JP2021145200A5 - - Google Patents
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Description
横方向に配列した画素１３からなる任意の画素行の信号を読み取るには、時刻Ｔ１に、駆動回路１４は、制御線Ｇｎにハイレベルの電位を印加する。すると、画素１３のトランジスタＴＲ２が導通状態となる。これにより、フォトダイオードＰＤのアノード端子の電位Ｖｐｄに応じた電流が、トランジスタＴＲ１のソース-ドレイン間に流れる。ここで、トランジスタＴＲ５はトランジスタＴＲＢとカレントミラー回路を構成しているため、トランジスタＴＲ５のドレイン－ソース間に流れる電流は、駆動回路１４の電流源の電流Ｉｒｅｆと等しく、一定である。
従って、図６中の信号線Ｄｍの電位Ｖ１は、以下の式で表される。ここでαはオフセット電圧であり、トランジスタＴＲ１の閾値電圧に依存する値を持つ。
Ｖ１＝Ｖｐｄ＋α （式１）
Ｖ１＝Ｖｐｄ＋α （式１）
さらに、式１から式３の関係から電位Ｖ４は以下のように書き直すことができる。
Ｖ４＝－Ｃｄｅｔ／Ｃｆ×（ＶＢ－Ｖｐｄ）＋Ｖ３ （式５）
Ｖ４＝－Ｃｄｅｔ／Ｃｆ×（ＶＢ－Ｖｐｄ）＋Ｖ３ （式５）
つまり、信号量に応じた電位Ｖｐｄと既知の電位ＶＢとの差分電圧が、容量Ｃｄｅｔと容量Ｃｆの比率だけ増幅され、積分器から出力される。ここで注目すべきは、画素１３のトランジスタＴＲ１の閾値電圧に依存したオフセット電圧αが、電位Ｖ１とＶ２の差分をとることで、なくなっていることである。つまり、個々の画素１３でオフセット電圧にばらつきがあっても、積分器の出力にはばらつきが生じない。
時刻Ｔ１に、駆動回路１４は、制御線Ｇｎをハイレベルにして、トランジスタＴＲ２を導通状態にする。本開示の実施形態１に関わるイメージセンサの光信号読み出し動作の説明と同様に、フォトダイオードＰＤのアノード端子の電位Ｖｐｄに応じた電位が信号線Ｄｍに出力される。
上述のように、本開示のイメージセンサでは、高精細化、つまり画素サイズが小さくなっても、高いＳＮＲを維持することが可能である。さらに、画素列に配置した増幅回路を構成するトランジスタの閾値電圧のばらつきに起因する光信号のオフセットばらつきを抑制できる。また、各画素行に配置された信号検出回路の増幅率が一定に揃えるために、増幅率を検出することが可能である。本開示のイメージセンサでは、画素の増幅回路を構成するトランジスタの特性変動を抑制する動作を行うことも可能である。
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