[發明專利]光學傳感器電路和圖像傳感器

無效

• 申請號: 200680001403.1
• 申請日: 2006-06-09
• 公開（公告）號: CN101080922A
• 公開（公告）日: 2007-11-28
• 發明（設計）人: 神山智幸;筱塚典之;國頭正樹;古川誠
• 申請（專利權）人: 本田技研工業株式會社
• 主分類號: H04N5/335
• 分類號: H04N5/335;H01L27/146
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所
• 代理人: 朱海波

技術領域

本發明涉及一種光學傳感器電路和一種圖像傳感器，并且更具體地涉及一種適合于實現根據入射光的照度而具有線性和對數輸出特性并且其中動態范圍較寬的MOS圖像傳感器的光學傳感器電路，以及一種通過使用該光學傳感器電路作為一個像素而產生的圖像傳感器。

背景技術

形成MOS圖像傳感器的像素的各種光學傳感器電路分類成三種電路。第一種光學傳感器電路是就入射光的照度(強度)變化而言具有線性輸出特性的光學傳感器電路，第二種光學傳感器電路是就入射光的照度變化而言具有對數輸出特性的光學傳感器電路，以及第三種光學傳感器電路是就具有低照度的入射光而言具有線性輸出特性而就具有高照度的入射光而言具有對數輸出特性的光學傳感器電路。下文將簡略地描述這些光學傳感器電路，并且將就S/N比、動態范圍、殘留圖像、在低照度的靈敏度等來評價它們的特性。

圖21示出了具有線性輸出特性的光學傳感器電路的例子。光學傳感器電路101包括用作光學傳感器器件的光電二極管PD，其檢測入射光(光信號)L1并且將它轉換成電信號。光電二極管PD具有作為寄生電容(包括接線的雜散電容)的電容器C1。光學傳感器電路101還包括對電容器C1進行充電和放電的MOS晶體管Q1、用于放大電容器C1的端子電壓的MOS晶體管Q2和選擇性地輸出放大的端子電壓(Vout)作為像素信號的MOS晶體管Q3。在下文中，MOS晶體管Q1稱為“第一MOS晶體管Q1”，MOS晶體管Q2稱為“第二MOS晶體管Q2”，而MOS晶體管Q3稱為“第三MOS晶體管Q3”。電阻器R連接到第三MOS晶體管Q3的漏極端子。

所需電壓V1、V2由電壓控制器102施加到第一MOS晶體管Q1的柵極端子G1和漏極端子D1。類似地，所需電壓V3、V4由電壓控制器102等(像素選擇電路等)施加到第三MOS晶體管Q3的柵極端子G3和電阻器R的輸出端子T1。從電壓控制器102輸出的所需電壓V1至V4的生成定時是由定時信號生成部分103來指令的。

將描述光學傳感器電路101的操作。在第一MOS晶體管Q1的漏極電壓V2被維持于高電平的狀態下，第一MOS晶體管Q1的柵極電壓V1在初始化的定時被設置到高電平。這消除了電荷保留于到第一MOS晶體管Q1的漏極的光電二極管PD的電容器C1的情況。然后，柵極電壓V1被切換到低電平(0V)以截止第一MOS晶體管Q1。隨后使光電二極管PD的電容器C1累積電荷。電荷的累積所產生的電容器C1的端子電壓被施加到第二MOS晶體管Q2的柵極。然后，當在光電二極管PD中經過恒定的曝光時間之后，光信號作為電壓Vout從第三MOS晶體管Q3的漏極輸出。

在光學傳感器電路101中，流過光電二極管PD的光電流主要是在光電二極管PD的電容器C1中充電的電荷的放電電流。因此，作為光學傳感器電路101的傳感器輸出的輸出電壓Vout表現了與放電電流成比例的線性輸出特性。光學傳感器電路101可以基于曝光時間來控制傳感器輸出，并且因此成為存儲型圖像傳感器。然而，在光學傳感器電路101的電路配置中，輸出電壓Vout與入射光L1的強度成比例，而當強光入射時該電路飽和。因此，該電路因無法很大地加寬動態范圍而存在問題。

在專利文獻1的圖7等中示出了具有與光學傳感器電路101相似的電路配置的光學傳感器電路。

接著，圖22示出了具有對數輸出特性的光學傳感器電路的例子。在圖22中，與參照圖21所示部件基本上相同的部件以相同的標號來標示，并且省略對這些部件的重復具體描述。在光學傳感器電路201中，取代了光學傳感器電路101的第一MOS晶體管Q1而使用MOS晶體管Q21。在MOS晶體管Q21中，柵極電連接到漏極。MOS晶體管Q21對應于第一MOS晶體管Q1以代替它來使用，因此稱為“第一MOS晶體管Q21”。光電二極管PD、電容器C1、第二MOS晶體管Q2、第三MOS晶體管Q3、電阻器R和其它電路配置與參照圖21所示部件相同。在光學傳感器電路201中，第一MOS晶體管Q21將光電二極管PD的傳感器電流轉換成在弱反相狀態下具有對數特性的傳感器電壓。

在光學傳感器電路201中，第一MOS晶體管Q21的柵極連接到晶體管的漏極，漏極和柵極電壓被設置成同一恒定漏極電壓V2，而第三MOS晶體管Q3被導通以輸出光信號作為輸出電壓Vout。來自電壓控制器102的高電平柵極電壓被供應到第三MOS晶體管Q3的柵極端子G3。