JP2001320630A - 撮像装置 - Google Patents
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- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 75
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 54
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- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 8
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
- H04N25/67—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to fixed-pattern noise, e.g. non-uniformity of response
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 読み出した信号にノイズが少なくなるように
する。 【解決手段】 入射光を電気信号に変換して蓄積する光
電変換部と、前記光電変換部で発生した前記電気信号を
信号線に読み出すための読出手段とを含む画素と、前記
光電変換部で前記電気信号を蓄積しているときに、前記
信号線側の電位を前記光電変換部の電位よりも高くする
電位制御手段と、を有することを特徴とする撮像装置を
提供する。
する。 【解決手段】 入射光を電気信号に変換して蓄積する光
電変換部と、前記光電変換部で発生した前記電気信号を
信号線に読み出すための読出手段とを含む画素と、前記
光電変換部で前記電気信号を蓄積しているときに、前記
信号線側の電位を前記光電変換部の電位よりも高くする
電位制御手段と、を有することを特徴とする撮像装置を
提供する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被写体像を撮像す
る撮像装置に関するものである。
る撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、高解像化のため、微細化プロセス
を用いた光電変換部のセルサイズが精力的に縮小されて
いる。一方、光電変換部で変換された電気信号の出力が
低下することなどから、電気信号を増幅して出力するこ
とが可能な増幅型の固体撮像素子が注目されている。こ
のような増幅型固体撮像素子には、ＭＯＳ型、ＡＭＩ、
ＣＭＤ、バイポーラ型イメージセンサ等の各固体撮像素
子がある。
を用いた光電変換部のセルサイズが精力的に縮小されて
いる。一方、光電変換部で変換された電気信号の出力が
低下することなどから、電気信号を増幅して出力するこ
とが可能な増幅型の固体撮像素子が注目されている。こ
のような増幅型固体撮像素子には、ＭＯＳ型、ＡＭＩ、
ＣＭＤ、バイポーラ型イメージセンサ等の各固体撮像素
子がある。
【０００３】このうち、ＭＯＳ型の固体撮像素子は、フ
ォトダイオードで発生した光キャリアをＭＯＳトランジ
スタのゲート電極に蓄積し、走査回路からの駆動タイミ
ングに従って、そのゲートの電位変化を、出力部へ電荷
増幅して出力するものである。近年では、このＭＯＳ型
の固体撮像素子のうち、光電変換部や、その周辺回路部
を含めてすべてＣＭＯＳプロセスで実現するＣＭＯＳ型
固体撮像素子が特に注目されてきている。
ォトダイオードで発生した光キャリアをＭＯＳトランジ
スタのゲート電極に蓄積し、走査回路からの駆動タイミ
ングに従って、そのゲートの電位変化を、出力部へ電荷
増幅して出力するものである。近年では、このＭＯＳ型
の固体撮像素子のうち、光電変換部や、その周辺回路部
を含めてすべてＣＭＯＳプロセスで実現するＣＭＯＳ型
固体撮像素子が特に注目されてきている。
【０００４】図１０は、従来の固体撮像素子の内部構成
図である。図１０に示す固体撮像素子は、入射する光信
号を電気信号に変換するフォトダイオード１と、フォト
ダイオード１からの信号電荷をフローティングディフュ
ージョン領域１１に転送する転送スイッチ２と、転送さ
れた信号を増幅して出力するソースフォロア（増幅トラ
ンジスタ１０、定電流源7）及び定電圧源５と、フロ−
ティングデュフュ−ジョン１１に蓄積されている信号を
垂直信号線１３に読み出すための選択スイッチ６と、フ
ローティングディフュージョン領域１１を電位ＶPRにリ
セットするリセットスイッチ３及びリセット電圧源４と
を備えている。
図である。図１０に示す固体撮像素子は、入射する光信
号を電気信号に変換するフォトダイオード１と、フォト
ダイオード１からの信号電荷をフローティングディフュ
ージョン領域１１に転送する転送スイッチ２と、転送さ
れた信号を増幅して出力するソースフォロア（増幅トラ
ンジスタ１０、定電流源7）及び定電圧源５と、フロ−
ティングデュフュ−ジョン１１に蓄積されている信号を
垂直信号線１３に読み出すための選択スイッチ６と、フ
ローティングディフュージョン領域１１を電位ＶPRにリ
セットするリセットスイッチ３及びリセット電圧源４と
を備えている。
【０００５】また、図１０に示す固体撮像素子は、転送
スイッチ２、リセットスイッチ３及び選択スイッチ６の
各ゲートに各スイッチのオン／オフを切り替える制御信
号を出力する垂直走査回路１４と、転送スイッチ２など
のオン／オフの切り替えにより生じる固定パターンノイ
ズを除去するための転送ゲート１５ａ、１５ｂと、転送
ゲート１５ａ、１５ｂをオンしたときに入力される信号
を蓄積する信号蓄積部１６とを備えている。
スイッチ２、リセットスイッチ３及び選択スイッチ６の
各ゲートに各スイッチのオン／オフを切り替える制御信
号を出力する垂直走査回路１４と、転送スイッチ２など
のオン／オフの切り替えにより生じる固定パターンノイ
ズを除去するための転送ゲート１５ａ、１５ｂと、転送
ゲート１５ａ、１５ｂをオンしたときに入力される信号
を蓄積する信号蓄積部１６とを備えている。
【０００６】なお、図１０には、画素４つ分を配列して
いる様子を図示しているが、画素の個数に特に制限はな
く、また画素の配列は、１次元的でもあっても２次元的
であってもよい。
いる様子を図示しているが、画素の個数に特に制限はな
く、また画素の配列は、１次元的でもあっても２次元的
であってもよい。
【０００７】図１１は、図１０に示した垂直走査回路６
から出力する制御信号の波形を示す図である。図１０に
は、選択スイッチ６のゲートに入力している選択信号Φ
ＳＥＬ、リセットスイッチ３のゲートに入力しているリ
セット信号ΦＲＥＳ、転送スイッチ２のゲートに入力し
ているトランスファーゲート信号ΦＴＸ、転送ゲート１
５ａ、１５ｂのゲートに入力しているノイズ信号読み出
し信号ΦＴＮ及び転送信号ΦＴＳを示している。なお、
各信号のパルス波がハイレベルのときに各スイッチのゲ
ートをオンし、ローレベルのときに各スイッチのゲート
をオフするようにしている。
から出力する制御信号の波形を示す図である。図１０に
は、選択スイッチ６のゲートに入力している選択信号Φ
ＳＥＬ、リセットスイッチ３のゲートに入力しているリ
セット信号ΦＲＥＳ、転送スイッチ２のゲートに入力し
ているトランスファーゲート信号ΦＴＸ、転送ゲート１
５ａ、１５ｂのゲートに入力しているノイズ信号読み出
し信号ΦＴＮ及び転送信号ΦＴＳを示している。なお、
各信号のパルス波がハイレベルのときに各スイッチのゲ
ートをオンし、ローレベルのときに各スイッチのゲート
をオフするようにしている。
【０００８】つぎに、図１１を用いて図１０に示した固
体撮像素子の動作について説明する。まず、垂直走査回
路６から選択スイッチ６及び転送スイッチ２の各ゲート
にローレベルの信号を入力し、リセットスイッチ３のゲ
ートにハイレベルの信号を入力している。このとき、フ
ォトダイオード１で入射光を光電変換して、得られた電
荷を蓄積している。また、フローティングディフュージ
ョン領域１１を、リセット電位ＶPRにしている。
体撮像素子の動作について説明する。まず、垂直走査回
路６から選択スイッチ６及び転送スイッチ２の各ゲート
にローレベルの信号を入力し、リセットスイッチ３のゲ
ートにハイレベルの信号を入力している。このとき、フ
ォトダイオード１で入射光を光電変換して、得られた電
荷を蓄積している。また、フローティングディフュージ
ョン領域１１を、リセット電位ＶPRにしている。
【０００９】つづいて、トランスファーゲート信号ΦＴ
Ｘをハイレベルとして、フォトダイオード１に蓄積して
いた電荷を、転送スイッチ２を介してフローティングデ
ィフュージョン領域１１に転送する。そして、トランス
ファーゲート信号ΦＴＸをローレベルとすると、フォト
ダイオード１で電荷の蓄積がされる。
Ｘをハイレベルとして、フォトダイオード１に蓄積して
いた電荷を、転送スイッチ２を介してフローティングデ
ィフュージョン領域１１に転送する。そして、トランス
ファーゲート信号ΦＴＸをローレベルとすると、フォト
ダイオード１で電荷の蓄積がされる。
【００１０】つぎに、選択信号ΦＳＥＬをハイレベルと
して、リセットΦ信号をローレベルに切り替えた直後
に、ノイズ信号読み出し信号ΦＴＮをハイレベルとし
て、固体撮像素子内のノイズを、垂直信号線１３、転送
ゲート１５ｂを介して信号蓄積部１６へ入力させる。そ
して、ノイズ信号読み出し信号ΦＴＮをローレベルに切
り替えた後に、選択信号ΦＳＥＬをローレベル、トラン
スファーゲート信号ΦＴＸをハイレベルとすると、フォ
トダイオード１で電荷の蓄積が終了するとともに、フォ
トダイオード１に蓄積していた電荷を、トランスファー
ゲート信号ΦＴＸをフローティングディフュージョン領
域１１に転送する。
して、リセットΦ信号をローレベルに切り替えた直後
に、ノイズ信号読み出し信号ΦＴＮをハイレベルとし
て、固体撮像素子内のノイズを、垂直信号線１３、転送
ゲート１５ｂを介して信号蓄積部１６へ入力させる。そ
して、ノイズ信号読み出し信号ΦＴＮをローレベルに切
り替えた後に、選択信号ΦＳＥＬをローレベル、トラン
スファーゲート信号ΦＴＸをハイレベルとすると、フォ
トダイオード１で電荷の蓄積が終了するとともに、フォ
トダイオード１に蓄積していた電荷を、トランスファー
ゲート信号ΦＴＸをフローティングディフュージョン領
域１１に転送する。
【００１１】そして、トランスファーゲート信号ＴＸを
ローレベルにすると、フォトダイオード１からフローテ
ィングディフュージョン領域１１への電荷の転送を終了
させ、フォトダイオード１は、再び電荷の蓄積を開始す
る。なお、トランスファーゲート信号ＴＸをローレベル
にするまでに、フォトダイオード１に蓄積されていた電
荷は、フローティングディフュージョン領域１１へ転送
されるため、フォトダイオード１は、空乏層化してほぼ
リセットされたような状態となる。
ローレベルにすると、フォトダイオード１からフローテ
ィングディフュージョン領域１１への電荷の転送を終了
させ、フォトダイオード１は、再び電荷の蓄積を開始す
る。なお、トランスファーゲート信号ＴＸをローレベル
にするまでに、フォトダイオード１に蓄積されていた電
荷は、フローティングディフュージョン領域１１へ転送
されるため、フォトダイオード１は、空乏層化してほぼ
リセットされたような状態となる。
【００１２】その後、選択信号ΦＳＥＬがハイレベルと
し、その直後に転送信号ΦＴＳをハイレベルにすると、
フローティングディフュージョン領域１１に転送された
電荷に基づいてソースフォロア１０で増幅された増幅信
号が垂直信号線１３、転送ゲ−ト１５ａを介して信号蓄
積部１６へ入力される。
し、その直後に転送信号ΦＴＳをハイレベルにすると、
フローティングディフュージョン領域１１に転送された
電荷に基づいてソースフォロア１０で増幅された増幅信
号が垂直信号線１３、転送ゲ−ト１５ａを介して信号蓄
積部１６へ入力される。
【００１３】信号蓄積部１６では、転送ゲート１５ｂを
介して入力された入力信号と、転送ゲート１５ａを介し
て入力された入力信号とが、図示しない差分回路によっ
て差分されるようにタイミングが取られた後に出力部へ
出力される。出力部では、入力された２つの信号を差分
することにより、転送スイッチ２のオン／オフを切り替
えたときに生じる固定パターンノイズを除去していた。
介して入力された入力信号と、転送ゲート１５ａを介し
て入力された入力信号とが、図示しない差分回路によっ
て差分されるようにタイミングが取られた後に出力部へ
出力される。出力部では、入力された２つの信号を差分
することにより、転送スイッチ２のオン／オフを切り替
えたときに生じる固定パターンノイズを除去していた。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術
は、垂直信号線１３には、定電流源が接続されているの
で、フォトダイオードで電荷を蓄積している間には、垂
直信号線の電位は０Ｖに近づく。その結果、垂直信号線
の電位は相対的に低くなり、垂直信号線からフォトダイ
オードに向かって微小なリーク電流が流れる場合があ
る。
は、垂直信号線１３には、定電流源が接続されているの
で、フォトダイオードで電荷を蓄積している間には、垂
直信号線の電位は０Ｖに近づく。その結果、垂直信号線
の電位は相対的に低くなり、垂直信号線からフォトダイ
オードに向かって微小なリーク電流が流れる場合があ
る。
【００１５】その際に、垂直信号線からフォトダイオー
ドに電荷が流入されることになる。そのため、フォトダ
イオードからフローティングディフュージョン領域への
電荷の転送時に、入射光が変換された電荷に、リーク電
流に基づく電荷が重畳され、さらに、これらの電荷に基
づいて増幅された増幅信号が、垂直信号線に読み出され
る。
ドに電荷が流入されることになる。そのため、フォトダ
イオードからフローティングディフュージョン領域への
電荷の転送時に、入射光が変換された電荷に、リーク電
流に基づく電荷が重畳され、さらに、これらの電荷に基
づいて増幅された増幅信号が、垂直信号線に読み出され
る。
【００１６】このように、読み出された増幅信号には、
実際に光電変換して得られる電荷に、さらにフォトダイ
オードと垂直信号線との電位差によって生じた電荷分が
加わっている場合があり、係る場合には、この増幅信号
に基づいて得られる画像が劣化する場合がある。
実際に光電変換して得られる電荷に、さらにフォトダイ
オードと垂直信号線との電位差によって生じた電荷分が
加わっている場合があり、係る場合には、この増幅信号
に基づいて得られる画像が劣化する場合がある。
【００１７】そこで、本発明は、フォトダイオードなど
の光電変換部で電荷を蓄積している間に、垂直信号線か
ら光電変換部にリーク電流が流れないようにして、読み
出した信号にノイズが少なくなるようにすることを課題
とする。
の光電変換部で電荷を蓄積している間に、垂直信号線か
ら光電変換部にリーク電流が流れないようにして、読み
出した信号にノイズが少なくなるようにすることを課題
とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の一手段では、入射光を電気信号に変換して
蓄積する光電変換部と、前記光電変換部で発生した前記
電気信号を信号線に読み出すための読出手段とを含む画
素と、前記光電変換部で前記電気信号を蓄積していると
きに、前記信号線側の電位を前記光電変換部の電位より
も高くする電位制御手段とを有することを特徴とする撮
像装置を提供する。
に、本発明の一手段では、入射光を電気信号に変換して
蓄積する光電変換部と、前記光電変換部で発生した前記
電気信号を信号線に読み出すための読出手段とを含む画
素と、前記光電変換部で前記電気信号を蓄積していると
きに、前記信号線側の電位を前記光電変換部の電位より
も高くする電位制御手段とを有することを特徴とする撮
像装置を提供する。
【００１９】また、他の手段では、入射光を電気信号に
変換して蓄積する第１導電型の光電変換部を含む画素
と、前記光電変換部に蓄積されている前記電気信号が読
み出される信号線に接続された第１導電型の拡散領域
と、第２導電型の半導体領域に備え、前記光電変換部で
前記電気信号を蓄積しているときに、前記拡散領域の電
位を前記光電変換部の電位よりも高くする電位制御手段
を備えることを特徴とする撮像装置を提供する。
変換して蓄積する第１導電型の光電変換部を含む画素
と、前記光電変換部に蓄積されている前記電気信号が読
み出される信号線に接続された第１導電型の拡散領域
と、第２導電型の半導体領域に備え、前記光電変換部で
前記電気信号を蓄積しているときに、前記拡散領域の電
位を前記光電変換部の電位よりも高くする電位制御手段
を備えることを特徴とする撮像装置を提供する。
【００２０】また、他の手段では、第１導電型の第１の
領域内に第２導電型の第２の領域を形成した光電変換部
と、前記光電変換部で発生した電気信号を信号線に読み
出すための読出手段と、を含む画素と、前記第１の領域
内に形成され、前記信号線に接続された第２導電型の拡
散領域と、前記光電変換部で前記電気信号を蓄積してい
る時に、前記第１の領域と前記拡散領域間を逆バイアス
にする電位制御手段と、を有することを特徴とする撮像
装置を提供する。
領域内に第２導電型の第２の領域を形成した光電変換部
と、前記光電変換部で発生した電気信号を信号線に読み
出すための読出手段と、を含む画素と、前記第１の領域
内に形成され、前記信号線に接続された第２導電型の拡
散領域と、前記光電変換部で前記電気信号を蓄積してい
る時に、前記第１の領域と前記拡散領域間を逆バイアス
にする電位制御手段と、を有することを特徴とする撮像
装置を提供する。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
形態について説明する。
形態について説明する。
【００２２】（実施形態１）図１は、本発明の実施形態
１の固体撮像素子の等価回路図である。図１に示す固体
撮像素子は、入射する光信号を電気信号に変換する光電
変換部であるところのフォトダイオード１と、フォトダ
イオード１からの信号電荷を蓄積領域であるフローティ
ングディフュージョン領域１１に転送する転送スイッチ
２と、転送された信号を増幅して出力するソースフォロ
ア（増幅トランジスタ１０、定電流源）及び定電圧源５
とを備えている。
１の固体撮像素子の等価回路図である。図１に示す固体
撮像素子は、入射する光信号を電気信号に変換する光電
変換部であるところのフォトダイオード１と、フォトダ
イオード１からの信号電荷を蓄積領域であるフローティ
ングディフュージョン領域１１に転送する転送スイッチ
２と、転送された信号を増幅して出力するソースフォロ
ア（増幅トランジスタ１０、定電流源）及び定電圧源５
とを備えている。
【００２３】また、図１に示す固体撮像素子は、蓄積さ
れた電荷が転送されるフォトダイオード１を選択する選
択スイッチ６と、フローティングディフュージョン領域
１１を電位ＶPRにリセットするリセットスイッチ３及び
リセット電圧源４と、転送スイッチ２のオン／オフを切
り替えることにより生じる固定パターンノイズを除去す
るための転送ゲート１５ａ、１５ｂと、転送ゲート１５
ａ、１５ｂをオンしたときに入力される信号を蓄積する
信号蓄積部１６とを備えている。
れた電荷が転送されるフォトダイオード１を選択する選
択スイッチ６と、フローティングディフュージョン領域
１１を電位ＶPRにリセットするリセットスイッチ３及び
リセット電圧源４と、転送スイッチ２のオン／オフを切
り替えることにより生じる固定パターンノイズを除去す
るための転送ゲート１５ａ、１５ｂと、転送ゲート１５
ａ、１５ｂをオンしたときに入力される信号を蓄積する
信号蓄積部１６とを備えている。
【００２４】ここで、フォトダイオ−ド１、転送スイッ
チ２、リセットスイッチ３、選択スイッチ６、増幅トラ
ンジスタ１０により画素を構成する。
チ２、リセットスイッチ３、選択スイッチ６、増幅トラ
ンジスタ１０により画素を構成する。
【００２５】なお、本実施形態では、たとえばフォトダ
イオード１のアノード側をＧＮＤに接地し、カソード側
を転送スイッチ２に接続することによって、フォトダイ
オード１への電荷の蓄積を開始するときに、フォトダイ
オード１の逆バイアスフォト電圧ＶREVを１Ｖ程度とし
ている。
イオード１のアノード側をＧＮＤに接地し、カソード側
を転送スイッチ２に接続することによって、フォトダイ
オード１への電荷の蓄積を開始するときに、フォトダイ
オード１の逆バイアスフォト電圧ＶREVを１Ｖ程度とし
ている。
【００２６】図２は、図１に示す固体撮像素子の各部分
の接続状態を示す模式断面図である。図２において、ａ
はフォトダイオード１、ｂはフォトダイオード１から電
荷を転送する転送スイッチ２のゲート、ｃは電荷の転送
先であるフローティングディフュージョン領域１１、ｄ
はリセットスイッチ３のゲート、ｅはリセット電源４及
び定電圧源５、ｆは増幅トランジスタ１０のゲート、ｇ
は増幅トランジスタ１０のソース、ｈは選択スイッチ６
のゲート、ｉは垂直信号線１３に接続された拡散領域
（出力部）を示している。なお、ｎ型導電型の（ｎ
+層）フォトダイオードａ〜拡散領域ｉを、ｐ型ウェル
中に形成している。
の接続状態を示す模式断面図である。図２において、ａ
はフォトダイオード１、ｂはフォトダイオード１から電
荷を転送する転送スイッチ２のゲート、ｃは電荷の転送
先であるフローティングディフュージョン領域１１、ｄ
はリセットスイッチ３のゲート、ｅはリセット電源４及
び定電圧源５、ｆは増幅トランジスタ１０のゲート、ｇ
は増幅トランジスタ１０のソース、ｈは選択スイッチ６
のゲート、ｉは垂直信号線１３に接続された拡散領域
（出力部）を示している。なお、ｎ型導電型の（ｎ
+層）フォトダイオードａ〜拡散領域ｉを、ｐ型ウェル
中に形成している。
【００２７】図３は、図１に示した固体撮像素子を動作
させるタイミングチャートである。図３には、選択スイ
ッチ６のゲートに入力している選択信号ΦＳＥＬ、リセ
ットスイッチ３のゲートに入力しているリセット信号Φ
ＲＥＳ、転送スイッチ２のゲートに入力しているトラン
スファーゲート信号ΦＴＸ、各転送ゲート１５ａ、１５
ｂのゲートに入力しているノイズ信号読み出し信号ΦＴ
Ｎ及び転送信号ΦＴＳを示している。
させるタイミングチャートである。図３には、選択スイ
ッチ６のゲートに入力している選択信号ΦＳＥＬ、リセ
ットスイッチ３のゲートに入力しているリセット信号Φ
ＲＥＳ、転送スイッチ２のゲートに入力しているトラン
スファーゲート信号ΦＴＸ、各転送ゲート１５ａ、１５
ｂのゲートに入力しているノイズ信号読み出し信号ΦＴ
Ｎ及び転送信号ΦＴＳを示している。
【００２８】なお、本実施形態では、各信号のパルス波
がハイレベルのときに各スイッチ等のゲートをオンし、
ローレベルのときに各スイッチのゲートをオフするよう
にしている。
がハイレベルのときに各スイッチ等のゲートをオンし、
ローレベルのときに各スイッチのゲートをオフするよう
にしている。
【００２９】つぎに、図３を用いて図１に示した固体撮
像素子の動作について説明する。まず、リセットスイッ
チ３のゲートに入力しているリセット信号ΦＲＥＳをハ
イレベルとした状態で、転送スイッチ２のゲートに入力
しているトランスファーゲート信号ΦＴＸをローレベル
とすると、フォトダイオード１では、入射光を光電変換
して得られる電荷を蓄積し始める。
像素子の動作について説明する。まず、リセットスイッ
チ３のゲートに入力しているリセット信号ΦＲＥＳをハ
イレベルとした状態で、転送スイッチ２のゲートに入力
しているトランスファーゲート信号ΦＴＸをローレベル
とすると、フォトダイオード１では、入射光を光電変換
して得られる電荷を蓄積し始める。
【００３０】このとき、選択スイッチ６のゲートに印加
している選択信号ΦＳＥＬをハイレベルにすることによ
って、拡散領域（図４のｉ）が所定の電位となり、拡散
領域（図４のｉ）間は逆バイアスとなる。また、垂直信
号線１３側の電位をフォトダイオード１の電位より高く
している。こうして、垂直信号線１３側からフォトダイ
オード１へリーク電流が流れないようにする。
している選択信号ΦＳＥＬをハイレベルにすることによ
って、拡散領域（図４のｉ）が所定の電位となり、拡散
領域（図４のｉ）間は逆バイアスとなる。また、垂直信
号線１３側の電位をフォトダイオード１の電位より高く
している。こうして、垂直信号線１３側からフォトダイ
オード１へリーク電流が流れないようにする。
【００３１】つぎに、リセットスイッチ３のゲートに印
加しているリセット信号ΦＲＥＳをローレベルとした後
に、ノイズ信号読みだし信号ΦＴＮをハイレベルにし
て、増幅トランジスタ１０により生じる固定パターンノ
イズ信号が垂直信号線１３、転送ゲート１５ｂを介して
信号蓄積部１６へ入力する。
加しているリセット信号ΦＲＥＳをローレベルとした後
に、ノイズ信号読みだし信号ΦＴＮをハイレベルにし
て、増幅トランジスタ１０により生じる固定パターンノ
イズ信号が垂直信号線１３、転送ゲート１５ｂを介して
信号蓄積部１６へ入力する。
【００３２】そして、ノイズ信号読みだし信号ΦＴＮを
ローレベルにした後に、トランスファーゲート信号ΦＴ
Ｘをハイレベルにすると、フォトダイオード１で電荷の
蓄積が終了するとともに、蓄積されていた電荷がフロー
ティングディフュージョン領域１１に転送される。
ローレベルにした後に、トランスファーゲート信号ΦＴ
Ｘをハイレベルにすると、フォトダイオード１で電荷の
蓄積が終了するとともに、蓄積されていた電荷がフロー
ティングディフュージョン領域１１に転送される。
【００３３】そして、トランスファーゲート信号ＴＸを
ローレベルにして、フォトダイオード１からフローティ
ングディフュージョン領域１１への電荷の転送を終了さ
せ、フォトダイオード１に、再び電荷を蓄積させる。な
お、トランスファーゲート信号ＴＸをローレベルにする
までの間に、フォトダイオード１に蓄積されていた電荷
は、フローティングディフュージョン領域１１へ転送さ
れることにより空乏層化して、ほぼリセットされたよう
な状態となる。
ローレベルにして、フォトダイオード１からフローティ
ングディフュージョン領域１１への電荷の転送を終了さ
せ、フォトダイオード１に、再び電荷を蓄積させる。な
お、トランスファーゲート信号ＴＸをローレベルにする
までの間に、フォトダイオード１に蓄積されていた電荷
は、フローティングディフュージョン領域１１へ転送さ
れることにより空乏層化して、ほぼリセットされたよう
な状態となる。
【００３４】また、選択信号ΦＳＥＬはハイレベルであ
るため、フローティングディフュージョン領域１１へ転
送された電荷に基づいてソースフォロア１０で増幅され
ることによって得られる増幅信号は、垂直信号線１３に
読み出される。つづいて、転送信号ΦＴＳをハイレベル
にすると、垂直信号線１３に読み出された信号は、転送
ゲート１５ａを介して、信号蓄積部１６へ入力される。
るため、フローティングディフュージョン領域１１へ転
送された電荷に基づいてソースフォロア１０で増幅され
ることによって得られる増幅信号は、垂直信号線１３に
読み出される。つづいて、転送信号ΦＴＳをハイレベル
にすると、垂直信号線１３に読み出された信号は、転送
ゲート１５ａを介して、信号蓄積部１６へ入力される。
【００３５】信号蓄積部１６では、転送ゲート１５ｂを
介して入力された入力信号と、転送ゲート１５ａを介し
て入力された入力信号とが、図示しない差分回路によっ
て差分されるようなタイミングで出力部へ出力される。
出力部では、入力された２つの信号を差分することによ
り、転送スイッチ２のオン／オフを切り替えたときに生
じる固定パターンノイズを除去する。そして、選択信号
ΦＳＥＬをロウレベルとして、読み出し動作が終了す
る。
介して入力された入力信号と、転送ゲート１５ａを介し
て入力された入力信号とが、図示しない差分回路によっ
て差分されるようなタイミングで出力部へ出力される。
出力部では、入力された２つの信号を差分することによ
り、転送スイッチ２のオン／オフを切り替えたときに生
じる固定パターンノイズを除去する。そして、選択信号
ΦＳＥＬをロウレベルとして、読み出し動作が終了す
る。
【００３６】フォトダイオード１で電荷を蓄積している
期間中に、選択スイッチ６のゲート及びリセットスイッ
チ３のゲートに入力している信号は各々ハイレベルなの
で、リセット電源４の電位をＶPR、フォースフォロア１
０のゲート−ソース間をＶGSとすると、垂直信号線１３
側の電圧Ｖｏｕｔは、 Ｖｏｕｔ＝ＶPR−ＶGS と表すことができる。
期間中に、選択スイッチ６のゲート及びリセットスイッ
チ３のゲートに入力している信号は各々ハイレベルなの
で、リセット電源４の電位をＶPR、フォースフォロア１
０のゲート−ソース間をＶGSとすると、垂直信号線１３
側の電圧Ｖｏｕｔは、 Ｖｏｕｔ＝ＶPR−ＶGS と表すことができる。
【００３７】本実施形態において、たとえばＶPR＝３．
５Ｖ、ＶGS＝１．５Ｖと設定すると、拡散領域（図4の
ｉ）とｐウエル（図4のｊ）間には、２Vの逆バイアス電
圧が印加され、光電変換部の電位と垂直信号線側の電位
の関係は、 ＶREV＜Ｖｏｕｔ の関係にある。
５Ｖ、ＶGS＝１．５Ｖと設定すると、拡散領域（図4の
ｉ）とｐウエル（図4のｊ）間には、２Vの逆バイアス電
圧が印加され、光電変換部の電位と垂直信号線側の電位
の関係は、 ＶREV＜Ｖｏｕｔ の関係にある。
【００３８】図８は、図２のフォトダイオードａ、ｐ型
ウェル及び拡散領域ｉにおける信号電荷に対するポテン
シャルを示した図である。なお、図８には、比較のた
め、従来の拡散領域ｉのポテンシャルも示している。上
記のように、フォトダイオード１で電荷を蓄積している
間、出力部ｉのポテンシャルをフォトダイオ−ドａのポ
テンシャルより低くしているため、拡散領域ｉの電荷が
ｐ型ウェルを介して光電変換部ａ側に流れないようにし
ているため、フォトダイオード１に電荷を蓄積中に出力
部ｉからフォトダイオードａにリーク電流が流れない。
ウェル及び拡散領域ｉにおける信号電荷に対するポテン
シャルを示した図である。なお、図８には、比較のた
め、従来の拡散領域ｉのポテンシャルも示している。上
記のように、フォトダイオード１で電荷を蓄積している
間、出力部ｉのポテンシャルをフォトダイオ−ドａのポ
テンシャルより低くしているため、拡散領域ｉの電荷が
ｐ型ウェルを介して光電変換部ａ側に流れないようにし
ているため、フォトダイオード１に電荷を蓄積中に出力
部ｉからフォトダイオードａにリーク電流が流れない。
【００３９】つまり、フォトダイオード１のカソードの
電位に対して垂直信号線１３に接続された拡散領域の電
位は高く設定されている。このことにより、出力部から
フォトダイオード１への電荷の流れ込みをなくすことが
できる。従って、フォトダイオード１で蓄積された電荷
を読み出したときに、その電荷にはノイズが少ないた
め、高画質の画像が得られる。
電位に対して垂直信号線１３に接続された拡散領域の電
位は高く設定されている。このことにより、出力部から
フォトダイオード１への電荷の流れ込みをなくすことが
できる。従って、フォトダイオード１で蓄積された電荷
を読み出したときに、その電荷にはノイズが少ないた
め、高画質の画像が得られる。
【００４０】ここで、上記の実施形態では、フォトダイ
オ−ドの電位aに対して拡散領域ｉの電位を高くしてい
るが、フォトダイオ−ドａの電位と拡散領域ｉの電位関
係に関係なく、ｐウエルｊと拡散領域ｉ間を逆バイアス
にすることによってのみであってもよい。
オ−ドの電位aに対して拡散領域ｉの電位を高くしてい
るが、フォトダイオ−ドａの電位と拡散領域ｉの電位関
係に関係なく、ｐウエルｊと拡散領域ｉ間を逆バイアス
にすることによってのみであってもよい。
【００４１】（実施形態２）図４は、本発明の実施形態
２の固体撮像素子の等価回路図である。図４に示すよう
に、本実施形態の固体撮像素子は、垂直信号線１３に直
列に第１のスイッチ８を接続している。本実施形態で
は、第１のスイッチ８を設けることによって、フォトダ
イオード１に電荷を蓄積しているときに、ソースフォロ
ア１０のソース−ドレイン間に電流を流れないようにし
て、消費電力を抑制している。なお、図４において、図
１と同様の部分には、同一の符号を付している。
２の固体撮像素子の等価回路図である。図４に示すよう
に、本実施形態の固体撮像素子は、垂直信号線１３に直
列に第１のスイッチ８を接続している。本実施形態で
は、第１のスイッチ８を設けることによって、フォトダ
イオード１に電荷を蓄積しているときに、ソースフォロ
ア１０のソース−ドレイン間に電流を流れないようにし
て、消費電力を抑制している。なお、図４において、図
１と同様の部分には、同一の符号を付している。
【００４２】図５は、図４に示した固体撮像素子を動作
させるタイミングチャートである。図５には、選択信号
ΦＳＥＬ、リセット信号ΦＲＥＳ及びトランスファーゲ
ート信号ΦＴＸに加えて、スイッチ８のゲートに入力し
ている信号ΦＩＯＦＦも示している。
させるタイミングチャートである。図５には、選択信号
ΦＳＥＬ、リセット信号ΦＲＥＳ及びトランスファーゲ
ート信号ΦＴＸに加えて、スイッチ８のゲートに入力し
ている信号ΦＩＯＦＦも示している。
【００４３】本実施形態では、リセット信号ΦＲＥＳを
ローレベルとすると共に、信号ΦＩＯＦＦをハイレベル
としている。また、トランスファーゲート信号ΦＴＸが
ハイレベル、ローレベルとされることによってフォトダ
イオード１に蓄積されている電荷が、フローティングデ
ィフュージョン領域１１に転送された後に、リセット信
号ΦＲＥＳをハイレベルとすると共に、信号ΦＩＯＦＦ
をローレベルとしている。
ローレベルとすると共に、信号ΦＩＯＦＦをハイレベル
としている。また、トランスファーゲート信号ΦＴＸが
ハイレベル、ローレベルとされることによってフォトダ
イオード１に蓄積されている電荷が、フローティングデ
ィフュージョン領域１１に転送された後に、リセット信
号ΦＲＥＳをハイレベルとすると共に、信号ΦＩＯＦＦ
をローレベルとしている。
【００４４】すなわち、信号ΦＩＯＦＦのハイレベル／
ローレベルの切り替えは、リセット信号ΦＲＥＳのロー
レベル／ハイレベルと同じタイミングでされている。こ
うして、本実施形態では、上記のように、フォトダイオ
ード１において電荷を蓄積しているときに、ソースフォ
ロア１０のソース−ドレイン間に電流を流れないように
して、消費電力を抑えている。
ローレベルの切り替えは、リセット信号ΦＲＥＳのロー
レベル／ハイレベルと同じタイミングでされている。こ
うして、本実施形態では、上記のように、フォトダイオ
ード１において電荷を蓄積しているときに、ソースフォ
ロア１０のソース−ドレイン間に電流を流れないように
して、消費電力を抑えている。
【００４５】実施形態１、２では、フォｔダイオ−ド１
が光電変換によって生じた電気信号を蓄積している間
に、転送スイッチをオフ、リセットスイッチ及び選択ス
イッチをオンにするようなパルスを制御する駆動回路
（図９の１０８）が電位制御手段に相当する。
が光電変換によって生じた電気信号を蓄積している間
に、転送スイッチをオフ、リセットスイッチ及び選択ス
イッチをオンにするようなパルスを制御する駆動回路
（図９の１０８）が電位制御手段に相当する。
【００４６】また、実施形態１、２では、選択スイッチ
６を増幅トランジスタ１０と垂直信号線１０の間に接続
する構成であってもよい。
６を増幅トランジスタ１０と垂直信号線１０の間に接続
する構成であってもよい。
【００４７】（実施形態３）図６は、本発明の実施形態
３の固体撮像素子の等価回路図である。図６に示すよう
に、本実施形態の固体撮像素子は、垂直信号線１３の電
位を、電荷を蓄積しているフォトダイオード１の電位よ
りも高電位であるＶVRとするための第２のスイッチ９及
び定電圧源ＶVR１２が設けている。本実施形態では、第
２のスイッチ９及び定電圧源ＶVR１２を設けることによ
って、選択スイッチ６等によらずに、垂直信号線１３の
電位をフォトダイオード１の電位よりも高くしている。
なお、図６において、図４と同様の部分には、同一の符
号を付している。
３の固体撮像素子の等価回路図である。図６に示すよう
に、本実施形態の固体撮像素子は、垂直信号線１３の電
位を、電荷を蓄積しているフォトダイオード１の電位よ
りも高電位であるＶVRとするための第２のスイッチ９及
び定電圧源ＶVR１２が設けている。本実施形態では、第
２のスイッチ９及び定電圧源ＶVR１２を設けることによ
って、選択スイッチ６等によらずに、垂直信号線１３の
電位をフォトダイオード１の電位よりも高くしている。
なお、図６において、図４と同様の部分には、同一の符
号を付している。
【００４８】図７は、図６に示した固体撮像素子を動作
させるタイミングチャートである。図７には、選択信号
ΦＳＥＬ、リセット信号ΦＲＥＳトランスファーゲート
信号ΦＴＸ及び信号ΦＩＯＦＦに加えて、第２のスイッ
チ９のゲートに入力している信号ΦＶＲも示している。
させるタイミングチャートである。図７には、選択信号
ΦＳＥＬ、リセット信号ΦＲＥＳトランスファーゲート
信号ΦＴＸ及び信号ΦＩＯＦＦに加えて、第２のスイッ
チ９のゲートに入力している信号ΦＶＲも示している。
【００４９】図７を用いて、図６に示した固体撮像素子
の動作について説明する。まず、リセットスイッチ３の
ゲートに入力しているリセット信号ΦＲＥＳをハイレベ
ルとした状態で、転送スイッチ２のゲートに入力してい
るトランスファーゲート信号ΦＴＸをローレベルとする
と、フォトダイオード１では、入射光を光電変換して得
られる電荷を蓄積し始める。
の動作について説明する。まず、リセットスイッチ３の
ゲートに入力しているリセット信号ΦＲＥＳをハイレベ
ルとした状態で、転送スイッチ２のゲートに入力してい
るトランスファーゲート信号ΦＴＸをローレベルとする
と、フォトダイオード１では、入射光を光電変換して得
られる電荷を蓄積し始める。
【００５０】このとき、選択スイッチ６のゲートに印加
している選択信号ΦＳＥＬをともにハイレベルにして、
垂直信号線１３側の電位をフォトダイオード１の電位よ
り高くしている。こうして、垂直信号線１３側からフォ
トダイオード１へリーク電流が流れないようにする。
している選択信号ΦＳＥＬをともにハイレベルにして、
垂直信号線１３側の電位をフォトダイオード１の電位よ
り高くしている。こうして、垂直信号線１３側からフォ
トダイオード１へリーク電流が流れないようにする。
【００５１】また、実施形態２と同様に、信号ΦＩＯＦ
Ｆは、リセット信号ΦＲＥＳのローレベル／ハイレベル
と同じタイミングでハイレベル／ローレベルの切り替え
をしている。さらに、信号ΦＶＲは、リセット信号ΦＲ
ＥＳのハイレベル／ローレベルと同じタイミングでハイ
レベル／ローレベルの切り替えをしている。
Ｆは、リセット信号ΦＲＥＳのローレベル／ハイレベル
と同じタイミングでハイレベル／ローレベルの切り替え
をしている。さらに、信号ΦＶＲは、リセット信号ΦＲ
ＥＳのハイレベル／ローレベルと同じタイミングでハイ
レベル／ローレベルの切り替えをしている。
【００５２】つぎに、リセットスイッチ３のゲートに印
加しているリセット信号ΦＲＥＳをローレベル、すなわ
ち、信号ΦＩＯＦＦをハイレベル、信号ΦＶＲをローレ
ベルとした後に、選択信号ΦＳＥＬをハイレベルに切り
替える。そして、ノイズ読み出し信号ΦＴＮをハイレベ
ルとして、転送スイッチ２のハイレベル、ローレベルの
切り替えによって生じた固定パターンノイズを、垂直信
号線１３、転送ゲート１５ｂを介して、信号蓄積部１６
へ入力する。
加しているリセット信号ΦＲＥＳをローレベル、すなわ
ち、信号ΦＩＯＦＦをハイレベル、信号ΦＶＲをローレ
ベルとした後に、選択信号ΦＳＥＬをハイレベルに切り
替える。そして、ノイズ読み出し信号ΦＴＮをハイレベ
ルとして、転送スイッチ２のハイレベル、ローレベルの
切り替えによって生じた固定パターンノイズを、垂直信
号線１３、転送ゲート１５ｂを介して、信号蓄積部１６
へ入力する。
【００５３】その後、ノイズ読み出し信号ΦＴＮをロー
レベルとした後に、トランスファーゲート信号ΦＴＸを
ハイレベルにすると、フォトダイオード１で電荷の蓄積
が終了するとともに、蓄積されていた電荷がフローティ
ングディフュージョン領域１１に転送される。
レベルとした後に、トランスファーゲート信号ΦＴＸを
ハイレベルにすると、フォトダイオード１で電荷の蓄積
が終了するとともに、蓄積されていた電荷がフローティ
ングディフュージョン領域１１に転送される。
【００５４】そして、トランスファーゲート信号ＴＸを
ローレベルにして、フォトダイオード１からフローティ
ングディフュージョン領域１１への電荷の転送を終了さ
せ、フォトダイオード１に、再び電荷を蓄積をさせる。
なお、トランスファーゲート信号ＴＸをローレベルにす
るまでの間に、フォトダイオード１に蓄積されていた電
荷は、フローティングディフュージョン領域１１へ転送
されることにより空乏層化して、ほぼリセットされたよ
うな状態となる。
ローレベルにして、フォトダイオード１からフローティ
ングディフュージョン領域１１への電荷の転送を終了さ
せ、フォトダイオード１に、再び電荷を蓄積をさせる。
なお、トランスファーゲート信号ＴＸをローレベルにす
るまでの間に、フォトダイオード１に蓄積されていた電
荷は、フローティングディフュージョン領域１１へ転送
されることにより空乏層化して、ほぼリセットされたよ
うな状態となる。
【００５５】また、選択信号ΦＳＥＬはハイレベルであ
るため、フローティングディフュージョン領域１１へ転
送された電荷に基づいてソースフォロア１０で増幅され
ることによって得られる増幅信号は、垂直信号線１３に
読み出される。つづいて、転送信号ΦＴＳをハイレベル
にすると、垂直信号線１３に読み出された信号は、転送
ゲート１５ａを介して、信号蓄積部１６へ入力される。
るため、フローティングディフュージョン領域１１へ転
送された電荷に基づいてソースフォロア１０で増幅され
ることによって得られる増幅信号は、垂直信号線１３に
読み出される。つづいて、転送信号ΦＴＳをハイレベル
にすると、垂直信号線１３に読み出された信号は、転送
ゲート１５ａを介して、信号蓄積部１６へ入力される。
【００５６】信号蓄積部１６では、転送ゲート１５ｂを
介して入力された入力信号と、転送ゲート１５ａを介し
て入力された入力信号とが、図示しない差分回路によっ
て差分されるようにタイミングが取られた後に出力部へ
出力される。出力部では、入力された２つの信号を差分
することにより、転送スイッチ２のオン／オフを切り替
えたときに生じる固定パターンノイズを除去している。
そして、選択信号ΦＳＥＬをロウレベルとして、読み出
し動作が終了する。
介して入力された入力信号と、転送ゲート１５ａを介し
て入力された入力信号とが、図示しない差分回路によっ
て差分されるようにタイミングが取られた後に出力部へ
出力される。出力部では、入力された２つの信号を差分
することにより、転送スイッチ２のオン／オフを切り替
えたときに生じる固定パターンノイズを除去している。
そして、選択信号ΦＳＥＬをロウレベルとして、読み出
し動作が終了する。
【００５７】本実施形態では、フォトダイオード１で電
荷を蓄積しているときに、信号ΦＶＲをハイレベルとし
ているため、定電圧源ＶVR１２により垂直信号線１３を
フォトダイオード１よりも高電位とすることができる。
そのため、実施形態１のように選択信号ΦＳＥＬをハイ
レベルにすることなく、垂直信号線１３側からフォトダ
イオード１にリーク電流が流れないようにすることがで
き、そのため、フォトダイオード１で蓄積された電荷を
読み出したときに、その電荷にはノイズが少なく、高画
質の画像が得られる。
荷を蓄積しているときに、信号ΦＶＲをハイレベルとし
ているため、定電圧源ＶVR１２により垂直信号線１３を
フォトダイオード１よりも高電位とすることができる。
そのため、実施形態１のように選択信号ΦＳＥＬをハイ
レベルにすることなく、垂直信号線１３側からフォトダ
イオード１にリーク電流が流れないようにすることがで
き、そのため、フォトダイオード１で蓄積された電荷を
読み出したときに、その電荷にはノイズが少なく、高画
質の画像が得られる。
【００５８】ここで、実施形態３では、実施形態１、２
と同様に、フォトダイオ−ドの電位ａと拡散領域ｉの電
位に関係なく、ｐウエルｊと拡散領域ｉの間を逆バイア
スにすることのみであってもよい。
と同様に、フォトダイオ−ドの電位ａと拡散領域ｉの電
位に関係なく、ｐウエルｊと拡散領域ｉの間を逆バイア
スにすることのみであってもよい。
【００５９】又、実施形態３では、第２のスイッチ9、
定電流源１２、及びフォトダイオ−ド１が光電変換によ
って生じた電気信号を蓄積している間に、第２のスイッ
チをオンにするようなパルスを出力するように制御する
駆動回路（図９の１０８）が電位制御手段に相当する。
定電流源１２、及びフォトダイオ−ド１が光電変換によ
って生じた電気信号を蓄積している間に、第２のスイッ
チをオンにするようなパルスを出力するように制御する
駆動回路（図９の１０８）が電位制御手段に相当する。
【００６０】上記の実施形態３では、フォトダイオ−ド
１、転送スイッチ２、リセットスイッチ３、選択スイッ
チ６、増幅トランジスタ１０で１画素を構成している
が、例えばフォトダイオ−ド１と転送スイッチ２によっ
て１画素を構成する等の他の画素構成であってもよい。
１、転送スイッチ２、リセットスイッチ３、選択スイッ
チ６、増幅トランジスタ１０で１画素を構成している
が、例えばフォトダイオ−ド１と転送スイッチ２によっ
て１画素を構成する等の他の画素構成であってもよい。
【００６１】（実施形態４）図９に基づいて、上記で説
明した実施形態 １〜３で説明した固体撮像素子を用い
た撮像装置について説明する。
明した実施形態 １〜３で説明した固体撮像素子を用い
た撮像装置について説明する。
【００６２】図において、１０１はレンズのプロテクト
とメインスイッチを兼ねるバリア、１０２は被写体の光
学像を固体撮像素子１０４に結像させるレンズ、１０３
はレンズ１０２を通った光量を可変するための絞り、１
０４はレンズ１０２で結像された被写体を画像信号とし
て取り込むための固体撮像素子、１０５は、固体撮像素
子１０４から出力される画像信号を増幅するゲイン可変
アンプ部及びゲイン値を補正するためのゲイン補正回路
部等を含む撮像信号処理回路、１０６は固体撮像素子１
０４より出力される画像信号のアナログーディジタル変
換を行うＡ／Ｄ変換器、１０７はＡ／Ｄ変換器１０６よ
り出力された画像データに各種の補正を行ったりデータ
を圧縮する信号処理部、１０８は固体撮像素子１０４、
撮像信号処理回路１０５、Ａ／Ｄ変換器１０６、信号処
理部１０７に、各種タイミング信号を出力する駆動回
路、１０９は各種演算と撮像装置全体を制御する全体制
御・演算部、１１０は画像データを一時的に記憶する為
のメモリ部、１１１は記録媒体に記録または読み出しを
行うためのインターフェース部、１１２は画像データの
記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可
能な記録媒体、１１３は外部コンピュータ等と通信する
為のインターフェース部である。
とメインスイッチを兼ねるバリア、１０２は被写体の光
学像を固体撮像素子１０４に結像させるレンズ、１０３
はレンズ１０２を通った光量を可変するための絞り、１
０４はレンズ１０２で結像された被写体を画像信号とし
て取り込むための固体撮像素子、１０５は、固体撮像素
子１０４から出力される画像信号を増幅するゲイン可変
アンプ部及びゲイン値を補正するためのゲイン補正回路
部等を含む撮像信号処理回路、１０６は固体撮像素子１
０４より出力される画像信号のアナログーディジタル変
換を行うＡ／Ｄ変換器、１０７はＡ／Ｄ変換器１０６よ
り出力された画像データに各種の補正を行ったりデータ
を圧縮する信号処理部、１０８は固体撮像素子１０４、
撮像信号処理回路１０５、Ａ／Ｄ変換器１０６、信号処
理部１０７に、各種タイミング信号を出力する駆動回
路、１０９は各種演算と撮像装置全体を制御する全体制
御・演算部、１１０は画像データを一時的に記憶する為
のメモリ部、１１１は記録媒体に記録または読み出しを
行うためのインターフェース部、１１２は画像データの
記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可
能な記録媒体、１１３は外部コンピュータ等と通信する
為のインターフェース部である。
【００６３】次に、前述の構成における撮影時の撮像装
置の動作について説明する。バリア１０１がオープンさ
れるとメイン電源がオンされ、次にコントロール系の電
源がオンし、更にＡ／Ｄ変換器１０６などの撮像系回路
の電源がオンされる。それから、露光量を制御する為
に、全体制御・演算部１０９は絞り１０３を開放にし、
固体撮像素子１０４から出力された信号はＡ／Ｄ変換器
１０６で変換された後、信号処理部１０７に入力され
る。
置の動作について説明する。バリア１０１がオープンさ
れるとメイン電源がオンされ、次にコントロール系の電
源がオンし、更にＡ／Ｄ変換器１０６などの撮像系回路
の電源がオンされる。それから、露光量を制御する為
に、全体制御・演算部１０９は絞り１０３を開放にし、
固体撮像素子１０４から出力された信号はＡ／Ｄ変換器
１０６で変換された後、信号処理部１０７に入力され
る。
【００６４】そのデータを基に露出の演算を全体制御・
演算部１０９で行う。この測光を行った結果により明る
さを判断し、その結果に応じて全体制御・演算部９は絞
りを制御する。
演算部１０９で行う。この測光を行った結果により明る
さを判断し、その結果に応じて全体制御・演算部９は絞
りを制御する。
【００６５】次に、固体撮像素子１０４から出力された
信号をもとに、高周波成分を取り出し被写体までの距離
の演算を全体制御・演算部１０９で行う。その後、レン
ズを駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判
断した時は、再びレンズを駆動し測距を行う。
信号をもとに、高周波成分を取り出し被写体までの距離
の演算を全体制御・演算部１０９で行う。その後、レン
ズを駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判
断した時は、再びレンズを駆動し測距を行う。
【００６６】そして、合焦が確認された後に本露光が始
まる。
まる。
【００６７】露光が終了すると、固体撮像素子１０４か
ら出力された画像信号はＡ／Ｄ変換器１０６でＡ／Ｄ変
換され、信号処理部７を通り全体制御・演算部１０９に
よりメモリ部に書き込まれる。その後、メモリ部１１０
に蓄積されたデータは、全体制御・演算部１０９の制御
により記録媒体制御Ｉ／Ｆ部を通り半導体メモリ等の着
脱可能な記録媒体１１２に記録される。また、外部Ｉ／
Ｆ部１１３を通り直接コンピュータ等に入力して画像の
加工を行ってもよい。
ら出力された画像信号はＡ／Ｄ変換器１０６でＡ／Ｄ変
換され、信号処理部７を通り全体制御・演算部１０９に
よりメモリ部に書き込まれる。その後、メモリ部１１０
に蓄積されたデータは、全体制御・演算部１０９の制御
により記録媒体制御Ｉ／Ｆ部を通り半導体メモリ等の着
脱可能な記録媒体１１２に記録される。また、外部Ｉ／
Ｆ部１１３を通り直接コンピュータ等に入力して画像の
加工を行ってもよい。
【００６８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の撮像装置
は、光電変換部で光電変換によって生じた電気信号を蓄
積中に、信号線側から光電変換部へリーク電流が流れな
い。このため、光電変換部で蓄積された電荷を読み出し
たときに、その電荷にはノイズが少ないため、高画質の
画像を得ることができる。
は、光電変換部で光電変換によって生じた電気信号を蓄
積中に、信号線側から光電変換部へリーク電流が流れな
い。このため、光電変換部で蓄積された電荷を読み出し
たときに、その電荷にはノイズが少ないため、高画質の
画像を得ることができる。
【図１】本発明の実施形態１の固体撮像素子の等価回路
図である。
図である。
【図２】図１に示した固体撮像素子の各部分の接続状態
を示す模式断面図である。
を示す模式断面図である。
【図３】図１の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施形態２の固体撮像素子の等価回路
図である。
図である。
【図５】図４の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の実施形態３の固体撮像素子の等価回路
図である。
図である。
【図７】図６の動作を示すタイミングチャートである。
【図８】図２のフォトダイオード、ｐ型ウェル及び出力
部における信号電荷に対するポテンシャルを示した図で
ある。
部における信号電荷に対するポテンシャルを示した図で
ある。
【図９】実施形態１から３の固体撮像素子を用いた撮像
装置を表す図である。
装置を表す図である。
【図１０】従来技術の固体撮像素子の等価回路図であ
る。
る。
【図１１】図８の動作を示すタイミングチャートであ
る。
る。
１ フォトダイオード ２ 転送スイッチ ３ リセットスイッチ ４ リセット電圧源 ５ 定電圧源 ６ 選択スイッチ ７ 定電流源 ８ 第１のスイッチ ９ 第２のスイッチ １０ ソースフォロア １１ フローティングディフュージョン領域 １２ 定電圧源ＶVR
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小泉 徹 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 櫻井 克仁 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 乾 文洋 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 藤村 大 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 Ｆターム(参考） 4M118 AA05 AA10 AB01 BA14 CA03 DD07 DD08 DD10 DD12 FA06 FA34 FA42 5C024 CX04 EX42 GY31 GY42 GY44 GZ00 HX23
Claims (12)
- 【請求項１】 入射光を電気信号に変換して蓄積する光
電変換部と、前記光電変換部で発生した前記電気信号を
信号線に読み出すための読出手段とを含む画素と、 前記光電変換部で前記電気信号を蓄積しているときに、
前記信号線側の電位を前記光電変換部の電位よりも高く
する電位制御手段と、 を有することを特徴とする撮像装置。 - 【請求項２】 前記画素は、前記光電変換部からの前記
電気信号を転送する転送スイッチと、前記転送スイッチ
を介して転送された前記電気信号を蓄積する蓄積領域
と、前記蓄積領域の電位をリセット電位にリセットする
リセットスイッチと、前記蓄積領域に蓄積されている前
記電気信号を前記信号線に読み出すための選択スイッチ
とを備えることを特徴とする請求項１に記載の撮像装
置。 - 【請求項３】 前記電位制御手段は、前記転送スイッチ
をオフし、且つ前記選択スイッチ及び前記リセットスイ
ッチをオンした状態で、前記光電変換部に前記電気信号
の蓄積をさせることにより、前記信号線側の電位を前記
光電変換部の電位よりも高くすることを特徴とする請求
項２に記載の撮像装置。 - 【請求項４】 前記電位制御手段は、前記信号線側を前
記光電変換部よりも高電位にする電源と、前記電源に接
続された第２のスイッチ手段を含み、前記光電変換部で
前記電気信号を蓄積しているときに、前記第２のスイッ
チ手段をオンすることを特徴とする請求項１から４のい
ずれか１項に記載の撮像装置。 - 【請求項５】 前記信号線に定電流を供給するための定
電流源と、前記定電流源と前記信号線とを接続するため
の第１のスイッチ手段とを有し、前記第１のスイッチ手
段は、前記光電変換部で前記電気信号を蓄積している
時、オフになっていることを特徴とする請求項１から４
のいずれか１項に記載の撮像装置。 - 【請求項６】 入射光を電気信号に変換して蓄積する第
１導電型の光電変換部を含む画素と、前記光電変換部に
蓄積されている前記電気信号が読み出される信号線に接
続された第１導電型の拡散領域と、第２導電型の半導体
領域に備え、前記光電変換部で前記電気信号を蓄積して
いるときに、前記拡散領域の電位を前記光電変換部の電
位よりも高くする電位制御手段を備えることを特徴とす
る撮像装置。 - 【請求項７】 第１導電型の第１の領域内に第２導電型
の第２の領域を形成した光電変換部と、前記光電変換部
で発生した電気信号を信号線に読み出すための読出手段
と、を含む画素と、 前記第１の領域内に形成され、前記信号線に接続された
第２導電型の拡散領域と、 前記光電変換部で前記電気信号を蓄積している時に、前
記第１の領域と前記拡散領域間を逆バイアスにする電位
制御手段と、 を有することを特徴とする撮像装置。 - 【請求項８】 前記画素は、前記光電変換部からの前記
電気信号を転送する転送スイッチと、前記転送スイッチ
を介して転送された前記電気信号を蓄積する蓄積領域
と、前記蓄積領域の電位をリセット電位にリセットする
リセットスイッチと、前記蓄積領域に蓄積されている前
記電気信号を前記信号線に読み出すための選択スイッチ
とを備えることを特徴とする請求項７に記載の撮像装
置。 - 【請求項９】 前記電位制御手段は、前記転送スイッチ
をオフし、且つ前記選択スイッチ及び前記リセットスイ
ッチをオンした状態で、前記光電変換部に前記電気信号
の蓄積をさせることにより、前記信号線側の電位を前記
光電変換部の電位よりも高くすることを特徴とする請求
項８に記載の撮像装置。 - 【請求項１０】 前記電位制御手段は、前記信号線側を
前記光電変換部よりも高電位にする電源と、前記電源に
接続された第２のスイッチ手段を含み、前記光電変換部
で前記電気信号を蓄積しているときに、前記第２のスイ
ッチ手段をオンすることを特徴とする請求項７から９の
いずれか１項に記載の撮像装置。 - 【請求項１１】 前記信号線に定電流を供給するための
定電流源と、前記定電流源と前記信号線とを接続するた
めの第１のスイッチ手段とを有し、前記第１のスイッチ
手段は、前記光電変換部で前記電気信号を蓄積している
時、オフになっていることを特徴とする請求項７から１
０のいずれか１項に記載の撮像装置。 - 【請求項１２】 前記画素に光を結像するレンズと、前
記画素からの信号をディジタル信号に変換するアナログ
・ディジタル変換回路と、前記アナログ・ディジタル変
換回路からの信号の信号処理を行う信号処理回路と、を
有することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１
項に記載の撮像装置。
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|---|---|
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