a start signal ST. For example, when the signal Y1 is active and an access FET 2a is conductive, the storage optical signal charge of a photodiode 1a is transited to a transistor(TR) and it becomes a base current and a picture signal is outputted from a picture signal output line after amplification. The photodiode 1a and a base of the TR 4a are set to a voltage of a power supply in a timing when both succeeding Y1, Y2 are active, then the photodiode enters the storage time of the optical signal. The operation is sequentially transited to 1b, 1c, 1d similarly.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 画像処凰 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も 本発明は原稿情報を
高速 高品質で読み取ることを可能にするイメージセン
サに関するものであも従来の技術 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5 nA/lx/mm−フォトトラン
ジスタで約100nA/ m m ”であも 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
が高くなム 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に 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4 例え
if、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CCD
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もM
OS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後、次の読み取りタ
イミングまでの肌 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
後、次の読み取りタイミングまでの阻 光電流によって
放電させ、次の再充電のタイミングて トランジスタ機
能によって増幅した樵 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1.%  光検知素子としてフォトトランジスタを用
いた従来例によるイメージセンサの等価回路を第2図に
示す。フォトトランジスタ9での蓄積信号電荷をアクセ
ススイッチ2を導通させることにより画像出力ラインに
導き、それに引き続いてリセットスイッチ3を導通させ
ることによってエミッタ電位を零電位にリセットしてい
も この方式は回路が簡単である力丈 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 発明が解決しようとする課題 フォトトランジスタを光検知素子とし その電荷蓄積モ
ードでの動作では第2図に示すようへそのベース電極が
フローティングでコレクタ・ベース間の接合容量を充電
するものであった この場合、充電回路に直列にベース
・エミッタ接合が介在し これが非線形抵抗となって低
露光領域での残像率が急激に増大すa 高速走査におい
ては充電時間が長く取れないため番へ この問題はより
厳しくなム 本発明は上記課題を解決するイメージセンサを提供する
ことを目的とすも 課題を解決するための手段 少なくともフォトダイオード、アクセススイッチ、 リ
セットスイッチおよびトランジスタからなる各画素と走
査回路部からイメージセンサを構成すム フォトダイオ
ードのカソードは画素間で共通端子とし アノードは画
素毎にアクセススイッチの一方の端子に接続し アクセ
ススイッチの他方の端子とリセットスイッチの一方の端
子を共通に接続すると同時にトランジスタのベース端子
にも接続すも リセットスイッチの他方の端子は画素間
で共通に接続してリセット用電源に接続すムな抵 トラ
ンジスタのコレクタは正電源に接続しエミッタ端子は画
素間で共通に接続して画像信号出力ラインとすム アク
セスおよびリセットスイッチは電界効果トランジスタ(
FET)でSi基板上に形成することができも 作用 アクセススイッチ、 リセットスイッチを同時に導通さ
せることにより、フォトダイオードのアノードを一定の
リセット電圧に設定する。その後、蓄積時間中にはアク
セススイッチ、 リセットスイッチを非導通とし フォ
トダイオードのリセット時に蓄えられた充電電荷はフォ
トダイオードの光・電変換電流によって放電すも その
結果 フォトダイオードの端子間電圧が減少する。この
端子間電圧の減少量または電荷の減少量は照射光量に比
例する力(アクセススイッチを導通させることによりト
ランジスタのベースにうけて増幅後エミッタ端子つまり
画像信号出力ラインに画像信号を出力させも このトラ
ンジスタのベース面積はフォトトランジスタに比べて小
さく、フォトトランジスタに比べてリセット時間が短く
てすむ。そのためく 高速読み取り時にも残像が小さく
、且つ高感度な読み取りが可能になa 実施例 以下、本発明に一実施例を図面を参照しながら説明すも 第1図は本発明によるイメージセンサの等価回路図であ
4 各画素はフォトダイオード1(la、1b〜1d)
、アクセスFET2  (2a、 2b〜2d)、 リ
セットFET3  (3a、 3b〜3d)およびトラ
ンジスタ4 (4a、 4b〜4d)からなム 8はシ
フトレジスタからなる走査回路であり、スタート信号(
ST)、クロ・ンク信号(CK)の入力によりアクセス
およびリセット用FETを動作させるパルスを発生させ
る。各トランジスタのエミッタ電極を共通に接続して画
像信号出力ライン6とし リセットFETのソース電極
を共通に接続してリセット電源の入力端子7としていも
次!二 本発明によるイメージセンサの動作を説明すも
 第3図は本発明によるイメージセンサの動作タイミン
グチャートであり、走査用クロック信号CK、スタート
信号STと共に走査回路の並列出力信号Y1、Y′1.
Y3.  Y4.  Y5および画像出力信号Sigを
図示していも 例え1iYlがアクティブになりアクセ
スFETが導通するとフォトダイオード1aの蓄積光信
号電荷がトランジスタに移動し これがベース電流とな
り、増幅後、画像信号出力ラインから画像信号が出力さ
れも次のYlおよびY2が共にアクティブになるタイミ
ングでフォトダイオード1aおよびトランジスタ4aの
ベースがリセット電源の電圧値Vrsに設定され その
後フォトダイオードは光信号の蓄積時間に人も この動
作は順次 同様に1b、 IC11dへ移っていく。第
1図の回路および第3図のタイミングチャートでは第1
画素のリセットと第2画素アクセスは一致している力(
走査回路は複雑になるが各画素のアクセスのタイミング
とリセットのタイミングを分離することも可能である。
[Detailed description of the invention] Industrial application field Image processing Although the need for high-performance image sensors is increasing with the advancement of image communication equipment, the present invention makes it possible to read document information at high speed and with high quality. Regarding image sensors, image sensors using conventional technology integrated circuits use photodiodes or phototransistors as light detection elements.When directly outputting photocurrent using the direct method, the sensitivity of a photodiode is approximately 5. nA/lx/mm - Approximately 100 nA/mm" for a phototransistor. Phototransistors have high sensitivity because the detection element itself has an amplification function. Also, as the resolution of image sensors increases, the light receiving area increases. In order to increase the sensitivity from the frame drive method, the direct method lacks sensitivity.In order to increase the sensitivity from the frame drive method, we use an accumulation method that accumulates photocurrent for a time corresponding to the output interval of the image signal and outputs it intensively at the timing of the signal output. The driving method is adopted by various image sensors.4 For example, in a CCD image sensor, the optical signal charge accumulated in the photodiode at the same time as the reading timing is transferred to the CCD.
Even if the image signal is obtained by guiding it to the potential well of
In an OS image sensor, a photodiode or phototransistor is charged with a certain amount of charge, and then discharged by the skin photocurrent until the next reading timing. After charging a certain amount of charge, it is discharged by a blocking current until the next reading timing, and at the next recharging timing, it is amplified by the transistor function. The storage method used is the highest. % An equivalent circuit of a conventional image sensor using a phototransistor as a light detection element is shown in FIG. Even if the accumulated signal charge in the phototransistor 9 is guided to the image output line by making the access switch 2 conductive, and the emitter potential is reset to zero by subsequently making the reset switch 3 conductive, this method has a simple circuit. The problem is that the time constant for recharging is long, the afterimage is large, and high-speed reading is difficult.A Problem that the invention aims to solve When using a phototransistor as a light sensing element and operating in its charge accumulation mode, As shown in Figure 2, the umbilical base electrode is floating and charges the collector-base junction capacitance.In this case, a base-emitter junction is inserted in series with the charging circuit, which creates a nonlinear resistance and reduces exposure. In high-speed scanning, the afterimage rate increases rapidly in the area where the charging time cannot be taken for a long time. A means to solve the problem is to construct an image sensor from each pixel consisting of at least a photodiode, an access switch, a reset switch, and a transistor, and a scanning circuit section.The cathode of the photodiode is used as a common terminal between pixels, and the anode is accessed for each pixel. Connect it to one terminal of the switch, connect the other terminal of the access switch and one terminal of the reset switch in common, and connect it to the base terminal of the transistor at the same time.The other terminal of the reset switch is connected in common between pixels. The collector of the transistor is connected to the positive power supply, and the emitter terminal is commonly connected between pixels to form an image signal output line.The access and reset switches are field effect transistors (
The anode of the photodiode is set to a constant reset voltage by simultaneously making the access switch and the reset switch conductive. After that, the access switch and reset switch are made non-conductive during the storage time, and the charge accumulated when the photodiode is reset is discharged by the photodiode's photo-electric conversion current, but as a result, the voltage across the photodiode terminals decreases. . The amount of decrease in the voltage between the terminals or the amount of decrease in charge is a force proportional to the amount of irradiated light (by making the access switch conductive, the image signal is received at the base of the transistor and output after amplification to the emitter terminal, that is, the image signal output line). The base area of the transistor is smaller than that of a phototransistor, and the reset time is shorter than that of a phototransistor.Therefore, there is little afterimage even during high-speed reading, and high-sensitivity reading is possiblea. An embodiment will be described with reference to the drawings. Fig. 1 is an equivalent circuit diagram of an image sensor according to the present invention. Each pixel is a photodiode 1 (la, 1b to 1d).
, access FET 2 (2a, 2b to 2d), reset FET 3 (3a, 3b to 3d), and transistor 4 (4a, 4b to 4d). 8 is a scanning circuit consisting of a shift register, and a start signal (
ST), a clock signal (CK) is input to generate a pulse that operates the access and reset FETs. The emitter electrodes of each transistor are commonly connected to form the image signal output line 6, and the source electrodes of the reset FETs are commonly connected to form the input terminal 7 of the reset power supply.Next! 2. Operation of the image sensor according to the present invention will be explained. FIG. 3 is an operation timing chart of the image sensor according to the present invention, in which parallel output signals Y1, Y'1 .
Y3. Y4. Even if Y5 and the image output signal Sig are shown in the diagram, even if 1iYl becomes active and the access FET becomes conductive, the accumulated optical signal charge of the photodiode 1a moves to the transistor, this becomes the base current, and after amplification, the image signal is output from the image signal output line. Even if Yl and Y2 are output, the bases of photodiode 1a and transistor 4a are set to the voltage value Vrs of the reset power supply at the next timing when both Yl and Y2 become active. After that, the photodiode is activated during the optical signal accumulation time. This operation is performed sequentially. Similarly, move to 1b and IC11d. In the circuit of Figure 1 and the timing chart of Figure 3,
The pixel reset and the second pixel access have the same force (
Although the scanning circuit becomes complicated, it is also possible to separate the access timing and reset timing for each pixel.

本発明ではフォトダイオードとトランジスタは分離され
た素子であり、おのおのが完全にVrsにリセットされ
るために読み取り画像の履歴による残像は除去されも 
高速読み取りが必要な場合にζよ 特にトランジスタの
応答速度が問題になムこの場合には画像信号出力ライン
の電圧を一定にして画像信号を電流信号として出力させ
、画像信号の出力ラインに対してリセット電源の電圧V
rSを0.1〜0.5V高く設定すム このようにする
ことによりトランジスタの応答速度が犬となり、高速読
み取りが可能になる。
In the present invention, the photodiode and transistor are separate elements, and each is completely reset to Vrs, so afterimages due to the history of read images can be removed.
When high-speed reading is required, the response speed of the transistor is particularly important.In this case, the voltage of the image signal output line is kept constant and the image signal is output as a current signal, and Reset power supply voltage V
By setting rS 0.1 to 0.5 V higher, the response speed of the transistor becomes faster and high-speed reading becomes possible.

第4図はアクセススイッチをPチャンネルFETとL 
FETのソースをフォトダイオードの拡散層と共通にし
 ドレインをトランジスタのベース拡散層と共通にした
場合の画素の平面(a)および断面(b)構造を示す。
Figure 4 shows the access switch with P channel FET and L
The planar (a) and cross-sectional (b) structures of a pixel are shown when the source of the FET is shared with the diffusion layer of the photodiode and the drain is shared with the base diffusion layer of the transistor.

このようにすることにより、所用面積を削減することが
できてコンパクトな設計が可能になも 発明の効果 本発明により、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、高速読みとりを実現でき、
その産業上の効果は犬であも
By doing this, the required area can be reduced and a compact design is possible. Effects of the Invention The present invention has made it possible to significantly reduce image sensor afterimages, resulting in high sensitivity and high speed. It is possible to read
Its industrial effects are similar to that of dogs.

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

第1図は本発明によるイメージセンサの回路1第2図は
従来例によるイメージセンサの回路1第3図は本発明に
よるイメージセンサの動作タイミングチャート、第4図
(a)、(b)はそれぞれアクセススイッチをPチャン
ネルFETで構成しFETのソースをフォトダイオード
の拡散層と共通にし ドレインをトランジスタのベース
と共通にした場合の画素部の平面図および断面図であム
1a〜1d・・・フォトトランジス久 2a〜2d・・
・アクセススイッチ、 3a〜3d・・リセットスイッ
チ、 4a〜4d・・・トランジス久 5・・・正電源
ライン、 6・・・画像信号出力ライン、 7・・・リ
セット電源ライン、 8・・・走査画i9a、 9b〜
9d・ ・フォトトランジスタ。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか1名第 図 第 図
FIG. 1 is an image sensor circuit according to the present invention. FIG. 2 is a conventional image sensor circuit 1. FIG. 3 is an operation timing chart of an image sensor according to the present invention. FIGS. 4(a) and (b) are respectively Figures 1a to 1d are a plan view and a cross-sectional view of the pixel section when the access switch is configured with a P-channel FET, the source of the FET is shared with the diffusion layer of the photodiode, and the drain is shared with the base of the transistor. Transis Ku 2a~2d...
・Access switch, 3a to 3d...Reset switch, 4a to 4d...Transistor connection 5...Positive power line, 6...Image signal output line, 7...Reset power line, 8...Scanning Pictures i9a, 9b~
9d... Phototransistor. Name of agent: Patent attorney Shigetaka Awano

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)少なくとも、フォトダイオード、アクセススイッ
チ、リセットスイッチおよびトランジスタからなる各画
素と走査回路部からなり、フォトダイオードの蓄積光信
号をアクセススイッチを介してトランジスタのベース電
極に導き、増幅後、画像信号出力ラインから出力し、引
き続き、リセットスイッチを導通させることによりフォ
トダイオードのアノード電極およびトランジスタのベー
ス電極をリセット電源の電圧値にリセットすることを特
徴とするイメージセンサ。
(1) Consisting of at least each pixel consisting of a photodiode, an access switch, a reset switch, and a transistor, and a scanning circuit section, the accumulated optical signal of the photodiode is guided to the base electrode of the transistor via the access switch, and after amplification, the image signal is An image sensor characterized in that an anode electrode of a photodiode and a base electrode of a transistor are reset to a voltage value of a reset power supply by outputting from an output line and subsequently turning on a reset switch.
(2)画像信号出力ラインの電圧を一定にして画像信号
を電流信号として出力させ、画像信号出力ラインの電圧
に対してリセット電源の電圧を0.1〜0.5V高く設
定することを特徴とする請求項(1)記載のイメージセ
ンサ。
(2) The voltage of the image signal output line is kept constant, the image signal is output as a current signal, and the voltage of the reset power supply is set 0.1 to 0.5 V higher than the voltage of the image signal output line. The image sensor according to claim (1).
(3)アクセススイッチをPチャンネルFETで構成し
、FETのソースをフォトダイオードのアノード拡散層
と共通とし、ドレインをトランジスタのベース拡散層と
共通にしたことを特徴とする請求項(1)記載のイメー
ジセンサ。
(3) The access switch according to claim (1), characterized in that the access switch is composed of a P-channel FET, the source of the FET is shared with the anode diffusion layer of the photodiode, and the drain is shared with the base diffusion layer of the transistor. image sensor.
JP2188933A 1990-07-17 1990-07-17 Image sensor Pending JPH0477172A (en)

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JP2188933A JPH0477172A (en) 1990-07-17 1990-07-17 Image sensor

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100344414B1 (en) * 1998-12-02 2002-07-24 닛본 덴기 가부시끼가이샤 Image sensor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100344414B1 (en) * 1998-12-02 2002-07-24 닛본 덴기 가부시끼가이샤 Image sensor

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