(57)【要約】【課題】従来の技術による諸問題を解決するためのフォトダイオードの光電荷容量を制御する方法及び関連装置を提供する。【解決手段】画像感知装置は、光を受け入れるフォトダイオードと、ソースがフォトダイオードに接続され、フォトダイオード内の光電荷転送を制御する第一トランジスターと、第一トランジスターのゲートに接続され、複数の制御信号を受信して基準電圧を第一トランジスターのゲートに提供する基準電圧制御ユニットと、ソースが第一トランジスターの出力端に接続され、ドレインが電圧源に接続され、フォトダイオードをリセットする第二トランジスターと、ドレインが電圧源に接続され、ゲートが第二トランジスターのソースに接続される第三トランジスターと、ドレインが第三トランジスターのソースに接続され、ソースがワードラインに接続され、信号出力の可否を選択する第四トランジスターとを含む。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトダイオードの光電荷容量を制御できる画像感知装置であって、
光を受け入れるフォトダイオードと、
ソースがフォトダイオードに接続され、フォトダイオード内の光電荷転送を制御する第一トランジスターと、
第一トランジスターのゲートに接続され、複数の制御信号を受信し、制御信号に基づいて基準電圧を第一トランジスターのゲートに提供することによって、フォトダイオードの光電荷容量を制御する基準電圧制御ユニットと、
ソースが第一トランジスターの出力端に接続され、ドレインが電圧源に接続され、フォトダイオードをリセットする第二トランジスターと、
ドレインが電圧源に接続され、ゲートが第二トランジスターのソースに接続される第三トランジスターと、
ドレインが第三トランジスターのソースに接続され、ソースがワードラインに接続され、信号出力の可否を選択する第四トランジスターとを含むことを特徴とする画像感知装置。
【請求項２】
前記基準電圧制御ユニットが第一トランジスターのゲートに印加する基準電圧は０Ｖから電源電圧までの間の電圧であることを特徴とする請求項１記載の画像感知装置。
【請求項３】
前記基準電圧制御ユニットは第一トランジスターのゲートに基準電圧を印加するとき、フォトダイオードはその光電荷容量を制御できる露光状態にあることを特徴とする請求項１記載の画像感知装置。
【請求項４】
前記フォトダイオードはピンフォトダイオードであることを特徴とする請求項１記載の画像感知装置。
【請求項５】
露光状態にあるフォトダイオードの一端が接地である場合、接地電位より大きい基準電圧を転送トランジスターのゲートに提供することによって、フォトダイオードの光電荷容量を制御することを特徴とするアクティブピクセルのフォトダイオードの光電荷容量を制御する方法。
【請求項６】
前記基準電圧は最大動作電圧より小さいことを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記フォトダイオードはピンフォトダイオードであることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項８】
前記方法は、基準電圧制御ユニットが受信された複数の制御信号に基づいて、基準電圧を転送トランジスターのゲートに印加することにより、フォトダイオードの光電荷容量を制御することを内容とすることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項９】
前記方法は更に、画像に異常があるか否かを検知する手順を含むことを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項１０】
前記画像異常検知の手順は、残像の有無を検知することを含むことを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記画像異常検知の手順は、ブルーミング現象の有無を検知することを含むことを特徴とする請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はアクティブピクセルを制御する方法に関し、特にフォトダイオードの光電荷容量を制御する方法及び関連装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１を参照する。図１は従来の技術によるアクティブピクセル８の回路図である。アクティブピクセル８はピンフォトダイオード１０と、転送トランジスター１２と、リセットトランジスター１４と、ソースフォロワー１６と、列選択トランジスター１８とを含む。ピンフォトダイオード１０は光線を受光するものであり、転送トランジスター１２はピンフォトダイオード１０に保存される電荷の転送を制御するものである。リセットトランジスター１４はピンフォトダイオード１０をリセットし、ソースフォロワー１６のソース電位はそのゲートに受け入れられた電荷により変化する。列選択トランジスター１８は光信号またはリセット信号の保存を制御する。
【０００３】
アクティブピクセル８による光の取り込みから光信号保存までの流れは以下の通りである。まずリセットを実行して、リセットトランジスター１４と転送トランジスター１２をオンにするとともに、両トランジスター１２、１４のゲートに高電位（回路操作の最高電圧Ｖｄｄ）を印加してピンフォトダイオード１０をリセットする。続いて露光（画像取り込み）モードに入り、転送トランジスター１２とリセットトランジスター１４をオフにする。従来の方法で転送トランジスター１２をオフにするとき、そのゲートに低電位（０Ｖ）を印加するとともに、ピンフォトダイオード１０は光を取り込んで電荷をその中に保存する。図２を参照する。図２は図１のＰとＲにおける電荷保存を表す説明図である。Ｐはピンフォトダイオード１０に保存される電荷量を表し、Ｒはリセットトランジスター１４のソースに保存される電荷量を表す。
【０００４】
次にリセット信号を読み込む。図３を参照する。図３はリセット信号の読み込みを表す説明図である。図によれば、ソースフォロワー１６と列選択トランジスター１８でＲに保存される電荷を転送するとき、転送トランジスター１２とリセットトランジスター１４はオフにされ、ソースフォロワー１６と列選択トランジスター１８はオンにされる。その次、光信号は読み込まれる。図４を参照する。図４は光信号の読み込みを表す説明図である。図によれば、転送トランジスター１２をオンにしてピンフォトダイオード１０に保存される電荷を転送し、更にソースフォロワー１６と列選択トランジスター１８で光信号を保存すれば、画像取り込みは完成される。
【０００５】
従来の技術によるアクティブピクセル８では、ブルーミングと残像が問題となる。以下はその詳細を説明する。
【０００６】
図５と図６を参照する。図５は強光下の転送トランジスター１２とピンフォトダイオード１０を表す説明図であり、図６は図５の光電荷があふれ出る状態を表す説明図である。図５に示されるように、露光状態で０Ｖ電位を転送トランジスター１２のゲートに印加することによって、転送トランジスター１２をオフにする。強光の下では、大量に受け入れられた電荷の量は、ピンフォトダイオード１０の収容できる最大光電荷容量を超える場合がある。その際、転送トランジスター１２がオフにされているため、納めきれない大量の光電荷は周辺のピクセルにあふれ出て、周辺ピクセルの画像取り込みを影響することになる。その結果、画像の周囲には光がにじみ出るようになり、この現象はブルーミングと称される。
【０００７】
また、製作工程において、ピンフォトダイオード１０に保存可能な電荷量を制御することが重要である。制御をうまく実行できなければ、図７に示されるような残像が生じる。図７を参照する。図７は図１のＰとＲにおける残像を表す説明図である。図７のＰにおける電荷は転送しきれず、言い換えればピンフォトダイオード１０に電荷が残っているので、残像が発生する。従来の技術では、製作工程によりピンフォトダイオード１０またはリセットトランジスター１４のソースの電荷保存量を変えることによって、図７の残像問題を改善することが多い。しかし、製作工程を精密に制御することはコスト高をもたらすほかならない。そのため、簡易な制御方法は求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明は前述の問題を解決するためのフォトダイオードに保存可能な光電荷量を制御する方法及び関連装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、フォトダイオードの光電荷容量を制御できる画像感知装置を提供する。該装置は、光を受け入れるフォトダイオードと、ソースがフォトダイオードに接続され、フォトダイオード内の光電荷転送を制御する第一トランジスターと、第一トランジスターのゲートに接続され、複数の制御信号を受信し、制御信号に基づいて基準電圧を第一トランジスターのゲートに提供することによって、フォトダイオードの光電荷容量を制御する基準電圧制御ユニットと、ソースが第一トランジスターの出力端に接続され、ドレインが電圧源に接続され、フォトダイオードをリセットする第二トランジスターと、ドレインが電圧源に接続され、ゲートが第二トランジスターのソースに接続される第三トランジスターと、ドレインが第三トランジスターのソースに接続され、ソースがワードラインに接続され、信号出力の可否を選択する第四トランジスターとを含む。
【００１０】
この発明は更に、アクティブピクセルのフォトダイオードの光電荷容量を制御する方法を提供する。該方法は、露光状態にあるフォトダイオードの一端が接地である場合、接地電位より大きい基準電圧を転送トランジスターのゲートに提供することによって、フォトダイオードの光電荷容量を制御することを内容とする。
【発明の効果】
【００１１】
この発明はピンフォトダイオードの電荷容量を制御する方法を提供する。該方法は、転送トランジスターのゲートに接地電圧より大きい基準電圧を印加することによって、ピンフォトダイオードの電荷容量を変え、残像とブルーミング現象を改善する。なお、この発明は、製作工程の完了後にピンフォトダイオードの電荷容量を変えるための基準電圧制御ユニットを設ける実施例を提供する。製作工程でピンフォトダイオードの電荷容量を変える従来の技術と比べて、この発明は簡単かつ低コストの利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
かかる方法及び装置の特徴を詳述するために、具体的な実施例を挙げ、図を参照して以下に説明する。
【００１３】
この発明は従来の技術のような残像とブルーミング現象を改善すべく、ピンフォトダイオード１０に保存可能な電荷量を制御する方法を提供する。
【００１４】
まずこの発明の概念を簡略に説明する。残像は、ピンフォトダイオード１０の電荷が転送しきれないから生じるものである。したがって、ピンフォトダイオード１０の電荷容量を減少すれば、残像は改善される。なお、ブルーミング現象は過多の光電荷が周囲のピクセルにあふれ出ることによって生じるものであるので、ピンフォトダイオード１０の電荷容量を減少すれば、ブルーミング現象も同時に改善される。
【００１５】
図８を参照する。図８はこの発明による転送トランジスター１２とピンフォトダイオード１０を表す説明図である。電圧Ｖｇを転送トランジスター１２のゲートに印加すれば、トランジスターの閾値電圧はＶｔｈであるから、転送トランジスター１２のソースの電圧はＶｇ−Ｖｔｈとなる。閾値電圧Ｖｔｈに関してはボディ効果が勘案される。図９を参照する。図９は図８におけるピンフォトダイオード１０の電荷容量を表す説明図である。図９の電圧値は下方にいけばいくほど大きくなる。すなわちＶｐｉｎｎｅｄは（Ｖｇ・Ｖｔｈ）より大きいのである。図９によれば、ピンフォトダイオード１０の電荷容量はＶｐｉｎｎｅｄから（Ｖｇ・Ｖｔｈ）までである。
【００１６】
図９に示されるように、ピンフォトダイオード１０の電荷容量を影響する電圧はＶｐｉｎｎｅｄと（Ｖｇ・Ｖｔｈ）である。ピンフォトダイオード１０のピン電圧Ｖｐｉｎｎｅｄと閾値電圧Ｖｔｈは製作工程の完了とともに固定値となるため、転送トランジスター１２のゲートに印加する電圧Ｖｇを変化させることにより、ピンフォトダイオード１０の電荷容量を変えることが可能である。言い換えれば、転送トランジスター１２のゲートに印加する電圧が大きければ大きいほど、ピンフォトダイオードの電荷容量は小さくなる。
【００１７】
したがって、この発明は露光モードにおいて、転送トランジスター１２のゲートの電圧を制御することにより、ピンフォトダイオード１０に保存可能な電荷量を変える。図１０を参照する。図１０はこの発明によるピンフォトダイオードの電荷容量を制御する装置を表す説明図である。この発明では基準電圧制御ユニット３０が設けられる。そのため、この発明は、残像またはブルーミング現象が生じた場合、複数の制御信号を基準電圧制御ユニット２０に発し、露光モードにおいて転送トランジスター１２のゲートに印加する基準電圧を調整することによって、図９のピンフォトダイオード１０の電荷容量を変えることができる。
【００１８】
従来の技術によれば、露光モードにおいて、０Ｖを転送トランジスター１２のゲートに印加して、転送トランジスター１２をオフにする。それと異なって、この発明は露光モードで０Ｖより大きい基準電圧を転送トランジスター１２のゲートに印加する。当該基準電圧の値は回路操作の最大電圧より小さい。
【００１９】
例えば、露光モードでＯＶより大きい基準電圧を転送トランジスター１２のゲートに印加するとして、図１１から図１３を参照して説明する。図１１から図１３は種々の基準電圧下におけるピンフォトダイオード１０の電荷容量を表す説明図である。そのうちＶ１はＶ２より小さく、Ｖ２はＶ３より小さい。図１１のピンフォトダイオード１０の電荷容量は最も大きく、その次は図１２であり、最も小さいのは図１３である。すなわち、転送トランジスター１２のゲートに印加する電圧が大きければ大きいほど、ピンフォトダイオード１０の電荷容量は小さくなる。その後、リセット、露光及びリセット信号読み込みなどの操作を経て、ピンフォトダイオード１０の電荷は転送される。図１４から図１６を参照する。図１４から図１６は図１１から図１３におけるピンフォトダイオード１０の電荷転送を表す説明図である。図１４のような残像が生じれば、転送トランジスター１２に印加する電圧を上げ、すなわち例えば電圧Ｖ３を印加すれば、残像は改善される。図１６に示されるように、その結果、ピンフォトダイオード１０の電荷はすべて転送される。
【００２０】
以上はピンフォトダイオード１０を例として説明してきた。もっとも、この発明はそれに限らず、その他のアクティブフォトダイオードにも適用する。
【００２１】
図１７を参照する。図１７はこの発明によるピンフォトダイオード１０の電荷容量を制御する方法のフローチャートである。
ステップ１００：リセットと露光を実行して、ピンフォトダイオード１０に光電荷を保存させる。
ステップ１０２：リセット信号を読み込む。
ステップ１０４；ピンフォトダイオード１０の中の光電荷を転送するとともに、光信号を読み込む。
ステップ１０６：画像に異常があるか否かを検知する。異常とはブルーミング、残像を含む。画像に異常があれば、ステップ１０８を実行する。異常がなければ、ステップ１１０を実行する。
ステップ１０８：基準電圧制御ユニット２０に制御信号を発し、露光モードにおいて０Ｖより大きい基準電圧を転送トランジスター１２のゲートに印加することによって、ピンフォトダイオード１０の電荷容量を減少させる。ステップ１００に戻る。
ステップ１１０：ピンフォトダイオード１０の電荷容量制御を完成する。
以上はこの発明に好ましい実施例であって、この発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、この発明の精神の下においてなされ、この発明に対して均等の効果を有するものは、いずれもこの発明の特許請求の範囲に属するものとする。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
この発明はピンフォトダイオードの電荷容量を制御する方法を提供する。該方法は、転送トランジスターのゲートに接地電圧より大きい基準電圧を印加することによって、ピンフォトダイオードの電荷容量を変え、残像とブルーミング現象を改善する。なお、この発明は、製作工程の完了後にピンフォトダイオードの電荷容量を変えるための基準電圧制御ユニットを設ける実施例を提供する。製作工程でピンフォトダイオードの電荷容量を変える従来の技術と比べて、この発明は簡単かつ低コストの利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来の技術によるアクティブピクセルの回路図である。
【図２】図１のＰとＲにおける電荷保存を表す説明図である。
【図３】リセット信号の読み込みを表す説明図である。
【図４】光信号の読み込みを表す説明図である。
【図５】強光下の転送トランジスターとピンフォトダイオードを表す説明図である。
【図６】図５の光電荷があふれ出る状態を表す説明図である。
【図７】図１のＰとＲにおける残像を表す説明図である。
【図８】この発明による転送トランジスターとピンフォトダイオードを表す説明図である。
【図９】図８におけるピンフォトダイオードの電荷容量を表す説明図である。
【図１０】この発明によるピンフォトダイオードの電荷容量を制御する装置を表す説明図である。
【図１１】第一基準電圧下におけるピンフォトダイオードの電荷容量を表す説明図である。
【図１２】第二基準電圧下におけるピンフォトダイオードの電荷容量を表す説明図である。
【図１３】第三基準電圧下におけるピンフォトダイオードの電荷容量を表す説明図である。
【図１４】図１１におけるピンフォトダイオードの電荷転送を表す説明図である。
【図１５】図１２におけるピンフォトダイオードの電荷転送を表す説明図である。
【図１６】図１３におけるピンフォトダイオードの電荷転送を表す説明図である。
【図１７】この発明によるピンフォトダイオード１０の電荷容量を制御する方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００２４】
８          アクティブピクセル
１０        ピンフォトダイオード
１２        転送トランジスター
１４        リセットトランジスター
１６        ソースフォロワー
１８        列選択トランジスター
２０        基準電圧制御ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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