ホーム > 特許ランキング > 浜松ホトニクス株式会社
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-05-13
(45)【発行日】2022-05-23
(54)【発明の名称】リニアイメージセンサ
(51)【国際特許分類】
H04N 1/028 20060101AFI20220516BHJP
H01L 27/146 20060101ALI20220516BHJP
【ＦＩ】
H04N1/028 Z
H01L27/146 A
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2016166673
(22)【出願日】2016-08-29
(65)【公開番号】P2018037720
(43)【公開日】2018-03-08
【審査請求日】2019-04-26
【審判番号】
【審判請求日】2021-03-25
(73)【特許権者】
【識別番号】000236436
【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100140442
【弁理士】
【氏名又は名称】柴山 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100110582
【弁理士】
【氏名又は名称】柴田 昌聰
(74)【代理人】
【識別番号】100165526
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 寛
(72)【発明者】
【氏名】高 哲也
【合議体】
【審判長】五十嵐 努
【審判官】渡辺 努
【審判官】木方 庸輔
(56)【参考文献】
【文献】特開２０００－４１１８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－２３４４７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平８－２８９０８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００８－５４１５６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００５－５０９３７８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
H04N1/024-1/036
G01J1/00-1/60
H01L27/14-27/148
H01L31/00-31/02
H01L31/08-31/10
H04N5/30-5/378
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
各々入射光量に応じた電圧値を出力する複数の単位ユニットが一次元状に配列されたリニアイメージセンサであって、前記複数の単位ユニットそれぞれは、
光入射に応じて電荷を発生させるフォトダイオードと、
前記フォトダイオードの一端にゲートが接続されるとともに第１基準電位入力端にドレインが接続されるＭＯＳトランジスタと、前記ＭＯＳトランジスタのソースと接続ノードとの間に設けられた動作制御スイッチと、前記接続ノードと第２基準電位入力端との間に設けられた電流源とを含み、前記動作制御スイッチがオン状態である期間に、前記ＭＯＳトランジスタの前記ゲートの電圧値に応じた電圧値を前記接続ノードから出力するソースフォロワアンプと、
入力端子および出力端子を有するアンプと、前記アンプの前記入力端子と前記出力端子との間に設けられ前記ソースフォロワアンプから出力される電圧値に応じた量の電荷を蓄積する容量部と、前記アンプの前記入力端子と前記出力端子との間に前記容量部に対して並列的に設けられ前記容量部における電荷蓄積をリセットするためのリセットスイッチとを含み、前記容量部における電荷蓄積量に応じた電圧値を出力するチャージアンプと、
を備える、
リニアイメージセンサ。
【請求項2】
前記チャージアンプは、前記動作制御スイッチがオフ状態である期間に前記リセットスイッチをオン状態として前記容量部における電荷蓄積をリセットする、請求項１に記載のリニアイメージセンサ。
【請求項3】
前記チャージアンプは、前記容量部の容量値が可変であり、前記容量部における電荷蓄積量および前記容量値に応じた電圧値を出力する、請求項１または２に記載のリニアイメージセンサ。
【請求項4】
前記チャージアンプは、前記リセットスイッチがオン状態である期間に前記容量部の容量値を変更する、請求項３に記載のリニアイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、リニアイメージセンサに関するものである。
【背景技術】
【0002】
フォトダイオードおよびアンプを各々備える複数の単位ユニットが一次元状に配列された構成を有するリニアイメージセンサが知られている（特許文献１，２を参照）。このリニアイメージセンサの各単位ユニットにおいて、フォトダイオードは光入射に応じて電荷を発生させ、アンプはフォトダイオードにおいて発生した電荷の量に応じた電圧値を出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００１－１４１５６２号公報
【文献】特表２００２－５３４００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記のような構成を有するリニアイメージセンサは、消費電力の抑制が困難であるという問題を有する。本発明は、消費電力を抑制することができるリニアイメージセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明のリニアイメージセンサは、各々入射光量に応じた電圧値を出力する複数の単位ユニットが一次元状に配列されたリニアイメージセンサである。複数の単位ユニットそれぞれは、(1) 光入射に応じて電荷を発生させるフォトダイオードと、(2) フォトダイオードの一端にゲートが接続されるとともに第１基準電位入力端にドレインが接続されるＭＯＳトランジスタと、ＭＯＳトランジスタのソースと接続ノードとの間に設けられた動作制御スイッチと、接続ノードと第２基準電位入力端との間に設けられた電流源とを含み、動作制御スイッチがオン状態である期間に、ＭＯＳトランジスタのゲートの電圧値に応じた電圧値を接続ノードから出力するソースフォロワアンプと、を備える。
【0006】
本発明において、複数の単位ユニットそれぞれは、(3) 入力端子および出力端子を有するアンプと、アンプの入力端子と出力端子との間に設けられソースフォロワアンプから出力される電圧値に応じた量の電荷を蓄積する容量部と、アンプの入力端子と出力端子との間に容量部に対して並列的に設けられ容量部における電荷蓄積をリセットするためのリセットスイッチとを含み、容量部における電荷蓄積量に応じた電圧値を出力するチャージアンプを更に備えるのが好適である。
【0007】
本発明において、チャージアンプは、動作制御スイッチがオフ状態である期間にリセットスイッチをオン状態として容量部における電荷蓄積をリセットするのが好適である。チャージアンプは、容量部の容量値が可変であり、容量部における電荷蓄積量および容量値に応じた電圧値を出力するのが好適である。また、チャージアンプは、リセットスイッチがオン状態である期間に容量部の容量値を変更するのが好適である。
【発明の効果】
【0008】
本発明のリニアイメージセンサは消費電力を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0011】
図１は、本実施形態のリニアイメージセンサ１の構成を示す図である。リニアイメージセンサ１は、Ｎ個の単位ユニット１０１～１０Ｎ、読出回路２０および制御部３０を備える。リニアイメージセンサ１は、制御部３０により制御されて、各単位ユニット１０ｎに含まれるフォトダイオードへの入射光量に応じた電圧値を読出回路２０からビデオライン４０へ順次に出力する。ここで、Ｎは２以上の整数であり、ｎは１以上Ｎ以下の各整数である。
【0012】
Ｎ個の単位ユニット１０１～１０Ｎは、共通の構成を有しており、一次元状に一定ピッチで配列されている。各単位ユニット１０ｎは、フォトダイオードを含み、該フォトダイオードへの入射光量に応じた電圧値を出力する。
【0013】
読出回路２０は、Ｎ個のホールド回路２１１～２１Ｎ、Ｎ個のスイッチ２２１～２２ＮおよびＮ個のスイッチ２３１～２３Ｎを含む。各ホールド回路２１ｎは、スイッチ２２ｎを介して単位ユニット１０ｎの出力端と接続されており、スイッチ２２ｎがオン状態からオフ状態に転じる直前に単位ユニット１０ｎから出力されていた電圧値を保持する。各ホールド回路２１ｎは、スイッチ２３ｎを介してビデオライン４０と接続されており、スイッチ２３ｎがオン状態であるときに、保持している電圧値をビデオライン４０へ出力する。
【0014】
スイッチ２２１～２２Ｎは、制御部３０から与えられる制御信号により制御されて、互いに同じタイミングでオン／オフが切り替えられる。スイッチ２３１～２３Ｎは、制御部３０から与えられる制御信号により制御されて、順次に一定期間だけオン状態となる。制御部３０は、読出回路２０のスイッチ２２１～２２Ｎおよびスイッチ２３１～２３Ｎそれぞれのオン／オフを制御する他、単位ユニット１０１～１０Ｎそれぞれの動作をも制御する。
【0015】
【0016】
図２は、各単位ユニット１０ｎの第１構成例を示す図である。各単位ユニット１０ｎは、フォトダイオード５０、ＭＯＳトランジスタ５１、ＭＯＳトランジスタ５２およびソースフォロワアンプ６０を備える。ソースフォロワアンプ６０は、ＭＯＳトランジスタ６１、動作制御スイッチ６２および電流源６３を含む。
【0017】
フォトダイオード５０は、光入射に応じて電荷を発生させる。フォトダイオード５０のアノードは、第２基準電位（例えば接地電位）が入力される第２基準電位入力端と接続される。ＭＯＳトランジスタ６１のゲートは、ＭＯＳトランジスタ５１を介してフォトダイオード５０のカソードと接続されるとともに、ＭＯＳトランジスタ５２を介して、第１基準電位（例えば電源電位）が入力される第１基準電位入力端と接続される。ＭＯＳトランジスタ６１のドレインは第１基準電位入力端と接続される。
【0018】
動作制御スイッチ６２は、ＭＯＳトランジスタ６１のソースと接続ノード６４との間に設けられている。動作制御スイッチ６２はＭＯＳトランジスタにより構成され得る。電流源６３は、接続ノード６４と第２基準電位入力端との間に設けられている。電流源６３は、ＭＯＳトランジスタを含んで構成され得る他、抵抗器により構成されてもよい。
【0019】
ＭＯＳトランジスタ５１，５２それぞれのオン／オフは、制御部３０から与えられる制御信号により制御される。ＭＯＳトランジスタ５２がオン状態であるとき、ＭＯＳトランジスタ６１のゲート電位が初期化される。ＭＯＳトランジスタ５１，５２がオン状態であるとき、フォトダイオード５０の接合容量における電荷の蓄積が初期化される。ＭＯＳトランジスタ５１がオン状態であってＭＯＳトランジスタ５２がオフ状態であるとき、ＭＯＳトランジスタ６１のゲート電位は、フォトダイオード５０への入射光量に応じたものとなる。
【0020】
また、動作制御スイッチ６２のオン／オフも、制御部３０から与えられる制御信号により制御される。動作制御スイッチ６２がオン状態である期間、第１基準電位入力端からＭＯＳトランジスタ６１、動作制御スイッチ６２および電流源６３を経て第２基準電位入力端へ電流が流れ、ＭＯＳトランジスタ６１のゲート電位に応じた電圧値が接続ノード６４から出力される。一方、動作制御スイッチ６２がオフ状態である期間では、ソースフォロワアンプ６０は、電流が流れず、パワーダウン状態となる。
【0021】
図３は、各単位ユニット１０ｎの第１構成例の動作を説明するタイミングチャートである。動作制御スイッチ６２は一定周期でオン／オフが切り替えられる。動作制御スイッチ６２がオン状態である期間、ＭＯＳトランジスタ６１のゲート電位に応じた電圧値が単位ユニット１０ｎから出力され、スイッチ２２ｎがオン状態からオフ状態に転じる直前に単位ユニット１０ｎから出力されていた電圧値がホールド回路２１ｎにより保持される。動作制御スイッチ６２がオフ状態である期間、Ｎ個のスイッチ２３１～２３Ｎが順次に一定期間だけオン状態となって、Ｎ個のホールド回路２１１～２１Ｎにより保持されていた電圧値が順次にビデオライン４０へ出力される。
【0022】
動作制御スイッチ６２がオン状態である期間ではソースフォロワアンプ６０に電流が流れるのに対して、動作制御スイッチ６２がオフ状態である期間ではソースフォロワアンプ６０に電流が流れない。動作制御スイッチ６２がオン状態である期間の長さは、オン／オフ切り替え周期の例えば１５％程度とすることができる。本実施形態のリニアイメージセンサ１は、非使用時に動作制御スイッチ６２をオフ状態とすることができるので、消費電力を抑制することができる。
【0023】
なお、動作制御スイッチ６２がオフ状態からオン状態に転じた際におけるソースフォロワアンプ６０の再起動は速い。したがって、ソースフォロワアンプ６０の非使用時に、動作制御スイッチ６２をオフ状態として、ソースフォロワアンプ６０をパワーダウン状態とすることができる。
【0024】
図４は、各単位ユニット１０ｎの第２構成例を示す図である。この図４に示される各単位ユニット１０ｎは、図２に示された構成に加えて、容量素子７０およびチャージアンプ８０を更に備える。チャージアンプ８０は、アンプ８１、容量部８２およびリセットスイッチ８３を含む。
【0025】
アンプ８１は、反転入力端子、非反転入力端子および出力端子を有する。アンプ８１の非反転入力端子は、固定のバイアス電位が入力される。アンプ８１の反転入力端子は、容量素子７０を介して、ソースフォロワアンプ６０の接続ノード６４と接続されている。
【0026】
容量部８２は、アンプ８１の反転入力端子と出力端子との間に設けられている。容量部８２は、ソースフォロワアンプ６０から出力される電圧値に応じた量の電荷を蓄積する。容量部８２の容量値は、固定であってもよいが、可変であるのが好適である。容量部８２は、容量素子８４、容量素子８５およびスイッチ８６を含んで構成されることで、容量値を可変とすることができる。容量素子８５およびスイッチ８６は直列的に接続され、これらと容量素子８４とは並列的に設けられている。スイッチ８６がオン／オフの何れの状態であるかによって、容量部８２の容量値が異なり、チャージアンプ８０のゲインが異なる。スイッチ８６のオン／オフは、制御部３０から与えられる制御信号により制御される。
【0027】
リセットスイッチ８３は、アンプ８１の反転入力端子と出力端子との間に容量部８２に対して並列的に設けられている。リセットスイッチ８３がオン状態であるとき、容量部８２における電荷蓄積がリセットされる。リセットスイッチ８３がオフ状態であるとき、容量部８２における電荷蓄積量および容量部８２の容量値に応じた電圧値がアンプ８１の出力端子から出力される。リセットスイッチ８３のオン／オフは、制御部３０から与えられる制御信号により制御される。
【0028】
図５は、各単位ユニット１０ｎの第２構成例の動作を説明するタイミングチャートである。動作制御スイッチ６２、スイッチ２２１～２２Ｎおよびスイッチ２３１～２３Ｎそれぞれのオン／オフの切り替えタイミングは、図３に示されたものと同じである。したがって、第１構成例の場合と同様に、第２構成例の場合においても消費電力を抑制することができる。
【0029】
第２構成例の場合においては、動作制御スイッチ６２がオフ状態である期間に、リセットスイッチ８３がオン状態となって、容量部８２における電荷蓄積がリセットされる。また、リセットスイッチ８３がオン状態である期間に、スイッチ８６のオン／オフが切り替えられて、容量部８２の容量値が変更される。動作制御スイッチ６２がオフ状態である期間に、チャージアンプ８０においてリセットスイッチ８３およびスイッチ８６それぞれのオン／オフの切り替えが行われる。したがって、これらのスイッチのオン／オフの切り替えの際にノイズが発生したとしても、そのノイズの影響がフォトダイオード５０やソースフォロワアンプ６０に及ぶことが抑制され、安定した動作が可能となる。
【0030】
なお、上記の実施形態の動作例ではＮ個の単位ユニット１０１～１０Ｎが同一タイミングで動作したが、Ｎ個の単位ユニット１０１～１０Ｎは順次に動作して順次に電圧値を出力してもよい。
【符号の説明】
【0031】
１…リニアイメージセンサ、１０１～１０Ｎ…単位ユニット、２０…読出回路、２１１～２１Ｎ…ホールド回路、２２１～２２Ｎ…スイッチ、２３１～２３Ｎ…スイッチ、３０…制御部、４０…ビデオライン、５０…フォトダイオード、５１，５２…ＭＯＳトランジスタ、６０…ソースフォロワアンプ、６１…ＭＯＳトランジスタ、６２…動作制御スイッチ、６３…電流源、６４…接続ノード、７０…容量素子、８０…チャージアンプ、８１…アンプ、８２…容量部、８３…リセットスイッチ、８４，８５…容量素子、８６…スイッチ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】