JP2000083198A - Optical sensor circuit and image sensor using the same - Google Patents
Optical sensor circuit and image sensor using the sameInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 開口率が大きくて感度の良い画素を構成する
ことができる光センサ回路およびこの回路を用いたイメ
ージセンサを得る。
【解決手段】 光信号をセンサ電流に変換する光導電膜
L1と、変換したセンサ電流を弱反転状態で対数特性を
有する検出電圧に変換するMOSトランジスタQ1と、
このMOSトランジスタの検出端子に接続して配設され
たコンデンサCと、光信号を検出する際に上記MOSト
ランジスタのゲート電圧にリセット用電圧を印加してド
レイン−ソース間のインピーダンスを低下させてコンデ
ンサの充電または放電を制御するゲート電圧VGとを備
えて光センサ回路が構成される。この光センサ回路は、
光導電膜L1が変換したセンサ電流が所定電流以下の電
流である場合には、コンデンサCの充電電流または放電
電流に比例した検出電圧を検出する線形応答領域を備
え、光導電膜L1が変換したセンサ電流が所定電流を超
える電流である場合にはMOSトランジスタQ1の負荷
特性に対応した対数特性を有する検出電圧を検出する対
数応答領域を備える。
(57) [Problem] To provide an optical sensor circuit capable of forming a pixel having a large aperture ratio and high sensitivity, and an image sensor using the circuit. SOLUTION: A photoconductive film L1 for converting an optical signal into a sensor current, a MOS transistor Q1 for converting the converted sensor current into a detection voltage having a logarithmic characteristic in a weak inversion state,
A capacitor C connected to the detection terminal of the MOS transistor; and a capacitor for reducing the drain-source impedance by applying a reset voltage to the gate voltage of the MOS transistor when detecting an optical signal. And a gate voltage VG for controlling the charging or discharging of the optical sensor circuit. This optical sensor circuit
If the sensor current converted by the photoconductive film L1 is a current equal to or less than a predetermined current, the photoconductive film L1 is provided with a linear response region for detecting a detection voltage proportional to a charging current or a discharging current. When the sensor current exceeds a predetermined current, a logarithmic response region for detecting a detection voltage having a logarithmic characteristic corresponding to the load characteristic of the MOS transistor Q1 is provided.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、照度に応じたセン
サ出力を検出する光センサ回路およびこれを用いたイメ
ージセンサに関し、特に、ダイナミックレンジが広く、
感度が高く、且つS/N比の大きな光センサ回路および
これを用いたイメージセンサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical sensor circuit for detecting a sensor output corresponding to illuminance and an image sensor using the same.
The present invention relates to an optical sensor circuit having high sensitivity and a large S / N ratio, and an image sensor using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】光センサ回路をマトリクス状に組み合わ
せてなるMOS型や、CCD型のイメージセンサは、既
に従来から良く知られている。これらイメージセンサで
は、照射光(入射光)によって光センサ回路に生じる電
荷を光信号として用いている。例えば、CCD型イメー
ジセンサでは主に光信号によって発生した電荷を各光セ
ンサ回路において蓄積して光信号として用い、MOS型
イメージセンサでは、光センサ回路を構成するフォトダ
イオードの接合容量に予め電荷を充電し、照射光によっ
て放電された電荷量を再充電時に検出することによって
光信号を検出するようになっている。2. Description of the Related Art A MOS or CCD image sensor in which photosensor circuits are combined in a matrix is already well known. In these image sensors, electric charges generated in the optical sensor circuit by irradiation light (incident light) are used as optical signals. For example, in a CCD image sensor, electric charges mainly generated by an optical signal are accumulated in each optical sensor circuit and used as an optical signal, and in a MOS image sensor, electric charges are previously stored in a junction capacitance of a photodiode constituting an optical sensor circuit. The light signal is detected by detecting the amount of charge discharged by the irradiation light at the time of recharging.
【0003】このような光センサ回路による光信号検出
に際して、そのダイナミックレンジを拡大することを目
的として、フォトダイオード(受光素子)にFET(電
界効果トランジスタ、例えば、エンハンスメント型nチ
ャンネルMOSトランジスタ)等を直列に接続し、出力
電圧を対数圧縮する機能を付加したものも開発されてい
る。なお、これは、FETに流れる電流が小さいときは
その抵抗変化が対数特性を示すことを利用している。In order to expand the dynamic range when detecting an optical signal by such an optical sensor circuit, an FET (field effect transistor, for example, an enhancement type n-channel MOS transistor) or the like is used as a photodiode (light receiving element) for the purpose of expanding the dynamic range. Some have been developed that are connected in series and have the function of logarithmically compressing the output voltage. This utilizes the fact that when the current flowing through the FET is small, the resistance change shows a logarithmic characteristic.
【0004】このような光センサ回路の構成例を図8に
示している。この光センサ回路100は、フォトダイオ
ードPD、これに直列に接続されたエンハンスメント型
nチャンネルMOSトランジスタQ1、フォトダイオー
ドPDとエンハンスメント型nチャンネルMOSトラン
ジスタQ1の接続点P(センサ検出端子)にゲートが接
続されたエンハンスメント型nチャンネルMOSトラン
ジスタQ2、このエンハンスメント型nチャンネルMO
SトランジスタQ2と直列に接続されたエンハンスメン
ト型nチャンネルMOSトランジスタQ3から構成され
る。また、接続点Pには、フォトダイオードPD、エン
ハンスメント型nチャンネルMOSトランジスタQ1、
Q2およびこれらを相互に接続する配線等によって生じ
る浮遊容量の合成値とからなる奇生容量コンデンサCが
接続される。FIG. 8 shows a configuration example of such an optical sensor circuit. The optical sensor circuit 100 has a gate connected to a photodiode PD, an enhancement type n-channel MOS transistor Q1 connected in series to the photodiode PD, and a connection point P (sensor detection terminal) between the photodiode PD and the enhancement type n-channel MOS transistor Q1. The enhancement type n-channel MOS transistor Q2 and the enhancement type n-channel MOS transistor Q2.
It comprises an enhancement type n-channel MOS transistor Q3 connected in series with the S transistor Q2. Further, at the connection point P, a photodiode PD, an enhancement type n-channel MOS transistor Q1,
A parasitic capacitance capacitor C composed of Q2 and a combined value of stray capacitances generated by wirings and the like interconnecting them is connected.
【0005】フォトダイオードPDは光信号Lsを検出
し、光信号Lsの照度に比例したセンサ電流Idに変換
する。エンハンスメント型nチャンネルMOSトランジ
スタQ1はフォトダイオードPDの負荷を形成し、フォ
トダイオードPDで検出したセンサ電流Idを電圧に変
換してセンサ検出端子Pに検出電圧Vdを発生する。[0005] The photodiode PD detects the optical signal Ls and converts it into a sensor current Id proportional to the illuminance of the optical signal Ls. The enhancement type n-channel MOS transistor Q1 forms a load of the photodiode PD, converts a sensor current Id detected by the photodiode PD into a voltage, and generates a detection voltage Vd at a sensor detection terminal P.
【0006】また、エンハンスメント型nチャンネルM
OSトランジスタQ1は、センサ電流Idが小さな範囲
の弱反転状態で対数特性を有するMOSトランジスタ負
荷を形成し、フォトダイオードPDで検出したセンサ電
流Idを対数特性を有する検出電圧Vdに変換する。こ
のため、光信号Lsが大きく変化してセンサ電流Idが
大きく変化(桁数が異なるような大きな変化)しても、
このように対数特性を有した変換がなされて検出電圧V
dの変化は抑えられてこれが飽和することがなく、入力
に対する出力のダイナミックレンジを広くすることがで
きる。Also, an enhancement type n-channel M
The OS transistor Q1 forms a MOS transistor load having a logarithmic characteristic in a weak inversion state where the sensor current Id is small, and converts the sensor current Id detected by the photodiode PD into a detection voltage Vd having a logarithmic characteristic. For this reason, even if the optical signal Ls greatly changes and the sensor current Id greatly changes (a large change such as a different number of digits),
The conversion having the logarithmic characteristic is performed as described above, and the detection voltage V
The change in d is suppressed and does not saturate, and the dynamic range of the output with respect to the input can be widened.
【0007】nチャンネルMOSトランジスタQ2は出
力トランジスタを形成し、検出電圧Vdをセンサ電流信
号として光センサ回路10の外部に取り出すための電圧
−電流変換を行う。また、nチャンネルMOSトランジ
スタQ3は、nチャンネルMOSトランジスタQ2で変
換されたセンサ電流信号を外部回路に接続又は切断する
ためのスイッチを形成する。The n-channel MOS transistor Q2 forms an output transistor, and performs voltage-current conversion for extracting the detection voltage Vd to the outside of the optical sensor circuit 10 as a sensor current signal. The n-channel MOS transistor Q3 forms a switch for connecting or disconnecting the sensor current signal converted by the n-channel MOS transistor Q2 to an external circuit.
【0008】このように構成された従来の光センサ回路
の動作を説明する。エンハンスメント型nチャンネルM
OSトランジスタQ1のドレインDおよびゲートGは共
通の電源VD(例えば、5V)に接続されており、光信
号Lsが検出されない状態(フォトダイオードPDが不
動作状態)では、電源VDからエンハンスメント型nチ
ャンネルMOSトランジスタQ1を介して充電電流Ij
がコンデンサCに流れ、コンデンサCが充電される。こ
のため、センサ検出端子Pの検出電圧Vdは電源VDの
電圧に近い値まで上昇し、この電圧値はフォトダイオー
ドPDが光信号Lsを検出していない初期状態を示す値
となる。The operation of the conventional optical sensor circuit configured as described above will be described. Enhancement type n-channel M
The drain D and the gate G of the OS transistor Q1 are connected to a common power supply VD (for example, 5 V). In a state where the optical signal Ls is not detected (the photodiode PD is in a non-operating state), the enhancement type n-channel is supplied from the power supply VD. Charging current Ij via MOS transistor Q1
Flows into the capacitor C, and the capacitor C is charged. Therefore, the detection voltage Vd of the sensor detection terminal P rises to a value close to the voltage of the power supply VD, and this voltage value is a value indicating an initial state in which the photodiode PD has not detected the optical signal Ls.
【0009】なお、初期状態における検出電圧Vdの値
(初期値)は、コンデンサCが充電されてセンサ検出端
子Pの検出電圧Vdが上昇して電源VDの電圧に近づく
につれて、エンハンスメント型nチャンネルMOSトラ
ンジスタQ1のゲートG−ソースS間の電圧V(GS)(ド
レインD−ソースS間の電圧V(SD)と同じ)が低下し、
ドレインD−ソースS間のインピーダンスが急激に増加
するために充電電流Ijが減少してしまい、電源VDよ
り小さな値(例えば、4.5V)に設定される。The value of the detection voltage Vd in the initial state (initial value) increases as the detection voltage Vd at the sensor detection terminal P rises and approaches the voltage of the power supply VD as the capacitor C is charged. The voltage V (GS) between the gate G and the source S of the transistor Q1 (same as the voltage V (SD) between the drain D and the source S) decreases,
Since the impedance between the drain D and the source S sharply increases, the charging current Ij decreases, and is set to a value smaller than the power supply VD (for example, 4.5 V).
【0010】光センサ回路100の初期状態からフォト
ダイオードPDが光信号Lsを検出すると、フォトダイ
オードPDにセンサ電流Idが流れ、センサ検出端子P
の検出電圧Vdは光信号Lsの増加に対応してエンハン
スメント型nチャンネルMOSトランジスタQ1のドレ
インD−ソースS間のインピーダンスに対応した対数特
性で減少し、初期値よりも低下する。この検出電圧Vd
の絶対値を検出することにより、光信号Lsを検出する
ことができる。なお、フォトダイオードPDのセンサ電
流Idは光信号Lsに比例し、一方、センサ検出端子P
の検出電圧Vdはセンサ電流Idに対数特性を有するド
レインD−ソースS間のインピーダンスを乗算した値な
ので、光信号Lsを対数的特性をもって検出することが
できる。When the photodiode PD detects the optical signal Ls from the initial state of the optical sensor circuit 100, a sensor current Id flows through the photodiode PD, and the sensor detection terminal P
The detection voltage Vd decreases in accordance with the increase of the optical signal Ls in a logarithmic characteristic corresponding to the impedance between the drain D and the source S of the enhancement type n-channel MOS transistor Q1, and falls below the initial value. This detection voltage Vd
The optical signal Ls can be detected by detecting the absolute value of. The sensor current Id of the photodiode PD is proportional to the optical signal Ls, while the sensor detection terminal P
Is a value obtained by multiplying the sensor current Id by the impedance between the drain D and the source S having a logarithmic characteristic, so that the optical signal Ls can be detected with a logarithmic characteristic.
【0011】この光センサ回路100におけるセンサ電
流Id−検出電圧Vd特性図を図9に示している。この
図から分かるように、光センサ回路100の初期状態に
近いとき(センサ電流Id=10-12A)の検出電圧V
dの値(初期値)は、例えば、4.5Vであり、センサ
電流が5桁増加したとき(センサ電流Id=10-7Aの
とき)には検出電圧Vdは4.2Vになる。このよう
に、上記光センサ回路100を用いれば、光信号の5桁
レベル(10万倍)の変化を検出電圧Vdでは0.3V
の範囲の変化として検出することができるため、光信号
Lsの入力に対してダイナミックレンジの広い光センサ
回路を構成することができる。FIG. 9 shows a characteristic diagram of the sensor current Id and the detection voltage Vd in the optical sensor circuit 100. As can be seen from this figure, the detection voltage V when the optical sensor circuit 100 is close to the initial state (sensor current Id = 10 −12 A).
The value of d (initial value) is, for example, 4.5 V. When the sensor current increases by 5 digits (when the sensor current Id = 10 −7 A), the detection voltage Vd becomes 4.2 V. As described above, when the optical sensor circuit 100 is used, a change of the optical signal at a 5-digit level (100,000 times) can be detected by the detection voltage Vd of 0.3V.
Therefore, an optical sensor circuit having a wide dynamic range with respect to the input of the optical signal Ls can be configured.
【0012】しかしながら、上記の構成の光センサ回路
100の場合には、光信号の全範囲においてセンサ電流
Idに対して対数特性で検出電圧Vdへの変換を行うた
め、光信号Lsが微小でセンサ電流が微小な範囲(Id
=10-12〜10-11A程度)の場合に、検出電圧Vdの
変化が小さすぎてセンサ感度があまり良くないという問
題がある。However, in the case of the optical sensor circuit 100 having the above-described configuration, since the sensor current Id is converted into the detection voltage Vd by a logarithmic characteristic in the entire range of the optical signal, the optical signal Ls is small and the sensor voltage is small. Current is in a very small range (Id
= 10 −12 to 10 −11 A), there is a problem that the change in the detection voltage Vd is too small and the sensor sensitivity is not very good.
【0013】また、上記光センサ回路100では、フォ
トダイオードPDが光信号Lsを検出しなくなった場
合、フォトダイオードPDが遮断され、コンデンサCに
は充電電流Ijが流れてセンサ検出端子Pの検出電圧V
dは上昇していくが、既に説明したように、エンハンス
メント型nチャンネルMOSトランジスタQ1のドレイ
ンD−ソースS間のインピーダンスが急激に増加して所
定値(4.5V)以上には増加しない。このように検出
電圧Vdが上昇するときの時間経過特性を図10におい
て波線L(100)で示しているが、この図に示す特性
から分かるように、検出電圧Vdは、フォトダイオード
PDが遮断されてから所定値に近づくにつれてその増加
率が低下するため、所定値(4.5V)に達するまで時
間がかかる。In the optical sensor circuit 100, when the photodiode PD no longer detects the optical signal Ls, the photodiode PD is shut off, the charging current Ij flows through the capacitor C, and the detection voltage of the sensor detection terminal P is detected. V
Although d increases, as described above, the impedance between the drain D and the source S of the enhancement type n-channel MOS transistor Q1 rapidly increases and does not increase beyond a predetermined value (4.5 V). The time lapse characteristic when the detection voltage Vd increases in this way is shown by a dashed line L (100) in FIG. 10, but as can be seen from the characteristic shown in FIG. 10, the detection voltage Vd is cut off by the photodiode PD. Since the rate of increase decreases as the value approaches the predetermined value, it takes time to reach the predetermined value (4.5 V).
【0014】このため、上記光センサ回路100をマト
リクス状に配置してイメージセンサに適用する場合、検
出電圧Vdをリセットするときに初期値(4.5V)に
到達するまでの応答時間が遅く、イメージセンサには長
時間の残像として表示されるという問題がある。Therefore, when the photosensor circuits 100 are arranged in a matrix and applied to an image sensor, the response time until reaching the initial value (4.5 V) when resetting the detection voltage Vd is slow, The image sensor has a problem that the image is displayed as a long afterimage.
【0015】また、上記光センサ回路100は、ノイズ
に対してエンハンスメント型nチャンネルMOSトラン
ジスタQ1およびコンデンサCがピークホールド回路を
形成し、振幅の大きなノイズレベルを光信号Lsとして
誤検出し、S/N比が低下して検知可能照度の下限が上
昇し、感度低下を招くという問題もある。In the optical sensor circuit 100, the enhancement type n-channel MOS transistor Q1 and the capacitor C form a peak hold circuit for noise, and erroneously detect a noise level having a large amplitude as an optical signal Ls. There is also a problem that the N ratio decreases and the lower limit of detectable illuminance increases, resulting in a decrease in sensitivity.
【0016】このようなことから本出願人は、微小光信
号の検出が高精度で可能であり、残像現象の発生がほと
んど生じなく、S/N比が高いような光センサ回路を考
案した(これについては既に別途出願済み)。この光セ
ンサ回路200を図11に示しており、上述の光センサ
回路100とは、エンハンスメント型nチャンネルMO
SトランジスタQ1のドレインDには定電圧電源(例え
ば、5V)VDが接続され、ゲートGには高低二種類の
ゲート電圧を印加可能なゲート電圧電源VGが接続され
ている点が異なる。In view of the above, the present applicant has devised an optical sensor circuit which can detect a minute optical signal with high accuracy, hardly causes an afterimage phenomenon, and has a high S / N ratio ( This has already been filed separately). This optical sensor circuit 200 is shown in FIG. 11, and the above-mentioned optical sensor circuit 100 is an enhancement type n-channel MO.
The difference is that a constant voltage power supply (for example, 5 V) VD is connected to the drain D of the S transistor Q1, and a gate voltage power supply VG capable of applying two kinds of high and low gate voltages is connected to the gate G.
【0017】このような構成の光センサ回路200の場
合には、図12に示すようなタイミングで、ドレイン電
圧VD(=5V)より十分高い高電圧VHと、ドレイン
電圧VDに等しいもしくはこれより低い低電圧VLとが
ゲート電圧VGに印加される。まず、ゲート電圧VGと
して高電圧VHが設定されると、エンハンスメント型n
チャンネルMOSトランジスタQ1のドレインD−ソー
スS間のインピーダンスは低抵抗状態となり、コンデン
サCは、図10において実線L(200)で示すよう
に、急速に充電され、センサ検出端子Pの検出電圧Vd
はドレイン電圧VD(=5V)にほぼ等しい値(例え
ば、4.95V)まで上昇する。このため、光センサ回
路200をマトリクス状に配置してイメージセンサに適
用する場合、検出電圧Vdをリセットするときに初期値
(4.95V)に到達するまでの応答性が良くなり、イ
メージセンサの残像の問題を防止できる。In the case of the optical sensor circuit 200 having such a configuration, at a timing as shown in FIG. 12, a high voltage VH sufficiently higher than the drain voltage VD (= 5 V) and a high voltage VH equal to or lower than the drain voltage VD. The low voltage VL is applied to the gate voltage VG. First, when the high voltage VH is set as the gate voltage VG, the enhancement type n
The impedance between the drain D and the source S of the channel MOS transistor Q1 is in a low resistance state, and the capacitor C is rapidly charged as shown by a solid line L (200) in FIG.
Rises to a value substantially equal to the drain voltage VD (= 5V) (for example, 4.95V). Therefore, when the optical sensor circuits 200 are arranged in a matrix and applied to an image sensor, the response until the detection voltage Vd reaches the initial value (4.95 V) is improved when the detection voltage Vd is reset. The problem of afterimage can be prevented.
【0018】次に、検出可能期間としてゲート電圧VG
が低電圧VLに設定されると、エンハンスメント型nチ
ャンネルMOSトランジスタQ1は弱反転状態となる。
そして、フォトダイオードPDに光が照射されるとコン
デンサCに蓄えられた電荷が放電される。ここで、フォ
トダイオードPDに入射する光が弱い場合はセンサ電流
Idはほとんど流れないため、エンハンスメント型nチ
ャンネルMOSトランジスタQ1は高インピーダンス状
態であり、主にコンデンサCに充電された電荷が利用さ
れる。このため、出力電圧の変化はリニア(線形)的に
なる。一方、フォトダイオードPDに入射する光が強く
なると、検出電圧Vdの特性は図12において矢印で示
すように変化し、コンデンサCに蓄えられた電荷は急速
に消費され、フォトダイオードPDを流れるセンサ電流
Idはエンハンスメント型nチャンネルMOSトランジ
スタQ1を通る電流となり、出力電圧Vdの変化は対数
的となる。Next, the gate voltage VG is set as a detectable period.
Is set to the low voltage VL, the enhancement type n-channel MOS transistor Q1 enters a weak inversion state.
When the photodiode PD is irradiated with light, the electric charge stored in the capacitor C is discharged. Here, when the light incident on the photodiode PD is weak, the sensor current Id hardly flows, so that the enhancement type n-channel MOS transistor Q1 is in a high impedance state, and mainly the charge charged in the capacitor C is used. . Therefore, the change of the output voltage becomes linear. On the other hand, when the light incident on the photodiode PD becomes stronger, the characteristic of the detection voltage Vd changes as shown by an arrow in FIG. 12, the electric charge stored in the capacitor C is rapidly consumed, and the sensor current flowing through the photodiode PD changes. Id becomes a current passing through the enhancement type n-channel MOS transistor Q1, and the change of the output voltage Vd becomes logarithmic.
【0019】この関係を図13に示しており、光が弱く
センサ電流Idが10-12〜10-11の場合には、コンデ
ンサCの電荷が放電され、検出電圧Vdは線形的に変化
するが、光が強くセンサ電流が10-11を超える領域で
は、検出電圧Vdは対数的に変化する。つまり、この光
センサ回路200の場合には、光が弱いとき(センサ電
流Idが小さいとき)には通常のMOS型素子と同等の
線形的な出力特性が得られ、光が強くなると(センサ電
流がある程度大きくなると)対数型の素子と同等の出力
特性が得られる。これにより、センサ電流が小さい時は
蓄積効果を利用することによって高感度を実現でき、且
つ対数型素子で問題となる入射光が小さいときでのS/
N比の問題も改善できる。FIG. 13 shows this relationship. When the light is weak and the sensor current Id is 10 -12 to 10 -11 , the charge of the capacitor C is discharged and the detection voltage Vd changes linearly. In a region where the light is strong and the sensor current exceeds 10 -11 , the detection voltage Vd changes logarithmically. That is, in the case of the light sensor circuit 200, when the light is weak (when the sensor current Id is small), a linear output characteristic equivalent to that of a normal MOS element is obtained, and when the light becomes strong (the sensor current The output characteristics equivalent to those of a logarithmic element can be obtained. Accordingly, when the sensor current is small, high sensitivity can be realized by utilizing the accumulation effect, and S / S when the incident light which is a problem in the logarithmic element is small is small.
The problem of N ratio can also be improved.
【0020】なお、光センサ回路200がそれぞれ一つ
の画素を構成し、この光センサ回路200がマトリクス
状に配設されてイメージセンサが構成される。この光セ
ンサ回路200においては、エンハンスメント型nチャ
ンネルMOSトランジスタQ3のドレンDの電圧V0 が
各画素の出力電圧となるが、この電圧V0 とフォトダイ
オードPDの検出電流との関係は図14に示すようにな
る。Each of the photosensor circuits 200 forms one pixel, and the photosensor circuits 200 are arranged in a matrix to form an image sensor. In this optical sensor circuit 200, the voltage V0 of the drain D of the enhancement type n-channel MOS transistor Q3 becomes the output voltage of each pixel. The relationship between this voltage V0 and the detection current of the photodiode PD is as shown in FIG. become.
【0021】各画素を構成する光センサ回路200は、
フォトダイオードPD、フォトダイオードの寄生容量C
の電荷を充放電するためのMOSトランジスタQ1、検
出電圧を増幅して電流変換するためのMOSトランジス
タQ2、この変換電流を外部に取り出すためのMOSト
ランジスタQ3等を一つの画素エリア内に組み込む必要
がある。イメージセンサを構成する場合に、画素数を多
くしてイメージセンサの解像度を向上させる要求があ
り、このためには画素面積をできる限り小さくする必要
がある。The light sensor circuit 200 constituting each pixel is:
Photodiode PD, photodiode parasitic capacitance C
It is necessary to incorporate a MOS transistor Q1 for charging / discharging the electric charge, a MOS transistor Q2 for amplifying the detected voltage and converting the current, and a MOS transistor Q3 for extracting the converted current to the outside in one pixel area. is there. When configuring an image sensor, there is a demand to increase the number of pixels to improve the resolution of the image sensor. For this purpose, it is necessary to reduce the pixel area as much as possible.
【0022】[0022]
【発明が解決しようとする課題】ここで、画素を小さく
しようとする場合、各トランジスタのサイズを小さくす
るにはある程度で限界があり、フォトダイオードのサイ
ズを小さくして画素を小さくしなければならないことが
多い。このようにフォトダイオードのサイズを小さくす
れば、画素の開口率が小さくなるという問題がある。Here, when trying to reduce the size of a pixel, there is a certain limit in reducing the size of each transistor, and the size of the photodiode must be reduced to reduce the size of the pixel. Often. As described above, when the size of the photodiode is reduced, there is a problem that the aperture ratio of the pixel is reduced.
【0023】本発明はこのような問題に鑑み、開口率が
大きくて感度の良い画素を構成することができる光セン
サ回路およびこの回路を用いたイメージセンサを提供す
ることを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide an optical sensor circuit capable of forming a pixel having a large aperture ratio and high sensitivity, and an image sensor using the circuit.
【0024】[0024]
【課題を解決するための手段】このような目的達成のた
め、本発明においては、光導電膜から構成されて受光し
た光信号をセンサ電流に変換する光−電気変換手段と、
光−電気変換手段が変換したセンサ電流を弱反転状態で
対数特性を有する検出電圧に変換する変換用MOSトラ
ンジスタ(例えば、実施形態におけるエンハンストメン
ト型nチャンネルMOSトランジスタQ1、デプレッシ
ョン型nチャンネルMOSトランジスタQD1)と、こ
の変換用MOSトランジスタの検出端子に接続して配設
されたコンデンサと、光信号を検出する際に上記変換用
MOSトランジスタのゲート電圧にリセット用電圧を印
加してドレイン−ソース間のインピーダンスを低下させ
てコンデンサの充電または放電を制御する初期設定手段
(例えば、実施形態におけるゲート電圧VG)とを備え
て光センサ回路が構成される。この光センサ回路は、光
−電気変換手段が変換したセンサ電流が所定電流以下の
電流である場合には、コンデンサの充電電流または放電
電流に比例した検出電圧を検出する線形応答領域を備
え、光−電気変換手段が変換したセンサ電流が所定電流
を超える電流である場合には変換用MOSトランジスタ
の負荷特性に対応した対数特性を有する検出電圧を検出
する対数応答領域を備える。According to the present invention, there is provided an optical-electrical converting means comprising a photoconductive film for converting a received optical signal into a sensor current.
Conversion MOS transistors for converting the sensor current converted by the photoelectric conversion means into a detection voltage having a logarithmic characteristic in a weak inversion state (for example, the enhancement type n-channel MOS transistor Q1 and the depression type n-channel MOS transistor QD1 in the embodiment) ), A capacitor connected to the detection terminal of the conversion MOS transistor, and a reset voltage applied to the gate voltage of the conversion MOS transistor when a light signal is detected. An optical sensor circuit is configured to include an initial setting unit (for example, a gate voltage VG in the embodiment) that controls charging or discharging of the capacitor by lowering the impedance. The optical sensor circuit has a linear response region for detecting a detection voltage proportional to a charging current or a discharging current of a capacitor when a sensor current converted by the photoelectric conversion means is a current equal to or less than a predetermined current, A logarithmic response region for detecting a detection voltage having a logarithmic characteristic corresponding to the load characteristic of the conversion MOS transistor when the sensor current converted by the electric conversion means exceeds a predetermined current;
【0025】なお、上記コンデンサが接続された変換用
MOSトランジスタの検出端子の電圧信号を増幅して検
出するための増幅用MOSトランジスタ(例えば、実施
形態におけるエンハンストメント型nチャンネルMOS
トランジスタQ2)を設けることが好ましく、上記コン
デンサが接続された変換用MOSトランジスタの検出端
子の電圧信号を検出するタイミングを設定するための選
択用MOSトランジスタ(例えば、実施形態におけるエ
ンハンストメント型nチャンネルMOSトランジスタQ
3)を設けることが好ましい。An amplification MOS transistor for amplifying and detecting the voltage signal at the detection terminal of the conversion MOS transistor to which the capacitor is connected (for example, the enhancement type n-channel MOS transistor in the embodiment)
It is preferable to provide a transistor Q2), and a selection MOS transistor (for example, an enhancement type n-channel MOS in the embodiment) for setting a timing for detecting a voltage signal of a detection terminal of the conversion MOS transistor to which the capacitor is connected. Transistor Q
Preferably, 3) is provided.
【0026】また、本発明の光センサ回路においては、
MOSトランジスタ、初期設定手段等をシリコン基板上
に形成し、光−電気変換手段となる光導電膜を、シリコ
ン基板の表面に、MOSトランジスタ、初期設定手段等
を覆って形成するのが好ましく、これにより開口率10
0%の光センサ回路を得ることができる。Further, in the optical sensor circuit of the present invention,
Preferably, a MOS transistor, initial setting means, etc. are formed on a silicon substrate, and a photoconductive film serving as a photoelectric conversion means is formed on the surface of the silicon substrate, covering the MOS transistor, the initial setting means, etc. Aperture ratio 10
A 0% light sensor circuit can be obtained.
【0027】さらに、上記コンデンサは、光導電膜の容
量を主として用いて構成されるようにすること、すなわ
ち、これ以外の浮遊容量が相対的に極く小さくなるよう
にすることが好ましい。Further, it is preferable that the above-mentioned capacitor is constituted mainly by using the capacity of the photoconductive film, that is, it is preferable that the stray capacitance other than this is made extremely small.
【0028】上記のように構成された本発明に係る光セ
ンサ回路では、光−電気変換手段は光導電膜から構成さ
れるため、MOSトランジスタ、配線等の上に光導電膜
を設けることが可能であり、光−電気変換手段の受光面
積を大きくして開口率を高くすることができ、例えば、
回路の上面全面を覆って開口率を100%にすることも
できる。このように光導電膜を用いて光−電気変換手段
の受光面積を大きくすると、光信号に対する検出電流が
大きくなってS/N比が高くなり、結果的に感度が向上
する。また、光導電膜自体の寄生容量はサイズの増加に
伴って比例的に増加するが、これ以外のトランジスタ、
配線等の浮遊容量は変化しないため、この浮遊容量は光
導電膜の寄生容量に比べて相対的に小さくなる。すなわ
ち、光導電膜の容量を主として用いてコンデンサが形成
されることになり、検出電流に対して全体としての寄生
容量の影響が相対的に小さくなって、結果的に感度が向
上する。In the optical sensor circuit according to the present invention configured as described above, since the photoelectric conversion means is formed of a photoconductive film, the photoconductive film can be provided on a MOS transistor, wiring, or the like. It is possible to increase the aperture ratio by increasing the light receiving area of the photoelectric conversion means, for example,
The aperture ratio can be made 100% by covering the entire top surface of the circuit. When the light receiving area of the photoelectric conversion device is increased by using the photoconductive film as described above, the detection current for the optical signal increases, the S / N ratio increases, and as a result, the sensitivity improves. In addition, the parasitic capacitance of the photoconductive film itself increases proportionally with the size, but other transistors,
Since the stray capacitance of the wiring and the like does not change, the stray capacitance is relatively smaller than the parasitic capacitance of the photoconductive film. That is, the capacitor is formed mainly using the capacity of the photoconductive film, and the influence of the parasitic capacitance as a whole on the detection current becomes relatively small, and as a result, the sensitivity is improved.
【0029】さらに、従来の光センサ回路では、フォト
ダイオードを含め、トランジスタ等が基板表面に並んで
配設されていたが、本発明の光センサ回路では、トラン
ジスタ、配線等を基板に形成した上で、この表面を光導
電膜で覆って構成されるため、基板上におけるトランジ
スタ、配線等の配置の自由度が高い。逆に言えば、トラ
ンジスタ、配線等の配置面積を小さくして、光センサ回
路すなわち画素をより小さくすることが可能となる。Further, in the conventional optical sensor circuit, transistors and the like, including the photodiode, are arranged side by side on the substrate surface. However, in the optical sensor circuit of the present invention, the transistor, the wiring and the like are formed on the substrate. Since the surface is covered with the photoconductive film, the degree of freedom in arranging transistors, wirings, and the like on the substrate is high. In other words, it is possible to reduce the arrangement area of the transistor, the wiring, and the like, thereby making the photosensor circuit, that is, the pixel smaller.
【0030】本発明に係るイメージセンサは、上記の構
成の光センサ回路を一次元もしくは二次元アレイ状に配
設して構成されるのであるが、上述のように、光センサ
回路自体の開口率が大きくて、S/N比が高く、感度が
高いため、感度の良いイメージセンサを得ることができ
る。また、各画素を構成する光センサ回路を小型化でき
るため、高密度で画素を配置したイメージセンサを作る
ことができ、解像度の高いイメージセンサを得ることが
できる。The image sensor according to the present invention is configured by arranging the optical sensor circuits having the above-described configuration in a one-dimensional or two-dimensional array. , The S / N ratio is high, and the sensitivity is high, so that an image sensor with high sensitivity can be obtained. Further, since the photosensor circuit forming each pixel can be reduced in size, an image sensor in which pixels are arranged at high density can be manufactured, and an image sensor with high resolution can be obtained.
【0031】[0031]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
について図面を参照して説明する。本発明に係る光セン
サ回路10の第1の構成例を図1に示している。この光
センサ回路10は、光導電膜(光−電気変換手段)L
1、これに直列に接続されたエンハンスメント型nチャ
ンネルMOSトランジスタQ1、光導電膜L1とエンハ
ンスメント型nチャンネルMOSトランジスタQ1の接
続点P(センサ検出端子)にゲートが接続されたエンハ
ンスメント型nチャンネルMOSトランジスタQ2、こ
のエンハンスメント型nチャンネルMOSトランジスタ
Q2と直列に接続されたエンハンスメント型nチャンネ
ルMOSトランジスタQ3を有して構成される。また、
接続点Pには、光導電膜L1、エンハンスメント型nチ
ャンネルMOSトランジスタQ1、エンハンスメント型
nチャンネルMOSトランジスタQ2およびこれらを相
互に接続する配線等によって生じる浮遊容量の合成値で
ある奇生容量コンデンサCが接続される。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first configuration example of the optical sensor circuit 10 according to the present invention. The optical sensor circuit 10 includes a photoconductive film (optical-electrical conversion means) L
1. An enhancement type n-channel MOS transistor Q1 connected in series with this, an enhancement type n-channel MOS transistor having a gate connected to a connection point P (sensor detection terminal) between the photoconductive film L1 and the enhancement type n-channel MOS transistor Q1 Q2 and an enhancement-type n-channel MOS transistor Q3 connected in series with the enhancement-type n-channel MOS transistor Q2. Also,
At the connection point P, a photoconductive film L1, an enhancement-type n-channel MOS transistor Q1, an enhancement-type n-channel MOS transistor Q2, and a parasitic capacitor C which is a combined value of stray capacitances generated by wiring and the like connecting these are connected. Connected.
【0032】光導電膜L1は光信号Lsを検出し、光信
号Lsの照度に比例したセンサ電流Idに変換する。エ
ンハンスメント型nチャンネルMOSトランジスタQ1
は光導電膜L1の負荷を形成し、光導電膜L1で検出変
換したセンサ電流Idを電圧に変換してセンサ検出端子
Pに検出電圧Vdを発生する。The photoconductive film L1 detects the optical signal Ls and converts it into a sensor current Id proportional to the illuminance of the optical signal Ls. Enhancement type n-channel MOS transistor Q1
Forms a load on the photoconductive film L1, converts the sensor current Id detected and converted by the photoconductive film L1 into a voltage, and generates a detection voltage Vd at the sensor detection terminal P.
【0033】また、エンハンスメント型nチャンネルM
OSトランジスタQ1は、センサ電流Idが小さな範囲
の弱反転状態で対数特性を有するMOSトランジスタ負
荷を形成し、光導電膜L1で検出したセンサ電流Idを
対数特性を有する検出電圧Vdに変換する。このため、
光信号Lsが大きく変化してセンサ電流Idが大きく変
化(桁数が異なるような大きな変化)しても、このよう
に対数特性を有した変換がなされて検出電圧Vdの変化
は抑えられてこれが飽和することがなく、入力に対する
出力のダイナミックレンジを広くすることができる。The enhancement type n-channel M
The OS transistor Q1 forms a MOS transistor load having a logarithmic characteristic in a weak inversion state in a range where the sensor current Id is small, and converts the sensor current Id detected by the photoconductive film L1 into a detection voltage Vd having a logarithmic characteristic. For this reason,
Even if the optical signal Ls largely changes and the sensor current Id changes greatly (a large change such as a different number of digits), the conversion having the logarithmic characteristic is performed as described above, and the change in the detection voltage Vd is suppressed. Without saturation, the dynamic range of the output with respect to the input can be widened.
【0034】エンハンスメント型nチャンネルMOSト
ランジスタQ2は出力トランジスタを形成し、検出電圧
Vdを電流信号に増幅して変換し、光センサ回路10の
外部に増幅した電圧信号V0 として取り出す作用を行
う。また、エンハンスメント型nチャンネルMOSトラ
ンジスタQ3は、エンハンスメント型nチャンネルMO
SトランジスタQ2で増幅された電圧信号を外部回路に
接続又は切断するためのスイッチを形成する。The enhancement type n-channel MOS transistor Q2 forms an output transistor, and functions to amplify and convert the detection voltage Vd into a current signal and to take out the amplified voltage signal V0 outside the optical sensor circuit 10. Further, the enhancement type n-channel MOS transistor Q3 is
A switch for connecting or disconnecting the voltage signal amplified by the S transistor Q2 to an external circuit is formed.
【0035】このような構成の光センサ回路10におい
ては、図12に示したタイミングで、ドレイン電圧VD
(=5V)より充分高い高電圧VHとドレイン電圧VD
と等しいもしくはこれより低い低電圧VLとがゲート電
圧VGとして印加される。高電圧VHは回路リセットの
ための信号電圧として短時間t1の間だけ作用するもの
で、ゲート電圧VGとして高電圧VHが設定されると、
エンハンスメント型nチャンネルMOSトランジスタQ
1のドレインD−ソースS間のインピーダンスは低抵抗
状態となり、コンデンサCは、図10において実線L
(200)で示すように、急速に充電され、センサ検出
端子Pの検出電圧Vdはドレイン電圧VD(=5V)に
ほぼ等しい値(例えば、4.95V)まで急速に上昇す
る。このため、後述(図7)するように、光センサ回路
10をマトリクス状に配置してなるイメージセンサに適
用する場合、検出電圧Vdをリセットするときに初期値
(4.95V)に到達するまでの応答性が良くなり、イ
メージセンサの残像発生を防止できる。In the optical sensor circuit 10 having such a configuration, at the timing shown in FIG.
(= 5V) High voltage VH and drain voltage VD sufficiently higher than
Is applied as the gate voltage VG. The high voltage VH acts only for a short time t1 as a signal voltage for circuit reset, and when the high voltage VH is set as the gate voltage VG,
Enhancement type n-channel MOS transistor Q
1 is in a low resistance state between the drain D and the source S, and the capacitor C is indicated by a solid line L in FIG.
As shown by (200), the battery is rapidly charged, and the detection voltage Vd of the sensor detection terminal P rapidly rises to a value substantially equal to the drain voltage VD (= 5V) (for example, 4.95V). For this reason, as described later (FIG. 7), when applied to an image sensor in which the optical sensor circuits 10 are arranged in a matrix, the detection voltage Vd is reset until the detection voltage Vd reaches an initial value (4.95 V). Responsiveness is improved, and occurrence of an afterimage of the image sensor can be prevented.
【0036】次に、検出可能期間t2の間だけゲート電
圧VGが低電圧VLに設定される。この状態では、エン
ハンスメント型nチャンネルMOSトランジスタQ1は
弱反転状態となる。そして、光導電膜L1に光が照射さ
れるとまずコンデンサCに蓄えられた電荷が放電され
る。ここで、光導電膜L1に入射する光が弱い場合はセ
ンサ電流Idはほとんど流れないため、エンハンスメン
ト型nチャンネルMOSトランジスタQ1は高インピー
ダンス状態であり、主にコンデンサCに充電された電荷
が利用される。このため、出力電圧VdはコンデンサC
からの放電量に対応しておりその変化はリニア(線形)
的になる。このときの出力電圧Vdの検出は、検出可能
時間t2内での累積された放電量を検出するものであ
り、ピーク的なノイズの影響を受けることがなく、S/
N比の高い検出が行われる。Next, the gate voltage VG is set to the low voltage VL only during the detectable period t2. In this state, enhancement type n-channel MOS transistor Q1 is in a weakly inverted state. When the photoconductive film L1 is irradiated with light, the charge stored in the capacitor C is discharged first. Here, when the light incident on the photoconductive film L1 is weak, the sensor current Id hardly flows, so that the enhancement type n-channel MOS transistor Q1 is in a high impedance state, and mainly the electric charge charged in the capacitor C is used. You. Therefore, the output voltage Vd is
The change is linear (linear)
Become The detection of the output voltage Vd at this time is for detecting the accumulated discharge amount within the detectable time t2, and is not affected by peak noise, and S / S
Detection with a high N ratio is performed.
【0037】一方、光導電膜L1に入射する光が強くな
ると、検出電圧Vdの特性は図12において矢印で示す
ように変化し、コンデンサCに蓄えられた電荷は急速に
消費され、光導電膜L1を流れるセンサ電流Idはエン
ハンスメント型nチャンネルMOSトランジスタQ1を
通る電流となり、出力電圧Vdの変化は対数的となる。On the other hand, when the light incident on the photoconductive film L1 becomes stronger, the characteristic of the detection voltage Vd changes as shown by an arrow in FIG. 12, and the charge stored in the capacitor C is rapidly consumed, and The sensor current Id flowing through L1 is a current passing through the enhancement type n-channel MOS transistor Q1, and the change in the output voltage Vd is logarithmic.
【0038】この関係は図13に示すようになり、図9
に示した光センサ回路200と同様の特性が得られる。
すなわち、光センサ回路10によれば、光が弱くセンサ
電流Idが10-12〜10-11の場合には、コンデンサC
の電荷が放電され、検出電圧Vdは線形的に変化する
が、光が強くセンサ電流が10-11を超える領域では、
検出電圧Vdは対数的に変化する。つまり、この光セン
サ回路10の場合には、光が弱いとき(センサ電流Id
が小さいとき)には通常のMOS型素子と同等の線形的
な出力特性が得られ、光が強くなると(センサ電流があ
る程度大きくなると)対数型の素子と同等の出力特性が
得られる。これにより、センサ電流が小さい時は蓄積効
果を利用することによって高感度を実現でき、且つ対数
型素子で問題となる入射光が小さいときでのS/N比低
下の問題も改善できる。This relationship is as shown in FIG.
The same characteristics as those of the optical sensor circuit 200 shown in FIG.
That is, according to the optical sensor circuit 10, when the light is weak and the sensor current Id is 10 -12 to 10 -11 , the capacitor C
Is discharged and the detection voltage Vd changes linearly, but in a region where the light is strong and the sensor current exceeds 10 -11 ,
The detection voltage Vd changes logarithmically. That is, in the case of the optical sensor circuit 10, when the light is weak (the sensor current Id
Is small), a linear output characteristic equivalent to that of a normal MOS element is obtained, and an output characteristic equivalent to that of a logarithmic element is obtained when the light intensity is high (when the sensor current is increased to some extent). Thus, when the sensor current is small, high sensitivity can be realized by utilizing the accumulation effect, and the problem of a decrease in the S / N ratio when the incident light, which is a problem in the logarithmic element, is small can be improved.
【0039】このようにして得られた出力電圧Vdは、
エンハンスメント型nチャンネルMOSトランジスタQ
2により増幅され、さらに、エンハンスメント型nチャ
ンネルMOSトランジスタQ3により設定されるスイッ
チタイミングでライン11から検出電圧V0 として外部
に取り出される。なお、この検出電圧V0 とセンサ電流
との関係は、図14に示すようになる。The output voltage Vd thus obtained is
Enhancement type n-channel MOS transistor Q
2 and is extracted from the line 11 to the outside as a detection voltage V0 at a switch timing set by the enhancement type n-channel MOS transistor Q3. The relationship between the detection voltage V0 and the sensor current is as shown in FIG.
【0040】このような構成の光検出回路10の具体的
な構成を図2に示している。この光検出回路10の製造
は、シリコン基板21の上にまずp型ウエル22を形成
し、MOSトランジスタのゲートとなるポリシリコン層
24a,24bを形成する。そして、これらポリシリコ
ン層24a,24bをマスクとしてp型ウエル22の上
面に複数のn型シリコン層23a〜23dを形成する。
そして、表面に絶縁材料からなる第1層間膜25を成膜
し、n型シリコン層23bの上面の一部とポリシリコン
層24bの上面の一部とにおいて絶縁材料を除去してこ
の部分を露出させる。このように露出するn型シリコン
層23bの上面の一部とポリシリコン層24bの上面の
一部とを接続するようにして第1層間膜25の上にアル
ミニウム製の配線層26を設ける。次に、配線層26の
上面に絶縁材料からなる第2層間膜27を成膜し、配線
層26の上面の一部の絶縁材料を除去する。さらにこの
上に、ほぼ全面を覆うモリブデン(Mo)もしくはタン
グステン(W)からなる画素電極28を形成する。そし
て、この画素電極28を含む上面全面を水素化アモルフ
ァスシリコン(a−Si:H)からなる光導電膜層29
で多い、この上にITO等の透明電極30を形成する。FIG. 2 shows a specific configuration of the photodetector circuit 10 having such a configuration. In manufacturing the photodetector circuit 10, a p-type well 22 is first formed on a silicon substrate 21, and polysilicon layers 24a and 24b serving as gates of MOS transistors are formed. Then, a plurality of n-type silicon layers 23a to 23d are formed on the upper surface of the p-type well 22 using the polysilicon layers 24a and 24b as a mask.
Then, a first interlayer film 25 made of an insulating material is formed on the surface, and the insulating material is removed from a part of the upper surface of the n-type silicon layer 23b and a part of the upper surface of the polysilicon layer 24b to expose this part. Let it. An aluminum wiring layer 26 is provided on the first interlayer film 25 so as to connect a part of the exposed upper surface of the n-type silicon layer 23b and a part of the upper surface of the polysilicon layer 24b. Next, a second interlayer film 27 made of an insulating material is formed on the upper surface of the wiring layer 26, and a part of the insulating material on the upper surface of the wiring layer 26 is removed. Further, a pixel electrode 28 made of molybdenum (Mo) or tungsten (W) covering almost the entire surface is formed thereon. A photoconductive layer 29 made of hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H) is formed on the entire upper surface including the pixel electrode 28.
A transparent electrode 30 of ITO or the like is formed thereon.
【0041】この構成の光検出回路10において、n型
シリコン層23aがドレインDとなって図示しない配線
を介してドレイン電圧VDに接続され、ポリシリコン層
24aがゲートGとなって図示しない配線を介してゲー
ト電圧VGに接続され、n型シリコン層23bがソース
Sとなり、これらの構成によりエンハンスメント型nチ
ャンネルMOSトランジスタQ1を構成する。また、n
型シリコン層23cはドレインDとなって図示しない配
線およびこの図に現れないエンハンスメント型nチャン
ネルMOSトランジスタQ3を介して増幅電圧VDDに
繋がり、ポリシリコン層24bがゲートGとなり、n型
シリコン層23dがソースSとなって図示しない配線を
介してグランド接続され、これらの構成によりエンハン
スメント型nチャンネルMOSトランジスタQ2を構成
する。なお、位置が異なるためここでは図示されない
が、エンハンスメント型nチャンネルMOSトランジス
タQ3も同様に形成される。In the photodetector circuit 10 having this configuration, the n-type silicon layer 23a serves as the drain D and is connected to the drain voltage VD via the wiring (not shown), and the polysilicon layer 24a serves as the gate G and connects the wiring (not shown). The n-type silicon layer 23b serves as a source S via the gate voltage VG, and these components constitute an enhancement type n-channel MOS transistor Q1. Also, n
The type silicon layer 23c serves as a drain D, and is connected to the amplified voltage VDD via a wiring (not shown) and an enhancement type n channel MOS transistor Q3 which does not appear in this figure. The polysilicon layer 24b serves as a gate G, and the n type silicon layer 23d serves as a gate. The source S is connected to the ground via a wiring (not shown), and these components constitute an enhancement type n-channel MOS transistor Q2. Although the position is different, not shown here, the enhancement type n-channel MOS transistor Q3 is formed similarly.
【0042】エンハンスメント型nチャンネルMOSト
ランジスタQ1のソースSとなるn型シリコン層23b
は、配線層26を介してエンハンスメント型nチャンネ
ルMOSトランジスタQ2のゲートGとなるポリシリコ
ン層24bと接続されている。さらに、配線層26は画
素電極28を介して光導電層29に繋がるとともに光導
電層29は表面の透明電極30を介してグランド接続さ
れる。N-type silicon layer 23b serving as source S of enhancement type n-channel MOS transistor Q1
Is connected via a wiring layer 26 to a polysilicon layer 24b that will be the gate G of the enhancement type n-channel MOS transistor Q2. Further, the wiring layer 26 is connected to the photoconductive layer 29 via the pixel electrode 28, and the photoconductive layer 29 is grounded via the transparent electrode 30 on the surface.
【0043】この回路では、光導電膜層29の寄生容量
に加えて、エンハンスメント型nチャンネルMOSトラ
ンジスタQ1のソースSとなるn型シリコン層23bの
容量、エンハンスメント型nチャンネルMOSトランジ
スタQ2のゲートGとなるポリシリコン層24bの容
量、配線層26の容量等の合計容量がコンデンサCの容
量となる。但し、この回路では光導電膜層29の寄生容
量が大きいため、主としてこの寄生容量によりコンデン
サCが構成される。In this circuit, in addition to the parasitic capacitance of the photoconductive film layer 29, the capacitance of the n-type silicon layer 23b serving as the source S of the enhancement-type n-channel MOS transistor Q1, the gate G of the enhancement-type n-channel MOS transistor Q2, The total capacitance such as the capacitance of the polysilicon layer 24b and the capacitance of the wiring layer 26 becomes the capacitance of the capacitor C. However, since the parasitic capacitance of the photoconductive film layer 29 is large in this circuit, the capacitor C is mainly constituted by the parasitic capacitance.
【0044】このように光導電膜層29が表面全面を覆
って形成されるため、開口率はほぼ100%であり、光
信号に対して大きな検出電流を得ることができ、検出信
号のS/N比が高くなる。また、光導電膜層29自体の
寄生容量はそのサイズに比例して大きくなるが、光導電
膜層29の検出電流もサイズに比例して増加するため、
光導電膜層29のみを考えれば感度はあまり変わらな
い。しかしながら、光導電膜層29の寄生容量に対する
その他の浮遊容量の大きさは増えないので、光導電膜2
9の寄生容量の割合が、従来のフォトダイオードを用い
た光センサに比較して大きくなる。このため、光検出回
路トータルとしての検出感度は、従来に比べて向上す
る。Since the photoconductive film layer 29 is formed so as to cover the entire surface, the aperture ratio is almost 100%, a large detection current can be obtained for an optical signal, and S / S of the detection signal can be obtained. The N ratio increases. The parasitic capacitance of the photoconductive layer 29 itself increases in proportion to its size, but the detection current of the photoconductive layer 29 also increases in proportion to its size.
Considering only the photoconductive layer 29, the sensitivity does not change much. However, since the size of the other floating capacitance with respect to the parasitic capacitance of the photoconductive film layer 29 does not increase, the photoconductive film 2
The ratio of the parasitic capacitance of No. 9 is larger than that of a conventional photosensor using a photodiode. For this reason, the detection sensitivity as a whole of the photodetector circuit is improved as compared with the related art.
【0045】また、図2の構成の場合には、シリコン基
板21の表面にはMOSトランジスタおよび関連配線層
を形成し、その上に光導電層29を形成すれば良いた
め、MOSトランジスタおよび関連配線層の設計の自由
度が高く、より一層の小型化が可能である。In the case of the structure shown in FIG. 2, a MOS transistor and a related wiring layer may be formed on the surface of the silicon substrate 21 and a photoconductive layer 29 may be formed thereon. The degree of freedom of layer design is high, and further miniaturization is possible.
【0046】本発明に係る光センサ回路の第2の構成例
を図3に示している。この光センサ回路10’は、図1
の光センサ回路10から、スイッチを構成するエンハン
スメント型nチャンネルMOSトランジスタQ3を取り
外した構成を有し、この回路はスイッチ機能は得られな
いが、図1の場合と同様の特性の光信号の検出を行うこ
とができる。FIG. 3 shows a second configuration example of the optical sensor circuit according to the present invention. This optical sensor circuit 10 'is configured as shown in FIG.
1 has a configuration in which an enhancement-type n-channel MOS transistor Q3 constituting a switch is removed from the optical sensor circuit 10. Although this circuit does not provide a switch function, detection of an optical signal having characteristics similar to those in FIG. It can be performed.
【0047】本発明に係る光センサ回路の第3の構成例
を図4に示している。この光センサ回路10”は、図2
の光センサ回路10から、信号増幅手段となるエンハン
スメント型nチャンネルMOSトランジスタQ2を取り
外した構成を有し、この回路は信号増幅はできないが、
図1の場合と同様の特性の光信号の検出を行うことがで
きる。FIG. 4 shows a third configuration example of the optical sensor circuit according to the present invention. This optical sensor circuit 10 ″ is configured as shown in FIG.
Has a configuration in which an enhancement type n-channel MOS transistor Q2 serving as a signal amplifying means is removed from the optical sensor circuit 10 described above.
Optical signals having the same characteristics as those in the case of FIG. 1 can be detected.
【0048】また、以上の構成におけるエンハンスメン
ト型nチャンネルMOSトランジスタQ1に変えて、デ
プレッション型nチャンネルMOSトランジスタを用い
て光センサ回路を構成しても良い。図5に、デプレッシ
ョン型nチャンネルMOSトランジスタQD1の特性を
実線で示し、エンハンスメント型nチャンネルMOSト
ランジスタQ1,Q2,Q3の特性を鎖線で示してい
る。この特性から分かるように、エンハンスメント型n
チャンネルMOSトランジスタQ1,Q2,Q3はゲー
ト電圧VG=0のときには検出電流Idは出力されず、
常にOFFの状態となるが、デプレッション型nチャン
ネルMOSトランジスタQD1の場合には、ゲート電圧
VG=0の状態で弱反転状態とすることができる。Further, instead of the enhancement type n-channel MOS transistor Q1 in the above configuration, a light sensor circuit may be configured using a depression type n-channel MOS transistor. In FIG. 5, the characteristics of the depletion type n-channel MOS transistor QD1 are indicated by solid lines, and the characteristics of the enhancement type n-channel MOS transistors Q1, Q2, Q3 are indicated by chain lines. As can be seen from this characteristic, the enhancement type n
When the gate voltage VG = 0, the channel MOS transistors Q1, Q2, and Q3 do not output the detection current Id.
Although it is always in the OFF state, in the case of the depletion-type n-channel MOS transistor QD1, the weak inversion state can be achieved with the gate voltage VG = 0.
【0049】具体的には、デプレッション型nチャンネ
ルMOSトランジスタQD1のゲート電圧VG=0の状
態が、図1に示した光センサ回路10においてエンハン
スメント型nチャンネルMOSトランジスタQ1のゲー
トに低電圧VLを印加した状態と同一の状態となる。さ
らに、デプレッション型nチャンネルMOSトランジス
タQD1のゲート電圧VG=VSとすれば、ドレインD
−ソースS間の低抵抗状態とすることができる。このた
め、図6で示すタイミングでデプレッション型nチャン
ネルMOSトランジスタQD1のゲート電圧VG=VS
とするだけで、図1の光センサ回路10において図12
のタイミングで高電圧VHと低電圧VLとを印加する場
合と同様の検出が可能である。このため、電源の数を少
なくすることができる。Specifically, when the gate voltage VG of the depletion type n-channel MOS transistor QD1 is VG = 0, the low voltage VL is applied to the gate of the enhancement type n-channel MOS transistor Q1 in the optical sensor circuit 10 shown in FIG. It becomes the same state as the state that was done. Further, if the gate voltage VG of the depletion type n-channel MOS transistor QD1 is VG = VS, the drain D
A low resistance state between the sources S can be achieved. Therefore, the gate voltage VG of the depletion-type n-channel MOS transistor QD1 at the timing shown in FIG.
12 in the optical sensor circuit 10 of FIG.
The same detection as in the case where the high voltage VH and the low voltage VL are applied at the timing described above can be performed. Therefore, the number of power supplies can be reduced.
【0050】次に、上記のような構成の本発明に係る光
センサ回路10をマトリクス状に並べて構成したイメー
ジセンサ50について、図7を参照して説明する。この
イメージセンサ50は光センサ回路(画素)10を平面
上にアレイ状に配設して長方形もしくは正方形状に形成
されており、ここでは定電圧電源VD,VDDは省略し
て示している。Next, an image sensor 50 in which the optical sensor circuits 10 according to the present invention having the above-described configuration are arranged in a matrix will be described with reference to FIG. The image sensor 50 is formed in a rectangular or square shape by arranging photosensor circuits (pixels) 10 in an array on a plane, and here, the constant voltage power supplies VD and VDD are omitted.
【0051】このイメージセンサ50によりイメージ検
出を行うには、一度に縦列に位置する各画素10の検出
電圧V0を検出ライン55から取り出すとともに、この
縦列の検出を各列毎に順次走査させて行う。なお、検出
ライン55は、図1に示す出力ライン11に対応する。
このような検出電圧V0の取り出しは、所定のタイミン
グでスイッチ電源VCを印加して行われ、検出完了の度
に各縦列毎にエンハンスメント型nチャンネルMOSト
ランジスタQ1のゲートにゲート電圧VG=VSを印加
してこれをリセットする。In order to perform image detection by the image sensor 50, the detection voltage V0 of each pixel 10 located in a column at a time is taken out from the detection line 55, and the column detection is performed by sequentially scanning each column. . Note that the detection line 55 corresponds to the output line 11 shown in FIG.
The extraction of the detection voltage V0 is performed by applying the switch power supply VC at a predetermined timing. Each time the detection is completed, the gate voltage VG = VS is applied to the gate of the enhancement type n-channel MOS transistor Q1 for each column. And reset this.
【0052】このような、検出電圧V0の取り出しのた
めのスイッチ電源VCの印加端子を各画素10において
SELで示し、リセットのためのゲート電圧印加端子を
RSTで示している。図5に示すように、縦列の画素の
各取り出し用印加端子SELには取り出し信号ライン5
2が繋がり、各リセット用印加端子RSTにはリセット
信号ライン53が繋がる。さらに、各取り出し信号ライ
ン52は、図における左隣の縦列の画素の端子RSTに
繋がるリセット信号ライン53に繋がる。The application terminal of the switch power supply VC for extracting the detection voltage V0 is indicated by SEL in each pixel 10, and the gate voltage application terminal for reset is indicated by RST. As shown in FIG. 5, a takeout signal line 5 is connected to each takeout application terminal SEL of a column of pixels.
2 are connected, and a reset signal line 53 is connected to each reset application terminal RST. Further, each extraction signal line 52 is connected to a reset signal line 53 which is connected to a terminal RST of a pixel in the column on the left in the figure.
【0053】上記の構成のイメージセンサ50を用いる
ときには、左端側の縦に並んだ画素列から右方に向かっ
て順次、取り出し信号ライン52に取り出し信号(スイ
ッチ電源電圧VC)を印加(走査)して、検出電圧V0
を取り出す。これにより、各縦の画素列を左から右に走
査してイメージ検出を行う。ここで、左端縦画素列の検
出電圧V0の取り出しが完了して、次に左から2番目の
縦画素列の取り出し信号ライン52に取り出し信号を印
加してこの縦画素列から検出信号の取り出しを行うとき
に、取り出し信号ライン52は左端の縦画素列のリセッ
ト信号ライン53に繋がるため、このリセット信号ライ
ン53にリセット信号が印加され、左端側の縦画素列が
全てリセットされ、次の光検出が行われる。以下、同様
にして検出信号の取り出しが行われるときに同時に左隣
の縦画素列のリセットが行われる。When the image sensor 50 having the above configuration is used, a take-out signal (switch power supply voltage VC) is applied (scanned) to the take-out signal line 52 sequentially from the vertical pixel row on the left end side to the right. And the detection voltage V0
Take out. Thus, image detection is performed by scanning each vertical pixel row from left to right. Here, the extraction of the detection voltage V0 of the leftmost vertical pixel column is completed, and then the extraction signal is applied to the extraction signal line 52 of the second vertical pixel column from the left to extract the detection signal from this vertical pixel column. When performing, the take-out signal line 52 is connected to the reset signal line 53 of the leftmost vertical pixel column, so a reset signal is applied to this reset signal line 53, all the leftmost vertical pixel columns are reset, and the next light detection Is performed. Hereinafter, when the detection signal is extracted in the same manner, the vertical pixel row on the left is reset at the same time.
【0054】このように構成すれば、検出信号の取り出
しとリセットとを一つの信号で行うことができ、制御が
簡単となる。なお、この検出信号の取り出しおよびリセ
ットは、図3における時間t2の終了時点で行われる。With this configuration, the detection signal can be taken out and reset by one signal, and the control is simplified. The extraction and reset of the detection signal are performed at the end of time t2 in FIG.
【0055】[0055]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光導電膜から構成されて受光した光信号をセンサ電流に
変換する光−電気変換手段と、光−電気変換手段が変換
したセンサ電流を弱反転状態で対数特性を有する検出電
圧に変換する変換用MOSトランジスタと、この変換用
MOSトランジスタの検出端子に接続して配設されたコ
ンデンサと、光信号を検出する際に上記MOSトランジ
スタのゲート電圧にリセット用電圧を印加してドレイン
−ソース間のインピーダンスを低下させてコンデンサの
充電または放電を制御する初期設定手段とを備えて光セ
ンサ回路が構成されており、このように光−電気変換手
段は光導電膜から構成されるため、MOSトランジス
タ、配線等の上に光導電膜を設けることが可能であり、
光−電気変換手段の受光面積を大きくして開口率を高く
することができる。例えば、上面全面を覆って開口率を
100%にすることもできる。このように光導電膜を用
いて光−電気変換手段の受光面積を大きくすると、光信
号に対する検出電流が大きくなってS/N比が高くな
り、結果的に感度を向上させることができる。また、光
導電膜自体の寄生容量はサイズの増加に伴って比例的に
増加するが、これ以外のトランジスタ、配線等の浮遊容
量は変化しないため、この浮遊容量は光導電膜の寄生容
量に比べて相対的に小さくなる。すなわち、光導電膜の
容量を主として用いてコンデンサが形成されることにな
り、検出電流に対して全体としての寄生容量の影響が相
対的に小さくなって、結果的に感度を向上させることが
できる。As described above, according to the present invention,
An optical-electrical conversion unit configured of a photoconductive film and converting a received optical signal into a sensor current, and a conversion unit for converting the sensor current converted by the optical-electrical conversion unit into a detection voltage having a logarithmic characteristic in a weak inversion state. A MOS transistor, a capacitor connected to the detection terminal of the conversion MOS transistor, and a drain-source impedance by applying a reset voltage to the gate voltage of the MOS transistor when detecting an optical signal. And an initial setting means for controlling the charging or discharging of the capacitor by reducing the capacitance. The optical-to-electrical conversion means is constituted by a photoconductive film. It is possible to provide a photoconductive film on
The aperture ratio can be increased by enlarging the light receiving area of the photoelectric conversion means. For example, the aperture ratio can be set to 100% by covering the entire upper surface. When the light receiving area of the photoelectric conversion unit is increased by using the photoconductive film in this manner, the detection current for the optical signal is increased, the S / N ratio is increased, and as a result, the sensitivity can be improved. In addition, the parasitic capacitance of the photoconductive film itself increases proportionally with an increase in size, but the stray capacitance of other transistors and wiring does not change. Relatively small. That is, the capacitor is formed mainly using the capacitance of the photoconductive film, and the influence of the parasitic capacitance as a whole on the detection current becomes relatively small, so that the sensitivity can be improved as a result. .
【0056】さらに、従来の光センサ回路では、フォト
ダイオードを含め、MOSトランジスタ等が基板表面に
平面的に並んで配設されていたが、本発明の光センサ回
路では、MOSトランジスタ、配線等を基板に形成した
上で、この表面を光導電膜で覆って構成されるため、基
板上におけるMOSトランジスタ、配線等の配置の自由
度が高い。逆に言えば、MOSトランジスタ、配線等の
配置面積を小さくして、光センサ回路すなわち画素をよ
り小さくすることが可能となる。Further, in the conventional optical sensor circuit, MOS transistors and the like, including the photodiode, are arranged in a plane on the substrate surface. However, in the optical sensor circuit of the present invention, the MOS transistor, the wiring, and the like are provided. After being formed on the substrate, this surface is covered with the photoconductive film, so that the degree of freedom in the arrangement of the MOS transistors, wirings and the like on the substrate is high. Conversely, it is possible to reduce the arrangement area of the MOS transistor, the wiring, and the like, thereby making the photosensor circuit, that is, the pixel smaller.
【0057】なお、本発明の光センサ回路は、光−電気
変換手段が変換したセンサ電流が所定電流以下の電流で
ある場合には、コンデンサの充電電流または放電電流に
比例した検出電圧を検出する線形応答領域を備え、光−
電気変換手段が変換したセンサ電流が所定電流を超える
電流である場合にはnチャンネルMOSトランジスタの
負荷特性に対応した対数特性を有する検出電圧を検出す
る対数応答領域を備えるため、強い光信号に対しては対
数特性での光検出を行ってダイナミックレンジの大きな
検出が可能であり、弱い光信号に対しては出力信号がリ
ニアとなって微弱な光を高感度で検出することができ
る。The optical sensor circuit of the present invention detects a detection voltage proportional to a charging current or a discharging current of a capacitor when the sensor current converted by the photoelectric conversion means is a current equal to or less than a predetermined current. With a linear response region,
When the sensor current converted by the electric conversion means is a current exceeding a predetermined current, a logarithmic response region for detecting a detection voltage having a logarithmic characteristic corresponding to the load characteristic of the n-channel MOS transistor is provided, so that a strong optical signal In addition, light detection with a logarithmic characteristic can be performed to detect a large dynamic range. For a weak optical signal, the output signal becomes linear and weak light can be detected with high sensitivity.
【0058】なお、本発明の光センサ回路においては、
MOSトランジスタ、初期設定手段等をシリコン基板上
に形成し、光−電気変換手段となる光導電膜を、シリコ
ン基板の表面に、MOSトランジスタ、初期設定手段等
を覆って形成するのが好ましく、これにより開口率10
0%の光センサ回路を得ることができる。Incidentally, in the optical sensor circuit of the present invention,
Preferably, a MOS transistor, initial setting means, etc. are formed on a silicon substrate, and a photoconductive film serving as a photoelectric conversion means is formed on the surface of the silicon substrate, covering the MOS transistor, the initial setting means, etc. Aperture ratio 10
A 0% light sensor circuit can be obtained.
【0059】本発明に係るイメージセンサは、上記の構
成の光センサ回路を一次元もしくは二次元アレイ状に配
設して構成されるのであるが、上述のように、光センサ
回路自体の開口率が大きくて、S/N比が高く、感度が
高いため、感度の良いイメージセンサを得ることができ
る。また、各画素を構成する光センサ回路を小型化でき
るため、高密度で画素を配置したイメージセンサを作る
ことができ、解像度の高いイメージセンサを得ることが
できる。The image sensor according to the present invention is configured by arranging the optical sensor circuits having the above-described configuration in a one-dimensional or two-dimensional array. , The S / N ratio is high, and the sensitivity is high, so that an image sensor with high sensitivity can be obtained. Further, since the photosensor circuit forming each pixel can be reduced in size, an image sensor in which pixels are arranged at high density can be manufactured, and an image sensor with high resolution can be obtained.
【図1】本発明に係る光センサ回路の第1の構成例を示
す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a first configuration example of an optical sensor circuit according to the present invention.
【図2】この光センサ回路の具体的構成を示す断面図で
ある。FIG. 2 is a sectional view showing a specific configuration of the optical sensor circuit.
【図3】本発明に係る光センサ回路の第2の構成例を示
す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a second configuration example of the optical sensor circuit according to the present invention.
【図4】本発明に係る光センサ回路の第3の構成例を示
す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing a third configuration example of the optical sensor circuit according to the present invention.
【図5】デプレッション型およびエンハンスメント型n
チャンネルMOSトランジスタの特性を示すグラフであ
る。FIG. 5 shows a depletion type and an enhancement type n
4 is a graph showing characteristics of a channel MOS transistor.
【図6】デプレッション型nチャンネルMOSトランジ
スタを用いた光センサ回路におけるゲート電圧VG(取
り出し信号)および検出電圧Vdの時間変化を示すグラ
フである。FIG. 6 is a graph showing a temporal change of a gate voltage VG (a takeout signal) and a detection voltage Vd in an optical sensor circuit using a depletion type n-channel MOS transistor.
【図7】本発明に係るイメージセンサの構成を示す概略
図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing a configuration of an image sensor according to the present invention.
【図8】従来の光センサ回路を示す回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram showing a conventional optical sensor circuit.
【図9】従来の光センサ回路のセンサ電流Id−検出電
圧Vdの特性を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing characteristics of a sensor current Id and a detection voltage Vd of a conventional optical sensor circuit.
【図10】従来および本発明の光センサ回路の検出電圧
Vdの時間変化を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing a change over time of a detection voltage Vd of the optical sensor circuits of the related art and the present invention.
【図11】従来の光センサ回路の構成を示す回路図であ
る。FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional optical sensor circuit.
【図12】従来および本発明の光センサ回路におけるゲ
ート電圧VG(取り出し信号)および検出電圧Vdの時
間変化を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing a temporal change of a gate voltage VG (a take-out signal) and a detection voltage Vd in the optical sensor circuits of the related art and the present invention.
【図13】従来および本発明の光センサ回路のセンサ電
流Id−検出電圧Vdの特性を示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing characteristics of a sensor current Id and a detection voltage Vd of the optical sensor circuits of the related art and the present invention.
【図14】従来および本発明の光センサ回路のセンサ電
流Id−出力電圧V0 の特性を示すグラフである。FIG. 14 is a graph showing characteristics of a sensor current Id and an output voltage V0 of the optical sensor circuits of the related art and the present invention.
10,10’,10” 光センサ回路 50 イメージセンサ C コンデンサ L1 光導電膜(光−電気変換手段) Q1 エンハンスメント型nチャンネルMOSトランジ
スタ10, 10 ', 10 "photosensor circuit 50 image sensor C capacitor L1 photoconductive film (photo-electric conversion means) Q1 enhancement type n-channel MOS transistor
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武部 克彦 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 Fターム(参考) 4M118 AA02 AA05 AB01 BA07 BA14 CA02 CA14 CB06 CB14 DD09 DD12 FA06 FA08 5C024 AA01 CA12 CA15 FA01 FA11 GA04 GA31 5F049 MA01 MA20 RA06 UA20 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Katsuhiko Takebe 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama F-term in Honda R & D Co., Ltd. (Reference) 4M118 AA02 AA05 AB01 BA07 BA14 CA02 CA14 CB06 CB14 DD09 DD12 FA06 FA08 5C024 AA01 CA12 CA15 FA01 FA11 GA04 GA31 5F049 MA01 MA20 RA06 UA20
Claims (6)
た光信号をセンサ電流に変換する光−電気変換手段と、 前記光−電気変換手段が変換したセンサ電流を弱反転状
態で対数特性を有する検出電圧に変換する変換用MOS
トランジスタと、 前記変換用MOSトランジスタの検出端子に接続して配
設されたコンデンサと、 光信号を検出する際に、前記変換用MOSトランジスタ
のゲート電圧にリセット用電圧を印加してドレイン−ソ
ース間のインピーダンスを低下させ、前記コンデンサの
充電または放電を制御する初期設定手段とを備え、 前記光−電気変換手段が変換したセンサ電流が所定電流
以下の電流である場合には、前記コンデンサの充電電流
または放電電流に比例した検出電圧を検出する線形応答
領域を備えるとともに、 前記光−電気変換手段が変換したセンサ電流が前記所定
電流を超える電流である場合には、前記変換用MOSト
ランジスタの負荷特性に対応した対数特性を有する検出
電圧を検出する対数応答領域を備えることを特徴とする
光センサ回路。1. An optical-electrical converting means which is formed of a photoconductive film and converts a received optical signal into a sensor current, and has a logarithmic characteristic in a weakly inverted state of the sensor current converted by the optical-electrical converting means. Conversion MOS to convert to detection voltage
A transistor connected to a detection terminal of the conversion MOS transistor, and a capacitor connected to a detection terminal of the conversion MOS transistor. Initializing means for lowering the impedance of the capacitor and controlling the charging or discharging of the capacitor, and when the sensor current converted by the photoelectric conversion means is a current equal to or less than a predetermined current, the charging current of the capacitor Or a linear response area for detecting a detection voltage proportional to the discharge current, and when the sensor current converted by the photoelectric conversion means exceeds the predetermined current, the load characteristic of the conversion MOS transistor Having a logarithmic response region for detecting a detection voltage having a logarithmic characteristic corresponding to the optical sensor circuit.
MOSトランジスタの検出端子の電圧信号を増幅して検
出するための増幅用MOSトランジスタを備えることを
特徴とする請求項1に記載の光センサ回路。2. The optical sensor circuit according to claim 1, further comprising an amplification MOS transistor for amplifying and detecting a voltage signal at a detection terminal of the conversion MOS transistor to which the capacitor is connected. .
MOSトランジスタの検出端子の電圧信号を検出するタ
イミングを設定するための選択用MOSトランジスタを
備えることを特徴とする請求項1もしくは2に記載の光
センサ回路。3. The conversion MOS transistor according to claim 1, further comprising a selection MOS transistor for setting a timing for detecting a voltage signal of a detection terminal of the conversion MOS transistor to which the capacitor is connected. Optical sensor circuit.
手段、これらを繋ぐ配線等がシリコン基板上に形成さ
れ、 前記光−電気変換手段を構成する前記光導電膜が、前記
MOSトランジスタ、前記初期設定手段、前記配線等を
覆って前記シリコン基板の表面に形成されることを特徴
とする請求項1〜3のいずれかに記載の光センサ回路。4. The MOS transistor, the initial setting means, wiring connecting them, etc. are formed on a silicon substrate, and the photoconductive film constituting the photoelectric conversion means is the MOS transistor, the initial setting means. 4. The optical sensor circuit according to claim 1, wherein the optical sensor circuit is formed on a surface of the silicon substrate so as to cover the wiring and the like.
を主として用いて構成されることを特徴とする請求項1
から4のいずれかに記載の光センサ回路。5. The capacitor according to claim 1, wherein the capacitor is mainly configured by using a capacity of the photoconductive film.
5. The optical sensor circuit according to any one of items 1 to 4.
の光センサ回路を、一次元もしくは二次元アレイ状に配
設して構成されることを特徴とするイメージセンサ。6. An image sensor comprising a plurality of photosensor circuits according to claim 1 arranged in a one-dimensional or two-dimensional array.
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|---|---|---|---|
| JP10250516A JP2000083198A (en) | 1998-09-04 | 1998-09-04 | Optical sensor circuit and image sensor using the same |
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