JP2500210B2 - 固体撮像素子 - Google Patents
固体撮像素子Info
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- JP2500210B2 JP2500210B2 JP3290163A JP29016391A JP2500210B2 JP 2500210 B2 JP2500210 B2 JP 2500210B2 JP 3290163 A JP3290163 A JP 3290163A JP 29016391 A JP29016391 A JP 29016391A JP 2500210 B2 JP2500210 B2 JP 2500210B2
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- photodiode
- solid
- signal
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- switching diode
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Links
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- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 12
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
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- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
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Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体撮像素子に係わり、
例えば一次元あるいは二次元のイメージセンサに用いら
れる。
例えば一次元あるいは二次元のイメージセンサに用いら
れる。
【０００２】
【従来の技術】従来、このような分野の技術として、例
えば電子通信学会論文誌´８６／１１，Ｖｏｌ．Ｊ６９
−Ｃ，Ｎｏ．１１，ＰＰ．１４３８〜１４４２や、テレ
ビジョン学会技術報告Ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．５０，Ｐ
Ｐ．５５〜６０に開示されたものが知られている。図４
はその回路の要部と駆動パルスの波形を示している。
えば電子通信学会論文誌´８６／１１，Ｖｏｌ．Ｊ６９
−Ｃ，Ｎｏ．１１，ＰＰ．１４３８〜１４４２や、テレ
ビジョン学会技術報告Ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．５０，Ｐ
Ｐ．５５〜６０に開示されたものが知られている。図４
はその回路の要部と駆動パルスの波形を示している。
【０００３】図示の通り、各々の画素はフォトダイオー
ドＰＤとブロッキングダイオードＢＤを有している。こ
こで、フォトダイオードＰＤとブロッキングダイオード
ＢＤは互いに逆直列に接続されている。そして、同図
（ｂ）に示す駆動パルスΦy をブロッキングダイオード
ＢＤに印加することで、読出期間にこれをオンとさせ、
フォトダイオードＰＤの信号電荷を読み出すようにして
いる。なお、読み出された信号電荷はアンプ１にてＩ／
Ｖ変換されて出力される。
ドＰＤとブロッキングダイオードＢＤを有している。こ
こで、フォトダイオードＰＤとブロッキングダイオード
ＢＤは互いに逆直列に接続されている。そして、同図
（ｂ）に示す駆動パルスΦy をブロッキングダイオード
ＢＤに印加することで、読出期間にこれをオンとさせ、
フォトダイオードＰＤの信号電荷を読み出すようにして
いる。なお、読み出された信号電荷はアンプ１にてＩ／
Ｖ変換されて出力される。
【０００４】ところで、このような装置では、信号電荷
の読み出しに際して、スパイク状のノイズが生じる。す
なわち、信号読出時にブロッキングダイオードＢＤに大
きなリセットパルス（駆動パルス）を印加するため、フ
ォトダイオードＰＤを通して出力線（読出線）にリセッ
トパルスが混入され、スパイクノイズとなる。そして、
このノイズが信号電流と同程度以上になると、アンプ１
が飽和してしまうので、これを回避するために初段の増
幅率を高くできない。そこで、前者の公知文献では、外
付けのノイズキャンセル回路を設けることにより、上記
のスパイクノイズの影響を回避している。
の読み出しに際して、スパイク状のノイズが生じる。す
なわち、信号読出時にブロッキングダイオードＢＤに大
きなリセットパルス（駆動パルス）を印加するため、フ
ォトダイオードＰＤを通して出力線（読出線）にリセッ
トパルスが混入され、スパイクノイズとなる。そして、
このノイズが信号電流と同程度以上になると、アンプ１
が飽和してしまうので、これを回避するために初段の増
幅率を高くできない。そこで、前者の公知文献では、外
付けのノイズキャンセル回路を設けることにより、上記
のスパイクノイズの影響を回避している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ノイズキャン
セル回路を外付けすると、この外付け回路自身のノイズ
が信号に混入される欠点がある。また、この従来技術で
は、ノイズキャンセルが行い得る程度まで信号レベルを
高めることが必要になるが、このようにすると前述のよ
うにアンプの飽和が生じやすくなり、従って初段利得を
十分に高くできないという制約条件の下では、好適なノ
イズ処理は困難である。本発明は、かかる問題点を解決
する。
セル回路を外付けすると、この外付け回路自身のノイズ
が信号に混入される欠点がある。また、この従来技術で
は、ノイズキャンセルが行い得る程度まで信号レベルを
高めることが必要になるが、このようにすると前述のよ
うにアンプの飽和が生じやすくなり、従って初段利得を
十分に高くできないという制約条件の下では、好適なノ
イズ処理は困難である。本発明は、かかる問題点を解決
する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は複数の画素ごと
に設けられた複数のフォトダイオードと、これら複数の
フォトダイオードに駆動パルスを印加することで蓄積期
間に信号電荷を蓄積させると共に、読出期間に蓄積した
信号電荷を読出線を介して読み出しさせる駆動制御手段
とを備える固体撮像素子において、複数の画素のそれぞ
れはフォトダイオードに順直列に接続されたスイッチ用
ダイオードを有し、フォトダイオードとスイッチ用ダイ
オードの共通接続点はキャパシタを介して読出線に接続
され、駆動制御手段は、共通接続点の反対側のスイッチ
用ダイオードの端子に対して駆動パルスの反転信号を与
えるように構成されていることを特徴とする。ここで、
フォトダイオードとスイッチ用ダイオ−ドの電流・電圧
特性および容量特性が同等であるとしてもよい。
に設けられた複数のフォトダイオードと、これら複数の
フォトダイオードに駆動パルスを印加することで蓄積期
間に信号電荷を蓄積させると共に、読出期間に蓄積した
信号電荷を読出線を介して読み出しさせる駆動制御手段
とを備える固体撮像素子において、複数の画素のそれぞ
れはフォトダイオードに順直列に接続されたスイッチ用
ダイオードを有し、フォトダイオードとスイッチ用ダイ
オードの共通接続点はキャパシタを介して読出線に接続
され、駆動制御手段は、共通接続点の反対側のスイッチ
用ダイオードの端子に対して駆動パルスの反転信号を与
えるように構成されていることを特徴とする。ここで、
フォトダイオードとスイッチ用ダイオ−ドの電流・電圧
特性および容量特性が同等であるとしてもよい。
【０００７】
【作用】本発明の構成によれば、フォトダイオードＰＤ
とスイッチ用ダイオードＳＤは互いに順直列に接続さ
れ、互いに反転された駆動パルスが反対の端子に印加さ
れるので、蓄積期間には双方のダイオードが逆バイアス
となり、読出期間には双方のダイオードが順バイアスと
なる。従って、蓄積期間には信号電荷はキャパシタに蓄
積され、読出期間には駆動パルスは双方のダイオードを
流れてキャンセルされるので、ノイズの生じない信号出
力が可能になる。また、双方のダイオードを同等とすれ
ば、暗電流のキャンセルも可能になる。
とスイッチ用ダイオードＳＤは互いに順直列に接続さ
れ、互いに反転された駆動パルスが反対の端子に印加さ
れるので、蓄積期間には双方のダイオードが逆バイアス
となり、読出期間には双方のダイオードが順バイアスと
なる。従って、蓄積期間には信号電荷はキャパシタに蓄
積され、読出期間には駆動パルスは双方のダイオードを
流れてキャンセルされるので、ノイズの生じない信号出
力が可能になる。また、双方のダイオードを同等とすれ
ば、暗電流のキャンセルも可能になる。
【０００８】
【実施例】以下、添付図面の図１〜図３により、本発明
の一実施例を説明する。なお、同一符号は同一要素を示
している。
の一実施例を説明する。なお、同一符号は同一要素を示
している。
【０００９】図１は第１実施例の構成を示し、同図
（ａ）は回路図、同図（ｂ）は駆動パルスΦ1 、Φ2 と
共通接続点の電位Ｖｊの波形図である。図示の通り、フ
ォトダイオードＰＤとスイッチ用ダイオードＳＤは同一
方向に接続（順直列に接続）され、共通接続点は電荷蓄
積用コンデンサＣiを介してして信号電荷出力用の読出
線２に接続されている。フォトダイオードＰＤのアノー
ドはシフトレジスタ３に接続され、スイッチ用ダイオー
ドＳＤのカソードはインバータ４を介してシフトレジス
タ３に接続され、従ってこれらダイオードＰＤ、ＳＤに
は反転された駆動パルスΦ1 、Φ2 が入力される。な
お、読出線２はＩ／Ｖ変換用のアンプ１を介してマルチ
プレクサ５に接続されている。
（ａ）は回路図、同図（ｂ）は駆動パルスΦ1 、Φ2 と
共通接続点の電位Ｖｊの波形図である。図示の通り、フ
ォトダイオードＰＤとスイッチ用ダイオードＳＤは同一
方向に接続（順直列に接続）され、共通接続点は電荷蓄
積用コンデンサＣiを介してして信号電荷出力用の読出
線２に接続されている。フォトダイオードＰＤのアノー
ドはシフトレジスタ３に接続され、スイッチ用ダイオー
ドＳＤのカソードはインバータ４を介してシフトレジス
タ３に接続され、従ってこれらダイオードＰＤ、ＳＤに
は反転された駆動パルスΦ1 、Φ2 が入力される。な
お、読出線２はＩ／Ｖ変換用のアンプ１を介してマルチ
プレクサ５に接続されている。
【００１０】次に、上記の回路の動作を説明する。駆動
パルスΦ1 、Φ2 は図１（ｂ）のようになっており、従
って信号電荷の蓄積期間ではフォトダイオードＰＤとス
イッチ用ダイオードＳＤは共に逆バイアスになってい
る。このため、フォトダイオードＰＤへの入射光量に対
応した信号電荷量に応じて電荷蓄積用コンデンサＣi の
電荷量が変化し、共通接続点の電位Ｖｊも変化する。こ
のとき、フォトダイオードＰＤ出力の暗電流成分はスイ
ッチ用ダイオードＳＤの暗電流とキャンセルされ、従っ
て温度変化によって特性が変動することもない。特にこ
の効果はフォトダイオードＰＤとスイッチ用ダイオード
ＳＤが電流・電圧特性と容量特性において同一のとき著
しい。なお、蓄積期間では電荷蓄積用コンデンサＣi の
直流成分阻止機能により、読出線２に出力電流が現われ
ることはない。
パルスΦ1 、Φ2 は図１（ｂ）のようになっており、従
って信号電荷の蓄積期間ではフォトダイオードＰＤとス
イッチ用ダイオードＳＤは共に逆バイアスになってい
る。このため、フォトダイオードＰＤへの入射光量に対
応した信号電荷量に応じて電荷蓄積用コンデンサＣi の
電荷量が変化し、共通接続点の電位Ｖｊも変化する。こ
のとき、フォトダイオードＰＤ出力の暗電流成分はスイ
ッチ用ダイオードＳＤの暗電流とキャンセルされ、従っ
て温度変化によって特性が変動することもない。特にこ
の効果はフォトダイオードＰＤとスイッチ用ダイオード
ＳＤが電流・電圧特性と容量特性において同一のとき著
しい。なお、蓄積期間では電荷蓄積用コンデンサＣi の
直流成分阻止機能により、読出線２に出力電流が現われ
ることはない。
【００１１】蓄積期間から信号の読出期間になると、駆
動パルスΦ1 、Φ2 は同期して反転し、フォトダイオー
ドＰＤとスイッチ用ダイオードＳＤは共に順バイアスと
なる。これにより、共通接続点の電位Ｖｊがリセットさ
れ、これに応じて電荷蓄積用コンデンサＣi の読出線２
側に信号電荷量に応じた電流が現われる。この出力はア
ンプ１でＩ／Ｖ変換され、マルチプレクサ５から外部に
出力される。
動パルスΦ1 、Φ2 は同期して反転し、フォトダイオー
ドＰＤとスイッチ用ダイオードＳＤは共に順バイアスと
なる。これにより、共通接続点の電位Ｖｊがリセットさ
れ、これに応じて電荷蓄積用コンデンサＣi の読出線２
側に信号電荷量に応じた電流が現われる。この出力はア
ンプ１でＩ／Ｖ変換され、マルチプレクサ５から外部に
出力される。
【００１２】この駆動パルスΦ1 、Φ2 の反転時には、
フォトダイオードＰＤとスイッチ用ダイオードＳＤに駆
動パルスΦ1 、Φ2 自身が流れるが、各々のダイオード
ＰＤ、ＳＤが順バイアスになっているので互いにキャン
セルされてスパイクノイズとなることがない。このた
め、読出線２における出力電流のノイズ成分は少なくな
り、初段アンプの利得を高めることが可能になる。
フォトダイオードＰＤとスイッチ用ダイオードＳＤに駆
動パルスΦ1 、Φ2 自身が流れるが、各々のダイオード
ＰＤ、ＳＤが順バイアスになっているので互いにキャン
セルされてスパイクノイズとなることがない。このた
め、読出線２における出力電流のノイズ成分は少なくな
り、初段アンプの利得を高めることが可能になる。
【００１３】図２は上記実施例におけるフォトダイオー
ドＰＤとスイッチ用ダイオードＳＤの構造を示し、同図
（ａ）は断面図、同図（ｂ）は上面図である。フォトダ
イオードＰＤとスイッチ用ダイオードＳＤはガラス基板
１０上にａ−Ｓｉ：Ｈ１１を堆積して形成される。フォ
トダイオードＰＤのカソードとなるＣｒなどの第１層金
属電極１２はスイッチ用ダイオードＳＤのアノードとな
る第２層金属電極１３接続されている。この第２層金属
電極１３上にはａ−ＳｉＮなどの絶縁膜１４が形成さ
れ、この上に第３層金属電極１５が形成されることによ
り電荷蓄積用コンデンサＣi が構成されている。そし
て、この第３層金属電極１５は読出線２と一体形成され
ることで、初段アンプに接続されている。
ドＰＤとスイッチ用ダイオードＳＤの構造を示し、同図
（ａ）は断面図、同図（ｂ）は上面図である。フォトダ
イオードＰＤとスイッチ用ダイオードＳＤはガラス基板
１０上にａ−Ｓｉ：Ｈ１１を堆積して形成される。フォ
トダイオードＰＤのカソードとなるＣｒなどの第１層金
属電極１２はスイッチ用ダイオードＳＤのアノードとな
る第２層金属電極１３接続されている。この第２層金属
電極１３上にはａ−ＳｉＮなどの絶縁膜１４が形成さ
れ、この上に第３層金属電極１５が形成されることによ
り電荷蓄積用コンデンサＣi が構成されている。そし
て、この第３層金属電極１５は読出線２と一体形成され
ることで、初段アンプに接続されている。
【００１４】なお、フォトダイオードＰＤの受光面には
ＩＴＯなどの透明電極１６が設けられているのに対し、
スイッチ用ダイオードＳＤには光入射しないようにされ
ている。そして、ａ−Ｓｉ：Ｈ層１１は同一プロセスで
略同一特性にて形成されている。このため、蓄積期間に
おける暗電流のキャンセルと、読出期間におけるスパイ
クノイズの混入防止を、同時に実現できることになる。
ＩＴＯなどの透明電極１６が設けられているのに対し、
スイッチ用ダイオードＳＤには光入射しないようにされ
ている。そして、ａ−Ｓｉ：Ｈ層１１は同一プロセスで
略同一特性にて形成されている。このため、蓄積期間に
おける暗電流のキャンセルと、読出期間におけるスパイ
クノイズの混入防止を、同時に実現できることになる。
【００１５】図３は第２実施例に係わる固体撮像素子を
示し、同図（ａ）は回路図、同図（ｂ）は信号波形図で
ある。この実施例では、駆動パルスΦ1 をスイッチ用ダ
イオードＳＤのアノードに入力し、反転駆動パルスΦ2
をフォトダイオードＰＤのカソードに入力している。ま
た、セットパルスΦS はＰチャネルおよびＮチャネルの
２個の並列接続されたＭＯＳトランジスタ６を介して、
読出線２のレベルを初期値に設定する信号である。ま
た、リセットパルスΦR はＭＯＳトランジスタ７を介し
て、積分増幅器９をリセットする信号である。さらに、
読出パルスΦX1〜ΦXnはＭＯＳトランジスタ８を介し
て、読出線２の出力を外部に読み出す信号である。
示し、同図（ａ）は回路図、同図（ｂ）は信号波形図で
ある。この実施例では、駆動パルスΦ1 をスイッチ用ダ
イオードＳＤのアノードに入力し、反転駆動パルスΦ2
をフォトダイオードＰＤのカソードに入力している。ま
た、セットパルスΦS はＰチャネルおよびＮチャネルの
２個の並列接続されたＭＯＳトランジスタ６を介して、
読出線２のレベルを初期値に設定する信号である。ま
た、リセットパルスΦR はＭＯＳトランジスタ７を介し
て、積分増幅器９をリセットする信号である。さらに、
読出パルスΦX1〜ΦXnはＭＯＳトランジスタ８を介し
て、読出線２の出力を外部に読み出す信号である。
【００１６】上記の第２実施例の動作を、図３（ｂ）に
より説明する。まず、読出期間の直前にリセットパルス
ΦR によってトランジスタ７がオフとなり、積分増幅器
９は信号の積分が可能となる。読出期間に入ると、フォ
トダイオードＰＤとスイッチ用ダイオードＳＤは共に順
バイアスとなり、電荷蓄積用コンデンサＣi の読出線２
側に電位変化が生じる。このとき、セットパルスΦS は
ハイレベルなので、トレンジスタ６はオンとなってお
り、従って読出線２の電位変化は積分増幅器９に伝えら
れる。
より説明する。まず、読出期間の直前にリセットパルス
ΦR によってトランジスタ７がオフとなり、積分増幅器
９は信号の積分が可能となる。読出期間に入ると、フォ
トダイオードＰＤとスイッチ用ダイオードＳＤは共に順
バイアスとなり、電荷蓄積用コンデンサＣi の読出線２
側に電位変化が生じる。このとき、セットパルスΦS は
ハイレベルなので、トレンジスタ６はオンとなってお
り、従って読出線２の電位変化は積分増幅器９に伝えら
れる。
【００１７】読出期間から蓄積期間に入ると、セットパ
ルスΦS が反転してトランジスタ６がオフになり、積分
増幅器９は読出線２から切り離される。このため、電荷
蓄積用コンデンサＣi における信号電荷の蓄積と、積分
増幅器９からの信号出力を同時に実行できる。この積分
増幅器９からの信号出力は、読出パルスΦX1〜ΦXnを順
次にハイレベルとすることで行い、全ての読み出しが終
了したら、パルスΦS 、ΦR が共にハイレベルとなる。
これにより、トレンジスタ６、７は共にオンとなり、次
の読出期間に進む。
ルスΦS が反転してトランジスタ６がオフになり、積分
増幅器９は読出線２から切り離される。このため、電荷
蓄積用コンデンサＣi における信号電荷の蓄積と、積分
増幅器９からの信号出力を同時に実行できる。この積分
増幅器９からの信号出力は、読出パルスΦX1〜ΦXnを順
次にハイレベルとすることで行い、全ての読み出しが終
了したら、パルスΦS 、ΦR が共にハイレベルとなる。
これにより、トレンジスタ６、７は共にオンとなり、次
の読出期間に進む。
【００１８】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、フォトダ
イオードＰＤとスイッチ用ダイオードＳＤは互いに順直
列に接続され、互いに反転された駆動パルスが反対の端
子に印加されるので、蓄積期間には双方のダイオードが
逆バイアスとなり、読出期間には双方のダイオードが順
バイアスとなる。従って、蓄積期間には信号電荷はキャ
パシタに蓄積され、読出期間には駆動パルスは双方のダ
イオードを流れてキャンセルされるので、ノイズの生じ
ない信号出力が可能になる。また、双方のダイオードを
同等とすれば、暗電流のキャンセルも可能になる。本発
明の素子にシンチレータを取り付ければ、放射線検出素
子として利用できることになる。
イオードＰＤとスイッチ用ダイオードＳＤは互いに順直
列に接続され、互いに反転された駆動パルスが反対の端
子に印加されるので、蓄積期間には双方のダイオードが
逆バイアスとなり、読出期間には双方のダイオードが順
バイアスとなる。従って、蓄積期間には信号電荷はキャ
パシタに蓄積され、読出期間には駆動パルスは双方のダ
イオードを流れてキャンセルされるので、ノイズの生じ
ない信号出力が可能になる。また、双方のダイオードを
同等とすれば、暗電流のキャンセルも可能になる。本発
明の素子にシンチレータを取り付ければ、放射線検出素
子として利用できることになる。
【図１】第１実施例の固体撮像素子を示す図である。
【図２】フォトダイオードＰＤとスイッチ用ダイオード
ＳＤの具体例を示す図である。
ＳＤの具体例を示す図である。
【図３】第２実施例の固体撮像素子を示す図である。
【図４】従来の固体撮像素子を示す図である。
１…アンプ、２…読出線、Ｃi …電荷蓄積用コンデン
サ、ＰＤ…フォトダイオード、ＳＤ…スイッチ用ダイオ
ード
サ、ＰＤ…フォトダイオード、ＳＤ…スイッチ用ダイオ
ード
Claims (2)
- 【請求項１】 複数の画素ごとに設けられた複数のフォ
トダイオードと、これら複数のフォトダイオードに駆動
パルスを印加することで蓄積期間に信号電荷を蓄積させ
ると共に、読出期間に前記蓄積した信号電荷を読出線を
介して読み出しさせる駆動制御手段とを備える固体撮像
素子において、 前記複数の画素のそれぞれは前記フォトダイオードに順
直列に接続されたスイッチ用ダイオードを有し、前記フ
ォトダイオードと前記スイッチ用ダイオードの共通接続
点はキャパシタを介して前記読出線に接続され、 前記駆動制御手段は、前記共通接続点の反対側の前記ス
イッチ用ダイオードの端子に対して前記駆動パルスの反
転信号を与えるように構成されていることを特徴とする
固体撮像素子。 - 【請求項２】 前記フォトダイオードと前記スイッチ用
ダイオ−ドの電流・電圧特性および容量特性が同等であ
る請求１項記載の固体撮像素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3290163A JP2500210B2 (ja) | 1991-11-06 | 1991-11-06 | 固体撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3290163A JP2500210B2 (ja) | 1991-11-06 | 1991-11-06 | 固体撮像素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05129577A JPH05129577A (ja) | 1993-05-25 |
| JP2500210B2 true JP2500210B2 (ja) | 1996-05-29 |
Family
ID=17752577
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3290163A Expired - Fee Related JP2500210B2 (ja) | 1991-11-06 | 1991-11-06 | 固体撮像素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2500210B2 (ja) |
-
1991
- 1991-11-06 JP JP3290163A patent/JP2500210B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05129577A (ja) | 1993-05-25 |
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