(57)【要約】【課題】比較器の数を減らし、少ない回路面積の固体撮像装置を構成する。【解決手段】受光部（２）と、受光部（２）に蓄積された電荷を転送する電荷転送部（４）と、蓄積制御信号に応答して受光部（２）に蓄積された電荷を電荷転送部（４）に転送する蓄積制御電極（３）と、受光部（２）の分割領域ごとに配置される複数のモニタセンサ（５−１〜５−３）を有するモニタセンサ群（５）と、モニタセンサ群（５）から出力される複数のセンサ出力に基づいて、複数の分割領域の少なくとも１つが所定の量の電荷を蓄積したことを示す電荷検出信号を出力する電荷検出回路（１１）と、電荷検出信号に応答して蓄積制御信号を出力する信号制御回路（１２）を具備する固体撮像装置を構成する。電荷検出回路（１１）は、複数のモニタセンサ（５−１、５−２、５−３）の各々に一対一に対応し、出力端が短絡された複数の分割領域電荷検出回路（１１）を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のフォトダイオードを有する受光部と、
前記受光部に蓄積された電荷を転送する電荷転送部と、
前記受光部と前記電荷転送部との間に構成され、蓄積制御信号に応答して前記受光部に蓄積された前記電荷を前記電荷転送部に転送する蓄積制御電極と、
前記受光部の全体領域を分割した複数の分割領域ごとに配置される複数のモニタセンサを有し、前記複数の分割領域の各々の電荷量に対応する複数のセンサ出力を出力するモニタセンサ群と、
前記モニタセンサ群から出力される前記複数のセンサ出力に基づいて、前記複数の分割領域の少なくとも１つが所定の量の電荷を蓄積したことを示す電荷検出信号を出力する電荷検出回路と、
前記電荷検出信号に応答して前記蓄積制御信号を出力する信号制御回路と
を具備し、
前記電荷検出回路は、
前記複数のモニタセンサの各々に一対一に対応して構成され、出力端が短絡された複数の分割領域電荷検出回路を備える
固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像装置において、
前記電荷検出回路は、
前記複数の分割領域電荷検出回路の出力に基づいて、前記複数のセンサ出力のうち、時間経過に対応する変化量が最大のセンサ出力、または、時間経過に対応する変化量が最小のセンサ出力を前記電荷検出信号とする
固体撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の固体撮像装置において、
前記前記複数のセンサ出力の各々は、
前記分割領域の各々に蓄積される電荷の量を示し、
前記複数の分割領域電荷検出回路の各々は、
前記複数のセンサ出力のうちの１つのセンサ出力を受け、前記１つのセンサ出力に応じて、対応する分割領域の電荷を示す検出信号電圧を出力し、
前記電荷検出回路は、
前記複数の分割領域電荷検出回路の各々から出力される検出信号電圧のうち、最小電圧または最大電圧を前記電荷検出信号として出力する
固体撮像装置。
【請求項４】
請求項３に記載の固体撮像装置において、
前記複数の分割領域電荷検出回路の各々は、
ソースフォロアを含み、
前記ソースフォロアは、
対応するモニタセンサから出力されるセンサ出力を受けるゲートと、
接地線に接続されるドレインと、
前記出力端として作用するソースと
を備える
固体撮像装置。
【請求項５】
請求項４に記載の固体撮像装置において、
前記信号制御回路は、
単一の比較器を備え、
前記比較器は、
前記電荷検出信号が閾値レベルを跨いだとき、前記蓄積制御信号を出力する
固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置にモニタセンサを配置し、そのモニタセンサ出力を使用して画素出力をコントロールする技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このような技術は、オートフォーカス用イメージセンサなどに広く使用されている。ある画素列全体に隣接してモニタセンサを配置すると、その信号はその画素列の平均信号量を反映したものとなる。その出力値が基準電圧値に達したところで画素列の電荷蓄積を終了することで光の強弱によらずほぼ一定の画素列信号を得ることが出来る。このとき、画素列内での信号の不均一性が大きい場合にはこのような制御を行っても部分的に信号が飽和してしまい正確な測距ができないことがある。
【０００３】
特許文献１に記載の技術では、モニタセンサを複数個に分割し、そのモニタセンサ毎に比較器による基準電圧判定を行っている。比較器の出力のＮＡＮＤをとることで、信号レベルの最小値を検出し画素列の電荷蓄積制御を行っている。比較器出力のＮＡＮＤは最初に出力が切り替わる比較器に連動して出力が変わる。これに連動して画素列の読み出し信号が出力され電荷蓄積が終了する。
【０００４】
特許文献１に記載の技術では、このような構成・動作により、最も信号出力量の大きい（出力レベルの小さい）モニタセンサに連動して画素列の電荷蓄積制御が行われる。そのため、単一のモニタセンサを使用した場合に比べて画素列信号の部分的な飽和が起こりにくくなる。
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−１９６６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の技術では、モニタセンサ毎に比較器を配置し、出力のＮＡＮＤをとることで最小値検出を行っている。そのため、比較器がモニタセンサ数だけ必要となる。
【０００７】
比較器は比較的複雑な回路である。そのため、比較器が増えることは回路面積の増加につながる。また、コントロールの精度を上げるためにモニタセンサ数を多くして行くと制御回路も複雑となりチップサイズが増加するという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００９】
上記の課題を解決するために、複数のフォトダイオードを有する受光部（２）と、前記受光部（２）に蓄積された電荷を転送する電荷転送部（４）と、前記受光部（２）と前記電荷転送部（４）との間に構成され、蓄積制御信号に応答して前記受光部（２）に蓄積された前記電荷を前記電荷転送部（４）に転送する蓄積制御電極（３）と、前記受光部（２）の全体領域を分割した複数の分割領域ごとに配置される複数のモニタセンサ（５−１、５−２、５−３）を有し、前記複数の分割領域の各々の電荷量に対応する複数のセンサ出力を供給するモニタセンサ群（５）と、前記モニタセンサ群（５）から出力される前記複数のセンサ出力に基づいて、前記複数の分割領域の少なくとも１つが所定の量の電荷を蓄積したことを示す電荷検出信号を出力する電荷検出回路（１１）と、前記電荷検出信号に応答して前記蓄積制御信号を出力する信号制御回路（１２）とを具備する固体撮像装置を構成する。ここにおいて、前記電荷検出回路（１１）は、前記複数のモニタセンサ（５−１、５−２、５−３）の各々に一対一に対応して構成され、出力端が短絡された複数の分割領域電荷検出回路（１１）を備える。
【００１０】
本願発明の固体撮像装置は、ある画素列に隣接して複数個に分割されたモニタセンサの出力信号の最小値もしくは最大値を用いて、対応する画素列の信号電荷蓄積時間の制御を行っている。その際、信号制御回路に入力するソースフォロワ出力同士の短絡により、最小値検出を行っている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、回路が複雑な比較器の数を減らすことができ、併せてＮＡＮＤ回路も省略できるので、回路面積の削減した固体撮像装置を構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、図面を参照して、本発明を実施するための形態について説明を行う。図１は、本実施形態の固体撮像装置１の構成を例示するブロック図である。固体撮像装置１は、受光部（画素列）２と、蓄積制御電極３と、ＣＣＤ（電荷結合素子）４と、モニタセンサユニット５と、蓄積制御信号生成回路６と、転送電荷検出回路７と、増幅回路８とを含んでいる。
【００１３】
受光部（画素列）２は、複数のフォトダイオード（画素）を備えている。蓄積制御電極３は、蓄積制御信号に応答して、受光部（画素列）２の電荷をＣＣＤ（電荷結合素子）４に転送する。ＣＣＤ（電荷結合素子）４は、蓄積制御電極３から供給された電荷を、転送電荷検出回路７に転送する。転送電荷検出回路７は、ＣＣＤ（電荷結合素子）４から供給される電荷を電圧に変換して、増幅回路８に出力する。増幅回路８は、転送電荷検出回路７から供給される増幅した増幅信号を出力する。
【００１４】
モニタセンサユニット５は、複数画素で構成される画素列に隣接して配置されている。モニタセンサユニット５は、独立して動作する複数のモニタセンサ（第１モニタセンサ５−１、第２モニタセンサ５−２および第３モニタセンサ５−３）を備えている。図１には、本実施形態における固体撮像装置１の理解を容易にするために、モニタセンサユニット５が３つのモニタセンサで構成される装置を例示する。なお、この図１の構成は、本願発明におけるモニタセンサユニット５の構成を限定するものではない。
【００１５】
蓄積制御信号生成回路６は、複数のモニタセンサ（第１モニタセンサ５−１、第２モニタセンサ５−２および第３モニタセンサ５−３）の各々から出力されるセンサ出力を受け、そのセンサ出力に基づいて蓄積制御信号を生成する。
【００１６】
蓄積制御信号生成回路６は、電荷検出回路１１と、信号制御回路１２とを含んでいる。電荷検出回路１１は、複数の電荷検出部（第１分割領域電荷検出回路１３、第２分割領域電荷検出回路１４および第３分割領域電荷検出回路１５）を備えている。第１分割領域電荷検出回路１３は、第１モニタセンサ５−１に接続されている。第２分割領域電荷検出回路１４は、第２モニタセンサ５−２に接続されている。第３分割領域電荷検出回路１５は、第３モニタセンサ５−３に接続されている。複数の電荷検出部は、それぞれ独立にセンサ出力を受け取っている。電荷検出回路１１は、受け取ったセンサ出力に基づいて電荷検出信号を生成し、その電荷検出信号を信号制御回路１２に出力している。
【００１７】
信号制御回路１２は、電荷検出回路１１から供給される電荷検出信号に基づいて、蓄積制御信号を生成し、その蓄積制御信号を蓄積制御電極３に出力している。
【００１８】
図２は、信号制御回路１２の構成を例示するブロック図である。信号制御回路１２は、比較器２１と、基準電圧生成器２２と、蓄積制御信号生成部２３とを備えている。図２に示されているように、電荷検出回路１１から出力される電荷検出信号は、比較器２１に供給される。比較器２１は、その電荷検出信号と、基準電圧生成器２２から供給される基準電圧との比較を行い、その比較結果を蓄積制御信号生成部２３に出力する。蓄積制御信号生成部２３は、比較器２１から供給される比較結果に基づいて、蓄積制御信号を生成し、その蓄積制御信号を用いて蓄積制御電極３のＯＮ／ＯＦＦを行う。
【００１９】
図３は、電荷検出回路１１の詳細な構成を例示する回路図である。上述のように、電荷検出回路１１は、第１分割領域電荷検出回路１３と、第２分割領域電荷検出回路１４と、第３分割領域電荷検出回路１５とを含んでいる。第１分割領域電荷検出回路１３は、第１ＰチャネルＭＯＳトランジスタ３１と第１抵抗成分３２とを含むソースフォロアと、第１フローティングディフュージョン３７とを備えている。第１ＰチャネルＭＯＳトランジスタ３１のゲートは、第１モニタセンサ５−１に接続され、第１モニタセンサ５−１から供給される第１センサ出力を受ける。
【００２０】
また、第２分割領域電荷検出回路１４は、第２ＰチャネルＭＯＳトランジスタ３３と第２抵抗成分３４とを含むソースフォロアと、第２フローティングディフュージョン３８とを備えている。第２ＰチャネルＭＯＳトランジスタ３３のゲートは、第２モニタセンサ５−２に接続され、第２モニタセンサ５−２から供給される第２センサ出力を受ける。
【００２１】
同様に、第３分割領域電荷検出回路１５は、第３ＰチャネルＭＯＳトランジスタ３５と第３抵抗成分３６とを含むソースフォロアと、第３フローティングディフュージョン３９とを備えている。第３ＰチャネルＭＯＳトランジスタ３５のゲートは、第３モニタセンサ５−３に接続され、第３モニタセンサ５−３から供給される第３センサ出力を受ける。図３に示されているように、本実施形態の電荷検出回路１１のソースフォロワは、ＰチャネルＭＯＳトランジスタで構成され、各ソースフォロアの出力端は、短絡されている。
【００２２】
図４は、本実施形態の動作を例示するタイミングチャートである。図４の（ａ）は、電荷検出回路１１から出力される電荷検出信号の時間変化を例示している。図４の（ｂ）は、比較器２１の出力を例示している。図４の（ｃ）は、蓄積制御信号生成部２３の出力を例示している。図４の（ｄ）は、受光部（画素列）２の動作の時間変化を例示している。
【００２３】
時刻ｔ１において電荷の蓄積が開始する。時間経過に応じた電荷の蓄積と共に、モニタセンサの出力は、発生した電子によりレベルが下がって行く。上述のように、第１分割領域電荷検出回路１３、第２分割領域電荷検出回路１４および第３分割領域電荷検出回路１５のＰｃｈソースフォロワの出力端は短絡されている。
【００２４】
３つのモニタセンサの出力がそれぞれ異なるレベルの場合、図４の（ａ）に示されているように、電荷検出回路１１からは、３つの出力の最小値に追従した信号が出力される。これを比較器に入力することで、図４の（ｂ）に示されているように、比較器出力は、３つのモニタセンサ出力のうち、最も小さいモニタセンサ出力が基準電圧よりも小さくなった時点（時刻ｔ２）で変化する。
【００２５】
図４の（ｃ）に示されているように、蓄積制御信号生成部２３は、時刻ｔ２における比較器出力に連動して蓄積制御信号を蓄積制御電極３に出力する。蓄積制御電極３は、その蓄積制御信号に応答して動作し、画素信号が出力される。
【００２６】
ＰチャネルＭＯＳトランジスタで構成されたソースフォロ（Ｐｃｈソースフォロア）を複数備え、それらの出力端同士を短絡すると、それらのソースフォロアの小さい方の出力に追従する。本実施形態の電荷検出回路１１は、Ｐｃｈソースフォロワの特性を利用して、アナログ的に最小値検出を行っている。これにより、本実施形態の固体撮像装置１は、比較器の数を増加させること無く、複数のモニタセンサの出力に基づいた蓄積制御信号の生成を行うことが可能である。
【００２７】
上述の実施形態では、画素信号の部分的な飽和を避けるためにモニタセンサ出力の最小値を利用して蓄積時間制御を行っていた。暗時でのデータが必要な場合などには、逆にモニタセンサ出力の最大値を利用して蓄積制御を行う場合もある。
【００２８】
この場合には、ソースフォロワをＮチャネルＭＯＳトランジスタで構成し、その出力端を短絡した電荷検出回路１１を構成する。そして、電荷検出回路１１の出力を比較器に供給する。これによって、モニタセンサ出力の最大値を利用して蓄積制御を行うことが可能となる。
【００２９】
モニタセンサ出力が最大値に追従するため、このときの動作では、図４の（ａ）における時刻ｔ３で、比較器２１の出力がＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化する。
【００３０】
また、例えば、モニタセンサ出力の最小値をとる場合でも、出力をＥ／Ｄインバータで反転させた後段にＮチャネルソースフォロワを配置し、その出力を短絡することで同様の効果が得られる。このように、信号の反転している位置でもソースフォロワのＮ、Ｐを変えることで、類似の機能を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本実施形態の固体撮像装置１の構成を例示するブロック図である。
【図２】図２は、信号制御回路１２の構成を例示するブロック図である。
【図３】図３は、電荷検出回路１１の詳細な構成を例示する回路図である。
【図４】図４は、本実施形態の動作を例示するタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３２】
１…固体撮像装置
２…受光部（画素列）
３…蓄積制御電極
４…ＣＣＤ（電荷結合素子）
５…モニタセンサユニット
５−１…第１モニタセンサ
５−２…第２モニタセンサ
５−３…第３モニタセンサ
６…蓄積制御信号生成回路
７…転送電荷検出回路
８…増幅回路
１１…電荷検出回路
１２…信号制御回路
１３…第１分割領域電荷検出回路
１４…第２分割領域電荷検出回路
１５…第３分割領域電荷検出回路
２１…比較器
２２…基準電圧生成器
２３…蓄積制御信号生成部
３１…第１ＰチャネルＭＯＳトランジスタ
３２…第１抵抗成分
３３…第２ＰチャネルＭＯＳトランジスタ
３４…第２抵抗成分
３５…第３ＰチャネルＭＯＳトランジスタ
３６…第３抵抗成分
３７…第１フローティングディフュージョン
３８…第２フローティングディフュージョン
３９…第３フローティングディフュージョン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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