(57)【要約】  【課題】  空間を十分に利用して画像感知素子のレイアウトをできるようにすることで、イメージセンサのサイズの小型化を可能とする。  【解決手段】  初期電位を有し、光源から照射される光線を感知し、感知した光エネルギーを電気的信号に転換して出力し、電位差を発生させる感光素子と、該感光素子に充電し、感光前の初期電位にリセットさせるリセット回路と、該感光素子と、該信号出力端とに電気的に接続し、該電気的信号を保存するとともに、該電気的信号を読み取り、該信号出力端に出力する読み取り回路とによって画像感知素子を構成し、係る画像感知素子を電気的に複数接続し、該複数の画像感知素子の第１画像感知素子のリセット回路が、第２画像感知素子の読み取り回路に電気的に接続し、第３画像感知素子以後も同様に構成し、且つ画像感知素子が２つ毎に順に沿って読み取りとリセットを同時に実行するように構成する。【選択図】  図２
2004260783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画像感知素子を接続してなり、且つ該画像感知素子が信号出力端に電気的に接続するイメージセンサにおいて、
それぞれの画像感知素子は、初期電位を有し、光源から照射される光線を感知し、感知した光エネルギーを電気的信号に転換して出力し、電位差を発生させる感光素子と、
該感光素子に充電し、感光前の初期電位にリセットさせるリセット回路と、
該感光素子と、該信号出力端とに電気的に接続し、該電気的信号を保存するとともに、該電気的信号を読み取り、該信号出力端に出力する読み取り回路とを含んでなり、
該複数の画像感知素子の第１画像感知素子のリセット回路が、第２画像感知素子の読み取り回路に電気的に接続するとともに、第３画像感知素子以後の画像感知素子の接続関係が、該第１画像感知素子と、該第２画像感知素子との間の接続関係を重複して構成され、且つ一画像感知素子の読み取り回路が読み取りを行う場合、その前に位置する画像感知素子のリセット回路がリセットを行い、画像感知素子が２つ毎に順に沿って読み取りとリセットを同時に実行するように構成することを特徴とする小型イメージセンサ。
【請求項２】
前記感光素子が、光電ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の小型イメージセンサ。
【請求項３】
前記リセット回路が、トランジスタとリセット信号線とによって構成されることを特徴とする請求項１に記載の小型イメージセンサ。
【請求項４】
前記読み取り回路が、該電気的信号を保存する第１トランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の小型イメージセンサ。
【請求項５】
前記小型イメージセンサは、該第１トランジスタと該感光素子との間に電気的に接続し、該感光素子の出力する電気的信号を増幅し、該第１トランジスタに伝送する第２トランジスタを更に含むことを特徴とする請求項４に記載の小型イメージセンサ。
【請求項６】
前記リセット回路は、更に基準電位端に接続し、該基準電圧端によって該リセット回路が該感光素子をリセットする場合の基準電位の依拠を提供するように構成することうを特徴とする請求項１に記載の小型イメージセンサ。
【請求項７】
光源から照射される光線を感知し、感知した光エネルギーを電気的信号に転換して出力し、電位差を発生させる感光素子と、
該感光素子に充電し、感光前の初期電位にリセットさせるリセット回路と、
該電気的信号を保存するとともに、該電気的信号を読み取り、接続する信号出力端に出力する読み取り回路とを含んでなることを特徴とする画像感知素子。
【請求項８】
前記感光素子が、光電ダイオードであることを特徴とする請求項７に記載の画像感知素子。
【請求項９】
前記リセット回路が、トランジスタとリセット信号線とによって構成されることを特徴とする請求項７に記載の画像感知素子。
【請求項１０】
前記読み取り回路が、該電気的信号を保存する第１トランジスタであることを特徴とする請求項７に記載の画像感知素子。
【請求項１１】
前記画像感知素子は、該第１トランジスタと該感光素子との間に電気的に接続し、該感光素子の出力する電気的信号を増幅し、該第１トランジスタに伝送する第２トランジスタを更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の画像感知素子。
【請求項１２】
前記リセット回路は、更に基準電位端に接続し、該基準電圧端によって該リセット回路が該感光素子をリセットする場合の基準電位の依拠を提供するように構成することを特徴とする請求項７に記載の画像感知素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージを形成する光線を感知して電気的信号に転換するための小型イメージセンサ、及びその画像感知素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のイメージセンサは光のイメージ信号を電気信号に転換することを目的とし、その種類には、例えば結合荷電素子（Charge  Coupled  Device以下ＣＣＤと称する）、もしくは相補型金属酸化膜半導体（以下ＣＭＯＳと称する）。ＣＣＤはイメージセンサの品質が安定する。よって、高解析度のディジタルカメラ、ビデオカメラなどに適する。ＣＭＯＳを利用したイメージセンサは、この数年来関連技術が応用の段階に至ってきた。消費電力が低く、低コストで、高い整合性を具えるなどの特徴を具え、例えば、低解析度のディジタルカメラ、コンピュータ用カメラ、テレビ電話、オンライン会議システム、ＰＤＡなど、低解析度イメージの製品に幅広く応用されている。
【０００３】
画素はイメージセンサにおいて光を電荷に転換する基本単位である。以下、図により、従来のＣＭＯＳイメージセンサの画素構造について説明する。
【０００４】
図１に開示する従来のＣＭＯＳイメージセンサの画素（１）は、リセット線（１０）と、３つのトランジスタ（１２）（１４）（１６）と、光ダイオード（１８）と、トランジスタ（１６）に電気的に接続する読み取り信号線（２０）を含んでなる。また、読み取り信号線（２０）は、一端が信号出力端（２２）（Ｂｕｓ）に接続し、トランジスタ（１２）は基準電位端（２３）に電気的に接続する。
【０００５】
上述の構造により、露光を行う前にリセット線（１０）によって、トランジスタ（２）を介して発光ダイオード（１８）に充電し、発光ダイオード（１８）を初期電位にリセットする。リセットを行う場合の基準電圧は基準電位端（２３）にから提供する。ついで、露光時に光ダイオード（１８）の感光によって電位の変化を発生させる。かかる電位の変化信号は増幅作用を備えるトランジスタ（１４）からトランジスタ（１６）に伝送して保存する。感光が完了すると、トランジスタ（１６）は、すでにイメージを感知した信号が保存されていて、読み取り信号線（２０）によってトランジスタ（１６）を選択して該イメージに係るデータを読み取り信号の信号出力端（２２）に出力して画像処理回路に伝送して後続の画像処理に供する。また、露光を行う毎にリセット、露光、読み取りの動作を重複して行う。
【０００６】
しかし、上述する従来のＣＭＯＳイメージセンサの制御回路は個々の画素単位内においてリセットと読み取りの２本の信号制御線を具えているため、回路の制御が複雑になるのみならず、レイアウトする上で画素のサイズが比較的大きくなり、チップサイズも大きくなる。また、相対的に光学レンズも大きくなり、低コスト化及びサイズの微小化のニーズを満たすことができず、ＣＣＤの微小な画素に対抗することができないという欠点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明が解決しようとする課題は、感光能力に影響を与えることなく、画素のサイズを効率良く縮小することができる小型イメージセンサ、及びその画像感知素子を提供することにある。
【０００８】
また、この発明が解決しようとする他の課題は、画像感知素子のレイアウトが空間を十分利用でき、配線を節減し、装置全体の微小化を達成するとともに、コストを節減できる小型イメージセンサ、及びその画像感知素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１における小型イメージセンサは、複数の画像感知素子を接続してなり、且つ該画像感知素子が信号出力端に電気的に接続するイメージセンサにおいて、
それぞれの画像感知素子は、初期電位を有し、光源から照射される光線を感知し、感知した光エネルギーを電気的信号に転換して出力し、電位差を発生させる感光素子と、
該感光素子に充電し、感光前の初期電位にリセットさせるリセット回路と、
該感光素子と、該信号出力端とに電気的に接続し、該電気的信号を保存するとともに、該電気的信号を読み取り、該信号出力端に出力する読み取り回路とを含んでなり、
該複数の画像感知素子の第１画像感知素子のリセット回路が、第２画像感知素子の読み取り回路に電気的に接続するとともに、第３画像感知素子以後の画像感知素子の接続関係が、該第１画像感知素子と、該第２画像感知素子との間の接続関係を重複して構成され、且つ一画像感知素子の読み取り回路が読み取りを行う場合、その前に位置する画像感知素子のリセット回路がリセットを行い、画像感知素子が２つ毎に順に沿って読み取りとリセットを同時に実行するように構成することを特徴とする。
【００１０】
請求項２における小型イメージセンサは、請求項１の感光素子が、光電ダイオードであることを特徴とする。
【００１１】
請求項３における小型イメージセンサは、請求項１のリセット回路が、トランジスタとリセット信号線とによって構成されることを特徴とする。
【００１２】
請求項４における小型イメージセンサは、請求項１の読み取り回路が、該電気的信号を保存する第１トランジスタであることを特徴とする。
【００１３】
請求項５における小型イメージセンサは、請求項４の小型イメージセンサは、該第１トランジスタと該感光素子との間に電気的に接続し、該感光素子の出力する電気的信号を増幅し、該第１トランジスタに伝送する第２トランジスタを更に含むことを特徴とする。
【００１４】
請求項６における小型イメージセンサは、請求項１のリセット回路は、更に基準電位端に接続し、該基準電圧端によって該リセット回路が該感光素子をリセットする場合の基準電位の依拠を提供するように構成することうを特徴とする。
【００１５】
請求項７における画像感知素子は、光源から照射される光線を感知し、感知した光エネルギーを電気的信号に転換して出力し、電位差を発生させる感光素子と、
該感光素子に充電し、感光前の初期電位にリセットさせるリセット回路と、
該電気的信号を保存するとともに、該電気的信号を読み取り、接続する信号出力端に出力する読み取り回路とを含んでなることを特徴とする。
【００１６】
請求項８における画像感知素子は、請求項７の感光素子が、光電ダイオードであることを特徴とする。
【００１７】
請求項９における画像感知素子は、請求項７のリセット回路が、トランジスタとリセット信号線とによって構成されることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０における画像感知素子は、請求項７の読み取り回路が、該電気的信号を保存する第１トランジスタであることを特徴とする。
【００１９】
請求項１１における画像感知素子は、請求項１０の画像感知素子が、該第１トランジスタと該感光素子との間に電気的に接続し、該感光素子の出力する電気的信号を増幅し、該第１トランジスタに伝送する第２トランジスタを更に含むことを特徴とする。
【００２０】
請求項１２における画像感知素子は、請求項７のリセット回路が、更に基準電位端に接続し、該基準電圧端によって該リセット回路が該感光素子をリセットする場合の基準電位の依拠を提供するように構成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の小型イメージセンサ、及びその画像感知素子は、従来の技術において、画素の信号制御線が占める空間を節減し、空間を十分に利用して回路をレイアウトできるという利点がある。
【００２２】
また、本発明の小型イメージセンサ、及びその画像感知素子は、感光能力に影響を与えることなく、画素のサイズを効率良く縮小し、イメージセンサ全体のサイズを微小化するとともに、低コストを達成できるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
この発明においては、初期電位を有し、光源から照射される光線を感知し、感知した光エネルギーを電気的信号に転換して出力し、電位差を発生させる感光素子と、該感光素子に充電し、感光前の初期電位にリセットさせるリセット回路と、該感光素子と、該信号出力端とに電気的に接続し、該電気的信号を保存するとともに、該電気的信号を読み取り、該信号出力端に出力する読み取り回路とによって画像感知素子を構成し、係る画像感知素子を電気的に複数接続するとともに、該複数の画像感知素子の第１画像感知素子のリセット回路が、第２画像感知素子の読み取り回路に電気的に接続し、第３画像感知素子以後の画像感知素子の接続関係が、該第１画像感知素子と、該第２画像感知素子との間の接続関係を重複して構成され、且つ一画像感知素子の読み取り回路が読み取りを行う場合、その前に位置する画像感知素子のリセット回路がリセットを行い、画像感知素子が２つ毎に順に沿って読み取りとリセットを同時に実行するように構成することによって、レイアウトの空間を十分に利用してイメージセンサのサイズの小型化を達成するという目的を実現した。
【実施例１】
【００２４】
図２は、本発明装置の１実施例の図であって、この発明による画像感知素子の回路接続構造を表わし、図面における（３０）は、第1画像感知素子であって、1つの画像感知素子は、1つの画素に当たる。
【００２５】
第１画像感知素子（３０）は感光素子（３２）を含む。該感光素子（３２）は通常光電ダイオードを用い、初期電位を有して光源から照射される光線の感知に供する。即ち、感知した光エネルギーを電荷信号に転化して出力し、電位差を発生させる。感光素子（３２）は、トランジスタ（３８）とリセット信号線（４０）とによってなるリセット回路（３６）に電気的に接続し、かつリセット回路（３６）は基準電位端（３４）に電気的に接続して、露光の前にリセット回路（３６）のトランジスタ（３８）によって感光素子（３２）に充電し、感光させる前の該初期電位にリセットする。また、リセット回路（３６）の感光素子（３２）の電位をリセットして初期電位に回復させる電位の基準の依拠は、基準電位端（３４）から提供する。
【００２６】
感光素子（３２）は、トランジスタ（３９）に電気的に接続する。トランジスタ（３９）は、感光素子（３２）の出力する電荷信号を増幅し、且つ電圧信号に転換して読み取り回路（４２）に伝送する。
【００２７】
読み取り回路（４２）は、信号出力端（４４）（Ｂｕｓ）に電気的に接続する。読み取り回路（４２）は、トランジスタであって、トランジスタ（４０）から入力する電圧信号を保存するとともに、該電圧信号を読み取り、信号出力端（４４）に出力する。すなわち、画像信号を信号出力端（４４）から後続の画像処理回路に出力するために供する。
【００２８】
第2画像感知素子（３０’）内の構造は、第１画像感知素子（３０）と同様である。両画像感知素子（３０）（３０’）との間の接続関係は、第１画像感知素子（３０）のリセット回路（３６）が第2画像感知素子（３０’）の読み取り回路（４２’）に電気的に接続する。すなわち、第１画像感知素子（３０）のリセット信号線（４０）が、トランジスタである第2画像感知素子（３０’）の読み出し回路（４２’）に電気的に接続する。よって第1画像感知素子（３０）のリセット信号と、第2画像感知素子（３０’）の読み取り信号は同一の信号線を共用する。また、第3画像感知素子（図示しない）以後の画像感知素子についても、該第１画像感知素子（３０）と第2画像感知素子（３０’）の接続関係を重複させる。
【００２９】
この発明によるイメージセンサを作動させる場合は、上述する回路の設計によって第2画像感知素子（３０’）の読み出し回路（４２’）がリセット信号線（４０）を介して読み取り電圧信号を信号出力端（４４２）に出力するとともに、第1画像感知素子（３０）のリセット回路（３６）も亦リセット信号線（４０）を介して感光素子（３２）の作動をリセットし、2つの画像感知素子は、同一の信号線を介して読み取りとリセットの動作を同時に進行させる。よって、この発明においては、画像感知素子２つ毎にリセット信号と、読み出し信号を１本の信号線で共用するように設計し、同一の信号線で画像感知信号内の画像データを読み取ると同時に、画像感知素子をリセットすることができる。
【００３０】
また、それぞれの画像感知素子がいずれも信号線を１本少なくすることができるため、イメージセンサ内の画素をレイアウトする場合、信号線のレイアウトによって占める空間を減少させることができる。よって、単一の画素のサイズを縮小することができるのみならず、図３に開示するように、回路のレイアウトに変化を与えることができる。すなわち、図３において、太い実線Ａで囲む範囲の画素（４６）を１単位としてレイアウトすることができる。従来のイメージセンサの回路のレイアウトは、画素自身の信号制御線の数の多さによって、制限を受け、図面における点線Ｂの範囲内にしかレイアウトできなかった。よって、この発明は、従来の技術における空間を十分に利用できないという欠点を改善することができる。
【００３１】
以上は、この発明の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。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来のイメージセンサにおける画素の回路構造を示した説明図である。（従来の技術）
【図２】この発明によるイメージセンサにおいて電気的に接続する２つの画像感知素子の構造を示した説明図である。（実施例）
【図３】この発明による画像感知素子のレイアウトを示した説明図である。（実施例）
【符号の説明】
【００３３】
３０        第１画像感知素子
３２        感光素子
３４        基準電位端
３６        リセット回路
３８、３９  トランジスタ
４０        リセット信号線
４２        読み取り回路
４４        信号出力端
３０’      第２画像感知素子
４２’      読み取り回路
【図１】
2004260783.tif 000003
【図２】
2004260783.tif 000004
【図３】
2004260783.tif 000005