JP2000022118A - 撮像装置 - Google Patents
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- JP2000022118A JP2000022118A JP10199526A JP19952698A JP2000022118A JP 2000022118 A JP2000022118 A JP 2000022118A JP 10199526 A JP10199526 A JP 10199526A JP 19952698 A JP19952698 A JP 19952698A JP 2000022118 A JP2000022118 A JP 2000022118A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 撮像装置全体の回路規模を縮小することがで
き、Ｓ／Ｎ比を向上させることを可能とする。 【解決手段】 二次元的に配列された複数の光電変換部
と、各光電変換部からの電気信号が読み出される垂直信
号線１３と、垂直制御部１１及び水平制御部１２を有
し、各光電変換部は異なる期間で光電変換された信号の
差分をとる手段を備えている。各光電変換部は、受光素
子２０と、受光素子で生じた電荷を転送する転送トラン
ジスタ２６と、第１のキャパシタ２８及び第２のキャパ
シタ２９と、第１及び第２のキャパシタの接続部に接続
されたクランプトランジスタ２４と、第１及び第２のキ
ャパシタの接続部の信号を増幅する増幅トランジスタ２
２とを有する。
き、Ｓ／Ｎ比を向上させることを可能とする。 【解決手段】 二次元的に配列された複数の光電変換部
と、各光電変換部からの電気信号が読み出される垂直信
号線１３と、垂直制御部１１及び水平制御部１２を有
し、各光電変換部は異なる期間で光電変換された信号の
差分をとる手段を備えている。各光電変換部は、受光素
子２０と、受光素子で生じた電荷を転送する転送トラン
ジスタ２６と、第１のキャパシタ２８及び第２のキャパ
シタ２９と、第１及び第２のキャパシタの接続部に接続
されたクランプトランジスタ２４と、第１及び第２のキ
ャパシタの接続部の信号を増幅する増幅トランジスタ２
２とを有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、撮像装置、特にＭ
ＯＳ型固体撮像装置に関する。
ＯＳ型固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のＭＯＳ型固体撮像装置の一例を図
７に示す。
７に示す。
【０００３】同図において、光電変換部となる単位セル
は、フォトダイオード８０の他、増幅トランジスタ８
２、アドレストランジスタ８３、リセットトランジスタ
８４、サンプルホールドトランジスタ８５及び８６、転
送トランジスタ８７、オーバーフロートランジスタ８
８、さらにはキャパシタ８９及び９０から構成されてお
り、これらによって構成される単位セルが行方向及び列
方向に２次元的に配列されている。各単位セルは、垂直
選択回路９１からの制御信号によってその動作が制御さ
れる。
は、フォトダイオード８０の他、増幅トランジスタ８
２、アドレストランジスタ８３、リセットトランジスタ
８４、サンプルホールドトランジスタ８５及び８６、転
送トランジスタ８７、オーバーフロートランジスタ８
８、さらにはキャパシタ８９及び９０から構成されてお
り、これらによって構成される単位セルが行方向及び列
方向に２次元的に配列されている。各単位セルは、垂直
選択回路９１からの制御信号によってその動作が制御さ
れる。
【０００４】増幅トランジスタ８２の出力には垂直信号
線９３が接続され、さらに垂直信号線９３には負荷トラ
ンジスタ８１が接続されている。また、垂直信号線９３
は差分回路９６に接続されており、差分回路９６の出力
は水平選択回路９２からの制御信号により選択トランジ
スタ９４を介して水平信号線９５に出力されるようにな
っている。
線９３が接続され、さらに垂直信号線９３には負荷トラ
ンジスタ８１が接続されている。また、垂直信号線９３
は差分回路９６に接続されており、差分回路９６の出力
は水平選択回路９２からの制御信号により選択トランジ
スタ９４を介して水平信号線９５に出力されるようにな
っている。
【０００５】被写体等からの光がフォトダイオード８０
に入射すると、フォトダイオード８０には入射光量に応
じた信号電荷が蓄積される。異なる期間でフォトダイオ
ード８０に蓄積された信号電荷は、転送トランジスタ８
７を介してそれぞれ転送され、さらにサンプルホールド
トランジスタ８５或いはサンプルホールドトランジスタ
８６を介して、それぞれキャパシタ８９或いはキャパシ
タ９０に蓄積される。このようにしてキャパシタ８９及
びキャパシタ９０に蓄積された信号は、サンプルホール
ドトランジスタ８５及びサンプルホールドトランジスタ
８６をそれぞれ別々にオンさせることで、増幅トランジ
スタ８２を介して垂直信号線９３にそれぞれ読み出され
る。読み出された信号は、セル外部にある差分回路に入
力され、異なる期間に入射した光の入射光量の差に対応
した信号を得ることができる。
に入射すると、フォトダイオード８０には入射光量に応
じた信号電荷が蓄積される。異なる期間でフォトダイオ
ード８０に蓄積された信号電荷は、転送トランジスタ８
７を介してそれぞれ転送され、さらにサンプルホールド
トランジスタ８５或いはサンプルホールドトランジスタ
８６を介して、それぞれキャパシタ８９或いはキャパシ
タ９０に蓄積される。このようにしてキャパシタ８９及
びキャパシタ９０に蓄積された信号は、サンプルホール
ドトランジスタ８５及びサンプルホールドトランジスタ
８６をそれぞれ別々にオンさせることで、増幅トランジ
スタ８２を介して垂直信号線９３にそれぞれ読み出され
る。読み出された信号は、セル外部にある差分回路に入
力され、異なる期間に入射した光の入射光量の差に対応
した信号を得ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の撮像装置では、差分回路がセル外部にあるため、全
体の回路規模が大きくなるという問題があった。また、
異なる信号のそれぞれの蓄積に対して異なるトランジス
タ及びキャパシタを用いているため、これらのプロセス
パラメータのばらつき等によって雑音が発生し、Ｓ／Ｎ
比が悪化するという問題があった。
来の撮像装置では、差分回路がセル外部にあるため、全
体の回路規模が大きくなるという問題があった。また、
異なる信号のそれぞれの蓄積に対して異なるトランジス
タ及びキャパシタを用いているため、これらのプロセス
パラメータのばらつき等によって雑音が発生し、Ｓ／Ｎ
比が悪化するという問題があった。
【０００７】本発明は上記従来の課題に対してなされた
ものであり、回路規模を縮小することができ、さらにＳ
／Ｎ比を向上させることが可能な撮像装置を提供するこ
とを目的としている。
ものであり、回路規模を縮小することができ、さらにＳ
／Ｎ比を向上させることが可能な撮像装置を提供するこ
とを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係る撮像装置
は、行方向及び列方向に二次元的に配列され入射光量に
応じた電気信号を生じる複数の光電変換部と、列方向に
設けられた各光電変換部からの電気信号が読み出される
垂直信号線と、前記光電変換部で生じた電気信号の前記
垂直信号線への読み出しを制御する垂直制御部と、この
垂直制御部によって前記垂直信号線に読み出された電気
信号の水平方向への転送を制御する水平制御部とを有す
る撮像装置において、前記各光電変換部は異なる期間で
光電変換された信号の差分をとる手段を備えていること
を特徴とする（請求項１）。
は、行方向及び列方向に二次元的に配列され入射光量に
応じた電気信号を生じる複数の光電変換部と、列方向に
設けられた各光電変換部からの電気信号が読み出される
垂直信号線と、前記光電変換部で生じた電気信号の前記
垂直信号線への読み出しを制御する垂直制御部と、この
垂直制御部によって前記垂直信号線に読み出された電気
信号の水平方向への転送を制御する水平制御部とを有す
る撮像装置において、前記各光電変換部は異なる期間で
光電変換された信号の差分をとる手段を備えていること
を特徴とする（請求項１）。
【０００９】本発明によれば、光電変換手段内（セル
内）に異なる期間で光電変化された信号の差分をとる手
段を設けたので、セル外部で差分をとる必要がなくな
り、全体の回路規模を縮小することが可能となる。
内）に異なる期間で光電変化された信号の差分をとる手
段を設けたので、セル外部で差分をとる必要がなくな
り、全体の回路規模を縮小することが可能となる。
【００１０】前記光電変換部は、受光素子と、この受光
素子で生じた電荷を転送する転送トランジスタと、この
転送トランジスタにその一端が接続された第１のキャパ
シタと、この第１のキャパシタの他端にその一端が接続
された第２のキャパシタと、第１のキャパシタと第２の
キャパシタの接続部に接続されたクランプトランジスタ
と、第１のキャパシタと第２のキャパシタの接続部の信
号を増幅する増幅トランジスタとを有することが好まし
い（請求項２）。
素子で生じた電荷を転送する転送トランジスタと、この
転送トランジスタにその一端が接続された第１のキャパ
シタと、この第１のキャパシタの他端にその一端が接続
された第２のキャパシタと、第１のキャパシタと第２の
キャパシタの接続部に接続されたクランプトランジスタ
と、第１のキャパシタと第２のキャパシタの接続部の信
号を増幅する増幅トランジスタとを有することが好まし
い（請求項２）。
【００１１】このような構成を用いることにより、異な
る期間に光電変換された各信号の蓄積動作を同一のキャ
パシタ（第１のキャパシタ及び第２のキャパシタ）で行
うとともに、各信号の差分をとる動作も同一のキャパシ
タで行うことができるので、キャパシタのプロセスパラ
メータのばらつき等による雑音を低減することができ、
Ｓ／Ｎ比を向上させることが可能となる。
る期間に光電変換された各信号の蓄積動作を同一のキャ
パシタ（第１のキャパシタ及び第２のキャパシタ）で行
うとともに、各信号の差分をとる動作も同一のキャパシ
タで行うことができるので、キャパシタのプロセスパラ
メータのばらつき等による雑音を低減することができ、
Ｓ／Ｎ比を向上させることが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。
参照して説明する。
【００１３】（実施形態１）図１は、本発明の第１の実
施形態の構成を示した回路図である。
施形態の構成を示した回路図である。
【００１４】同図において、光電変換部となる単位セル
は、フォトダイオード２０の他、増幅トランジスタ２
２、アドレストランジスタ２３、クランプトランジスタ
２４、リセットトランジスタ２５、転送トランジスタ２
６、オーバーフロートランジスタ２７、さらには第１の
キャパシタ２８及び第２のキャパシタ２９から構成され
ており、これらによって構成される単位セルが行方向及
び列方向に２次元的に配列されている（図では２個分の
単位セルが描かれている）。
は、フォトダイオード２０の他、増幅トランジスタ２
２、アドレストランジスタ２３、クランプトランジスタ
２４、リセットトランジスタ２５、転送トランジスタ２
６、オーバーフロートランジスタ２７、さらには第１の
キャパシタ２８及び第２のキャパシタ２９から構成され
ており、これらによって構成される単位セルが行方向及
び列方向に２次元的に配列されている（図では２個分の
単位セルが描かれている）。
【００１５】すなわち、フォトダイオード２０の出力に
は転送トランジスタ２６のソース電極とオーバーフロー
トランジスタ２７のソース電極が接続され、転送トラン
ジスタ２６のドレイン電極にはリセットトランジスタ２
５のソース電極と第１のキャパシタ２８（容量Ｃ１）の
一端が接続され、転送トランジスタ２６のゲート電極及
びリセットトランジスタ２５のゲート電極には垂直選択
回路１１から制御信号が入力されている。第１のキャパ
シタ２８の他端には増幅トランジスタ２２のゲート電
極、クランプトランジスタ２４のソース電極及び第２の
キャパシタ２９（容量Ｃ２）の一端が接続されており、
第２のキャパシタ２９の他端は接地されている。
は転送トランジスタ２６のソース電極とオーバーフロー
トランジスタ２７のソース電極が接続され、転送トラン
ジスタ２６のドレイン電極にはリセットトランジスタ２
５のソース電極と第１のキャパシタ２８（容量Ｃ１）の
一端が接続され、転送トランジスタ２６のゲート電極及
びリセットトランジスタ２５のゲート電極には垂直選択
回路１１から制御信号が入力されている。第１のキャパ
シタ２８の他端には増幅トランジスタ２２のゲート電
極、クランプトランジスタ２４のソース電極及び第２の
キャパシタ２９（容量Ｃ２）の一端が接続されており、
第２のキャパシタ２９の他端は接地されている。
【００１６】また、増幅トランジスタ２２のドレイン電
極にはアドレストランジスタ２３のソース電極が接続さ
れ、増幅トランジスタ２２のソース電極には垂直信号線
１３が接続されており、垂直信号線１３にはさらに負荷
トランジスタ２１のドレイン電極が接続されている。さ
らに、アドレストランジスタ２３及びクランプトランジ
スタ２４のゲート電極には、垂直選択回路１１から制御
信号が入力されており、垂直信号線１３は選択トランジ
スタ１４に接続され、選択トランジスタ１４は水平選択
回路１２からの制御信号によって制御される。
極にはアドレストランジスタ２３のソース電極が接続さ
れ、増幅トランジスタ２２のソース電極には垂直信号線
１３が接続されており、垂直信号線１３にはさらに負荷
トランジスタ２１のドレイン電極が接続されている。さ
らに、アドレストランジスタ２３及びクランプトランジ
スタ２４のゲート電極には、垂直選択回路１１から制御
信号が入力されており、垂直信号線１３は選択トランジ
スタ１４に接続され、選択トランジスタ１４は水平選択
回路１２からの制御信号によって制御される。
【００１７】なお、クランプトランジスタ２４のしきい
電圧をＶth、クランプ電位をＶCL、ゲート電圧をＶG と
したときに、ＶG −Ｖth＞ＶCLという関係を満たし、ま
た、リセットトランジスタ２５のしきい電圧をＶthRS、
転送トランジスタ２６のしきい電圧をＶthTG、オーバー
フロートランジスタ２７のしきい電圧をＶthOFとしたと
きに、ＶthRS＜ＶthTG＜ＶthOFという関係を満たしてい
る。
電圧をＶth、クランプ電位をＶCL、ゲート電圧をＶG と
したときに、ＶG −Ｖth＞ＶCLという関係を満たし、ま
た、リセットトランジスタ２５のしきい電圧をＶthRS、
転送トランジスタ２６のしきい電圧をＶthTG、オーバー
フロートランジスタ２７のしきい電圧をＶthOFとしたと
きに、ＶthRS＜ＶthTG＜ＶthOFという関係を満たしてい
る。
【００１８】次に、本実施形態の１行分の動作について
図２に示したタイムチャートを参照して説明する。
図２に示したタイムチャートを参照して説明する。
【００１９】垂直選択回路１１からの制御信号によっ
て、リセットトランジスタ２５のゲート電極がハイ状
態、転送トランジスタ２６のゲート電極がハイ状態の
時、リセットトランジスタ２５及び転送トランジスタ２
６はオン状態になり、リセットトランジスタ２５と転送
トランジスタ２６の内、ゲートポテンシャルの低い方の
ゲートポテンシャルでフォトダイオード２０はリセット
される。その後、リセットトランジスタ２５及び転送ト
ランジスタ２６のゲート電極をロウ状態にすると、リセ
ットトランジスタ２５及び転送トランジスタ２６はオフ
状態になり、この瞬間からフォトダイオード２０に入射
光量に応じた信号電荷が蓄積される。
て、リセットトランジスタ２５のゲート電極がハイ状
態、転送トランジスタ２６のゲート電極がハイ状態の
時、リセットトランジスタ２５及び転送トランジスタ２
６はオン状態になり、リセットトランジスタ２５と転送
トランジスタ２６の内、ゲートポテンシャルの低い方の
ゲートポテンシャルでフォトダイオード２０はリセット
される。その後、リセットトランジスタ２５及び転送ト
ランジスタ２６のゲート電極をロウ状態にすると、リセ
ットトランジスタ２５及び転送トランジスタ２６はオフ
状態になり、この瞬間からフォトダイオード２０に入射
光量に応じた信号電荷が蓄積される。
【００２０】所定期間経過後、リセットトランジスタ２
５に一旦リセットパルスを印加し、さらにクランプトラ
ンジスタ２４のゲート電極をハイ状態にしてクランプト
ランジスタ２４をオン状態にすると、第２のキャパシタ
２９はクランプ電位ＶCLに固定される。その後、転送ト
ランジスタ２６のゲート電極をハイ状態にして転送トラ
ンジスタ２６をオン状態にすると、フォトダイオード２
０に蓄積された入射光量に応じた信号電圧Ｖ１が第１の
キャパシタ２８に印加される。その後、クランプトラン
ジスタ２４のゲート電極をロウ状態にしてクランプトラ
ンジスタ２４をオフ状態にする。これにより、フォトダ
イオード２０に蓄積された信号電荷は、第１のキャパシ
タ２８に電圧としてその情報が保存される。
５に一旦リセットパルスを印加し、さらにクランプトラ
ンジスタ２４のゲート電極をハイ状態にしてクランプト
ランジスタ２４をオン状態にすると、第２のキャパシタ
２９はクランプ電位ＶCLに固定される。その後、転送ト
ランジスタ２６のゲート電極をハイ状態にして転送トラ
ンジスタ２６をオン状態にすると、フォトダイオード２
０に蓄積された入射光量に応じた信号電圧Ｖ１が第１の
キャパシタ２８に印加される。その後、クランプトラン
ジスタ２４のゲート電極をロウ状態にしてクランプトラ
ンジスタ２４をオフ状態にする。これにより、フォトダ
イオード２０に蓄積された信号電荷は、第１のキャパシ
タ２８に電圧としてその情報が保存される。
【００２１】次に、リセットトランジスタ２５及び転送
トランジスタ２６のゲート電極がハイ状態になると、リ
セットランジスタ２５及び転送トランジスタ２６がオン
状態となり、リセットトランジスタ２５と転送トランジ
スタ２６の内、ゲートポテンシャルの低い方のゲートポ
テンシャルでフォトダイオード２０がリセットされる。
その後、リセットトランジスタ２５及び転送トランジス
タ２６のゲート電極をロウ状態にすると、リセットトラ
ンジスタ２５及び転送トランジスタ２６はオフ状態にな
り、この瞬間からフォトダイオード２０に入射光量に応
じた信号電荷が蓄積される。
トランジスタ２６のゲート電極がハイ状態になると、リ
セットランジスタ２５及び転送トランジスタ２６がオン
状態となり、リセットトランジスタ２５と転送トランジ
スタ２６の内、ゲートポテンシャルの低い方のゲートポ
テンシャルでフォトダイオード２０がリセットされる。
その後、リセットトランジスタ２５及び転送トランジス
タ２６のゲート電極をロウ状態にすると、リセットトラ
ンジスタ２５及び転送トランジスタ２６はオフ状態にな
り、この瞬間からフォトダイオード２０に入射光量に応
じた信号電荷が蓄積される。
【００２２】所定期間経過後、リセットトランジスタ２
５に一旦リセットパルスを印加し、転送トランジスタ２
６のゲート電極をハイ状態にして転送トランジスタ２６
をオン状態にすると、フォトダイオード２０に蓄積され
た入射光量に応じた信号電圧Ｖ２が第１のキャパシタ２
８に印加される。この時、増幅トランジスタ２２のゲー
ト電極には、ＶCL＋｛Ｃ１（Ｖ２−Ｖ１）／（Ｃ１＋Ｃ
２）｝の電圧が印加される。
５に一旦リセットパルスを印加し、転送トランジスタ２
６のゲート電極をハイ状態にして転送トランジスタ２６
をオン状態にすると、フォトダイオード２０に蓄積され
た入射光量に応じた信号電圧Ｖ２が第１のキャパシタ２
８に印加される。この時、増幅トランジスタ２２のゲー
ト電極には、ＶCL＋｛Ｃ１（Ｖ２−Ｖ１）／（Ｃ１＋Ｃ
２）｝の電圧が印加される。
【００２３】このようにして、フォトダイオード２０に
入射した光量の差に対応した電圧が増幅トランジスタ２
２を介して垂直信号線１３に出力される。垂直信号線１
３に読み出された差信号は、選択トランジスタ１４を介
して水平信号線１５に読み出される。
入射した光量の差に対応した電圧が増幅トランジスタ２
２を介して垂直信号線１３に出力される。垂直信号線１
３に読み出された差信号は、選択トランジスタ１４を介
して水平信号線１５に読み出される。
【００２４】（実施形態２）図３は、本発明の第２の実
施形態の構成を示した回路図である。
施形態の構成を示した回路図である。
【００２５】同図において、光電変換部となる単位セル
は、フォトダイオード４０の他、増幅トランジスタ４
２、アドレストランジスタ４３、クランプトランジスタ
４４、転送トランジスタ４５、オーバーフロートランジ
スタ４６、さらには第１のキャパシタ４７及び第２のキ
ャパシタ４８から構成されており、これらによって構成
される単位セルが行方向及び列方向に２次元的に配列さ
れている（図では２個分の単位セルが描かれている）。
は、フォトダイオード４０の他、増幅トランジスタ４
２、アドレストランジスタ４３、クランプトランジスタ
４４、転送トランジスタ４５、オーバーフロートランジ
スタ４６、さらには第１のキャパシタ４７及び第２のキ
ャパシタ４８から構成されており、これらによって構成
される単位セルが行方向及び列方向に２次元的に配列さ
れている（図では２個分の単位セルが描かれている）。
【００２６】すなわち、本実施形態では、図１に示した
第１実施形態で設けられていたリセットトランジスタ２
５を設けておらず、また、図１の例とは異なりオーバー
フロートランジスタ４６のゲート電極が垂直選択回路１
１に接続されている。その他の基本的な構成については
図１の例とほぼ同様であり、ここではそれらの詳細な説
明は省略する。
第１実施形態で設けられていたリセットトランジスタ２
５を設けておらず、また、図１の例とは異なりオーバー
フロートランジスタ４６のゲート電極が垂直選択回路１
１に接続されている。その他の基本的な構成については
図１の例とほぼ同様であり、ここではそれらの詳細な説
明は省略する。
【００２７】次に、本実施形態の１行分の動作について
図２に示したタイムチャートを参照して説明する。
図２に示したタイムチャートを参照して説明する。
【００２８】垂直選択回路１１からの制御信号によって
オーバーフロートランジスタ４６のゲート電極をハイ状
態にすると、オーバーフロートランジスタ４６はオン状
態となり、フォトダイオード４０はオーバーフロートラ
ンジスタ４６のゲートポテンシャルでリセットされる。
その後、オーバーフロートランジスタ４６のゲート電極
がロウ状態になると、オーバーフロートランジスタ４６
はオフとなり、この瞬間からフォトダイオード４０に入
射光量に応じた信号電荷が蓄積される。
オーバーフロートランジスタ４６のゲート電極をハイ状
態にすると、オーバーフロートランジスタ４６はオン状
態となり、フォトダイオード４０はオーバーフロートラ
ンジスタ４６のゲートポテンシャルでリセットされる。
その後、オーバーフロートランジスタ４６のゲート電極
がロウ状態になると、オーバーフロートランジスタ４６
はオフとなり、この瞬間からフォトダイオード４０に入
射光量に応じた信号電荷が蓄積される。
【００２９】所定期間経過後、クランプトランジスタ４
４のゲート電極をハイ状態にしてクランプトランジスタ
４４がオン状態になると、第２のキャパシタ４８はクラ
ンプ電位ＶCLに固定される。その後、転送トランジスタ
４５のゲート電極をハイ状態にして転送トランジスタ４
５がオン状態になると、フォトダイオード４０に蓄積さ
れた入射光量に応じた信号電圧Ｖ１’が第１のキャパシ
タ４７に印加される。その後、クランプトランジスタ４
４のゲート電極をロウ状態にしてクランプトランジスタ
４４をオフ状態にする。この時フォトダイオード４０に
蓄積された信号電荷は、第１のキャパシタ４７に電圧と
してその情報が保存される。
４のゲート電極をハイ状態にしてクランプトランジスタ
４４がオン状態になると、第２のキャパシタ４８はクラ
ンプ電位ＶCLに固定される。その後、転送トランジスタ
４５のゲート電極をハイ状態にして転送トランジスタ４
５がオン状態になると、フォトダイオード４０に蓄積さ
れた入射光量に応じた信号電圧Ｖ１’が第１のキャパシ
タ４７に印加される。その後、クランプトランジスタ４
４のゲート電極をロウ状態にしてクランプトランジスタ
４４をオフ状態にする。この時フォトダイオード４０に
蓄積された信号電荷は、第１のキャパシタ４７に電圧と
してその情報が保存される。
【００３０】次に、オーバーフロートランジスタ４６の
ゲート電極がハイ状態になると、フォトダイオード４０
はオーバーフロートランジスタ４６のゲートポテンシャ
ルでリセットされる。その後、オーバーフロートランジ
スタ４６のゲート電極をロウ状態にしてオーバーフロー
トランジスタ４６をオフ状態にすると、この瞬間からフ
ォトダイオード４０に入射光量に応じた信号電荷が蓄積
される。
ゲート電極がハイ状態になると、フォトダイオード４０
はオーバーフロートランジスタ４６のゲートポテンシャ
ルでリセットされる。その後、オーバーフロートランジ
スタ４６のゲート電極をロウ状態にしてオーバーフロー
トランジスタ４６をオフ状態にすると、この瞬間からフ
ォトダイオード４０に入射光量に応じた信号電荷が蓄積
される。
【００３１】所定期間経過後、転送トランジスタ４５の
ゲート電極をハイ状態にして転送トランジスタ４５をオ
ン状態にすると、フォトダイオード４０に蓄積された入
射光量に応じた信号電圧Ｖ２’が第１のキャパシタ４７
に印加される。この時、増幅トランジスタ４２のゲート
電極には、ＶＣＬ＋｛Ｃ１（Ｖ２’−Ｖ１’）／（Ｃ１
＋Ｃ２）｝の電圧が印加される。
ゲート電極をハイ状態にして転送トランジスタ４５をオ
ン状態にすると、フォトダイオード４０に蓄積された入
射光量に応じた信号電圧Ｖ２’が第１のキャパシタ４７
に印加される。この時、増幅トランジスタ４２のゲート
電極には、ＶＣＬ＋｛Ｃ１（Ｖ２’−Ｖ１’）／（Ｃ１
＋Ｃ２）｝の電圧が印加される。
【００３２】このようにして、フォトダイオード４０に
入射した光量の差に対応した電圧が増幅トランジスタ４
２を介して垂直信号線１３に出力される。垂直信号線１
３に読み出された差信号は、選択トランジスタ１４を介
して水平信号線１５に読み出される。
入射した光量の差に対応した電圧が増幅トランジスタ４
２を介して垂直信号線１３に出力される。垂直信号線１
３に読み出された差信号は、選択トランジスタ１４を介
して水平信号線１５に読み出される。
【００３３】以上説明した第１及び第２の実施形態によ
れば、フォトダイオードで光電変換された複数の信号の
蓄積及び差分動作に対して、同一のトランジスタ及びキ
ャパシタを用いることできる。したがって、デバイスパ
ラメータのばらつきによるノイズ成分を除去することが
でき、撮像素子のＳ／Ｎ比を向上させることが可能とな
る。また、従来と比べて少ないトランジスタ数で単位セ
ルを構成しているため、セル自体のサイズを縮小するこ
とが可能であり、さらにセル内部に信号の蓄積及び差分
動作を行う回路を構成しているので、セル外部に差分回
路を構成しなくてもよく、チップサイズを縮小化するこ
とが可能となる。
れば、フォトダイオードで光電変換された複数の信号の
蓄積及び差分動作に対して、同一のトランジスタ及びキ
ャパシタを用いることできる。したがって、デバイスパ
ラメータのばらつきによるノイズ成分を除去することが
でき、撮像素子のＳ／Ｎ比を向上させることが可能とな
る。また、従来と比べて少ないトランジスタ数で単位セ
ルを構成しているため、セル自体のサイズを縮小するこ
とが可能であり、さらにセル内部に信号の蓄積及び差分
動作を行う回路を構成しているので、セル外部に差分回
路を構成しなくてもよく、チップサイズを縮小化するこ
とが可能となる。
【００３４】なお、増幅トランジスタのデバイスパラメ
ータのばらつき（しきい値ばらつき等）によるノイズを
低減する観点から、セル外部に差分回路をするようにし
てもよい。図５及び図６はこのような観点からセル外部
に差分回路１６を付加したものであり、それぞれ図１及
び図３の例に対応したものである。このようにセル外部
に差分回路を付加した場合でも、セル自体のトランジス
タ数を従来よりも少なくできるので、やはり全体のチッ
プサイズを縮小することができる。
ータのばらつき（しきい値ばらつき等）によるノイズを
低減する観点から、セル外部に差分回路をするようにし
てもよい。図５及び図６はこのような観点からセル外部
に差分回路１６を付加したものであり、それぞれ図１及
び図３の例に対応したものである。このようにセル外部
に差分回路を付加した場合でも、セル自体のトランジス
タ数を従来よりも少なくできるので、やはり全体のチッ
プサイズを縮小することができる。
【００３５】図７は、さらに他の実施形態を示したもの
である。すなわち、光電変換部となる単位セルは、フォ
トダイオード６０の他、増幅トランジスタ６２、アドレ
ストランジスタ６３、スイッチトランジスタ６４、リセ
ットランジスタ６５、転送トランジスタ６６、オーバー
フロートランジスタ６７、さらには第１のキャパシタ６
８及び第２のキャパシタ６９から構成されており、これ
らによって構成される単位セルが行方向及び列方向に２
次元的に配列されている。このような構成を採用した場
合にも、第１或いは第２の実施形態と同様の作用効果を
得ることが可能である。
である。すなわち、光電変換部となる単位セルは、フォ
トダイオード６０の他、増幅トランジスタ６２、アドレ
ストランジスタ６３、スイッチトランジスタ６４、リセ
ットランジスタ６５、転送トランジスタ６６、オーバー
フロートランジスタ６７、さらには第１のキャパシタ６
８及び第２のキャパシタ６９から構成されており、これ
らによって構成される単位セルが行方向及び列方向に２
次元的に配列されている。このような構成を採用した場
合にも、第１或いは第２の実施形態と同様の作用効果を
得ることが可能である。
【００３６】以上本発明の実施形態について説明した
が、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではな
く、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して
実施することが可能である。
が、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではな
く、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して
実施することが可能である。
【００３７】
【発明の効果】本発明によれば、異なる期間で光電変化
された信号の差分をとる手段を光電変換セル内に設けた
ので、セル外部で差分をとる必要がなくなり、全体の回
路規模を縮小することが可能となる。また、異なる期間
に光電変換された各信号の蓄積動作を同一のキャパシタ
で行うとともに、各信号の差分をとる動作も同一のキャ
パシタで行うことができるので、キャパシタのプロセス
パラメータのばらつき等による雑音を低減することがで
き、撮像装置のＳ／Ｎ比を向上させることが可能とな
る。
された信号の差分をとる手段を光電変換セル内に設けた
ので、セル外部で差分をとる必要がなくなり、全体の回
路規模を縮小することが可能となる。また、異なる期間
に光電変換された各信号の蓄積動作を同一のキャパシタ
で行うとともに、各信号の差分をとる動作も同一のキャ
パシタで行うことができるので、キャパシタのプロセス
パラメータのばらつき等による雑音を低減することがで
き、撮像装置のＳ／Ｎ比を向上させることが可能とな
る。
【図１】本発明の実施形態に係る回路構成例を示した
図。
図。
【図２】図１の動作タイミングを示した図。
【図３】本発明の他の実施形態に係る回路構成例を示し
た図。
た図。
【図４】図３の動作タイミングを示した図。
【図５】図１に示した回路構成の変形例を示した図。
【図６】図３に示した回路構成の変形例を示した図。
【図７】本発明のさらに他の実施形態に係る回路構成例
を示した図。
を示した図。
【図８】従来技術に係る回路構成例を示した図。
１１…垂直選択回路 １２…水平選択回路 １３…垂直信号線 １４…選択トランジスタ １５…水平信号線 １６…差分回路 ２０、４０、６０…フォトダイオード ２１、４１、６１…負荷トランジスタ ２２、４２、６２…増幅トランジスタ ２３、４３、６３…アドレストランジスタ ２４、４４…クランプトランジスタ ２５、６５…リセットトランジスタ ２６、４５、６６…転送トランジスタ ２７、４６、６７…オーバーフロートランジスタ ２８、４７、６８…第１のキャパシタ ２９、４８、６９…第２のキャパシタ ６４…スイッチトランジスタ
Claims (2)
- 【請求項１】行方向及び列方向に二次元的に配列され入
射光量に応じた電気信号を生じる複数の光電変換部と、
列方向に設けられた各光電変換部からの電気信号が読み
出される垂直信号線と、前記光電変換部で生じた電気信
号の前記垂直信号線への読み出しを制御する垂直制御部
と、この垂直制御部によって前記垂直信号線に読み出さ
れた電気信号の水平方向への転送を制御する水平制御部
とを有する撮像装置において、 前記各光電変換部は異なる期間で光電変換された信号の
差分をとる手段を備えていることを特徴とする撮像装
置。 - 【請求項２】前記光電変換部は、受光素子と、この受光
素子で生じた電荷を転送する転送トランジスタと、この
転送トランジスタにその一端が接続された第１のキャパ
シタと、この第１のキャパシタの他端にその一端が接続
された第２のキャパシタと、第１のキャパシタと第２の
キャパシタの接続部に接続されたクランプトランジスタ
と、第１のキャパシタと第２のキャパシタの接続部の信
号を増幅する増幅トランジスタとを有することを特徴と
する請求項１に記載の撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10199526A JP2000022118A (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | 撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10199526A JP2000022118A (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | 撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000022118A true JP2000022118A (ja) | 2000-01-21 |
Family
ID=16409305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10199526A Pending JP2000022118A (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | 撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000022118A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2006049196A1 (ja) * | 2004-11-05 | 2008-05-29 | ソニー株式会社 | 光センサーおよび光センサーの画素選択方法 |
| KR20130009627A (ko) * | 2011-07-15 | 2013-01-23 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 및 그 구동 방법 |
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| KR20170012075A (ko) * | 2015-07-23 | 2017-02-02 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 촬상 장치, 및 전자 기기 |
| JP2019193289A (ja) * | 2014-06-25 | 2019-10-31 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 撮像装置 |
| JP2020025334A (ja) * | 2014-11-10 | 2020-02-13 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 撮像装置 |
| JP2022037030A (ja) * | 2014-08-29 | 2022-03-08 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 撮像装置 |
| US11323639B2 (en) | 2019-09-27 | 2022-05-03 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensor and operation method thereof |
-
1998
- 1998-06-30 JP JP10199526A patent/JP2000022118A/ja active Pending
Cited By (42)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR102132318B1 (ko) | 2011-07-15 | 2020-07-09 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 및 그 구동 방법 |
| KR102556827B1 (ko) | 2011-07-15 | 2023-07-17 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 및 그 구동 방법 |
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| US10304878B2 (en) | 2011-07-15 | 2019-05-28 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for driving the same |
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| KR102262921B1 (ko) | 2011-07-15 | 2021-06-08 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 및 그 구동 방법 |
| KR102083410B1 (ko) | 2011-07-15 | 2020-03-02 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 및 그 구동 방법 |
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| KR20190096316A (ko) * | 2012-02-29 | 2019-08-19 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 이미지 센서, 카메라, 감시 시스템, 및 이미지 센서의 구동 방법 |
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| KR20130099849A (ko) * | 2012-02-29 | 2013-09-06 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 이미지 센서, 카메라, 감시 시스템, 및 이미지 센서의 구동 방법 |
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| JP7458467B2 (ja) | 2014-08-29 | 2024-03-29 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 撮像装置 |
| JP2022037030A (ja) * | 2014-08-29 | 2022-03-08 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 撮像装置 |
| JP7200340B2 (ja) | 2014-08-29 | 2023-01-06 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 撮像装置 |
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