JP2589747B2 - 固体撮像素子およびその駆動方法 - Google Patents
固体撮像素子およびその駆動方法Info
- Publication number
- JP2589747B2 JP2589747B2 JP63077329A JP7732988A JP2589747B2 JP 2589747 B2 JP2589747 B2 JP 2589747B2 JP 63077329 A JP63077329 A JP 63077329A JP 7732988 A JP7732988 A JP 7732988A JP 2589747 B2 JP2589747 B2 JP 2589747B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- transistor
- terminal
- switching means
- capacitive element
- turned
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、カメラなどに利用される固体撮像素子およ
びその駆動方法に関し、特に再度読出し可能に画像情報
を記憶保持する形式の固体撮像素子およびその駆動方法
に関する。
びその駆動方法に関し、特に再度読出し可能に画像情報
を記憶保持する形式の固体撮像素子およびその駆動方法
に関する。
従来、カメラなどに利用される固体撮像素子として、
MOS型あるいはCCD型の光電変換素子が知られている。こ
の種の固体撮像素子は、同じ構造をした一次元または二
次元配列の複数個の検出セルからなっており、各検出セ
ルは画像の一画素の情報を撮像するようになっている。
特に、MOS型の固体撮像素子は、回路構成がCCD型に比較
して多少複雑であるが、低い電圧電源での駆動が可能で
あるという優れた特徴を有している。
MOS型あるいはCCD型の光電変換素子が知られている。こ
の種の固体撮像素子は、同じ構造をした一次元または二
次元配列の複数個の検出セルからなっており、各検出セ
ルは画像の一画素の情報を撮像するようになっている。
特に、MOS型の固体撮像素子は、回路構成がCCD型に比較
して多少複雑であるが、低い電圧電源での駆動が可能で
あるという優れた特徴を有している。
第３図は、再度読出し可能に画像情報を記憶保持する
MOS型の固体撮像素子の検出セルの構造図である。
MOS型の固体撮像素子の検出セルの構造図である。
第３図において検出セル50は、入射光強度に応じた光
電流ISHを発生するフォトダイオード２と、フォトダイ
オード２の受光量（光電流ISH×時間ｔ）を画像情報と
して蓄積する容量素子５と、フォトダイオード２と容量
素子５とを情報蓄積期間中導通状態にするスイッチング
素子FT1と、容量素子５の端子電圧値V0に対するフォト
ダイオード２の接合容量の影響を遮断しフォトダイオー
ド２の印加電圧を一定にクランプするためのトランジス
タFT0と、容量素子５の端子電圧値V0を画像情報として
出力させるトランジスタFT4とを備えている。
電流ISHを発生するフォトダイオード２と、フォトダイ
オード２の受光量（光電流ISH×時間ｔ）を画像情報と
して蓄積する容量素子５と、フォトダイオード２と容量
素子５とを情報蓄積期間中導通状態にするスイッチング
素子FT1と、容量素子５の端子電圧値V0に対するフォト
ダイオード２の接合容量の影響を遮断しフォトダイオー
ド２の印加電圧を一定にクランプするためのトランジス
タFT0と、容量素子５の端子電圧値V0を画像情報として
出力させるトランジスタFT4とを備えている。
さらに容量素子５には、情報蓄積開始前にこの端子電
圧値V0を所定の基準電位Vrefに初期設定するためのスイ
ッチング素子FT3が接続され、トランジスタFT4の出力端
子は、スイッチング素子FT5を介してビデオライン４に
接続されている。またフォトダイオード２には、情報蓄
積期間外に発生する光電流を外部（例えば基準電位Vref
を与える電源）に流すためのスイッチング素子FT2と、
情報蓄積期間外もフォトダイオード２の端子電圧値を低
いレベルにクランプしスイッチング素子FT1がオンとな
った瞬間にすぐに電荷蓄積動作に移行させるためのトラ
ンジスタFT6とが接続されている。
圧値V0を所定の基準電位Vrefに初期設定するためのスイ
ッチング素子FT3が接続され、トランジスタFT4の出力端
子は、スイッチング素子FT5を介してビデオライン４に
接続されている。またフォトダイオード２には、情報蓄
積期間外に発生する光電流を外部（例えば基準電位Vref
を与える電源）に流すためのスイッチング素子FT2と、
情報蓄積期間外もフォトダイオード２の端子電圧値を低
いレベルにクランプしスイッチング素子FT1がオンとな
った瞬間にすぐに電荷蓄積動作に移行させるためのトラ
ンジスタFT6とが接続されている。
スイッチング素子FT1のゲートG1には、情報蓄積期間
中、情報蓄積信号DTが加わり、スイッチング素子FT2の
ゲートG2には、情報蓄積期間外に情報蓄積信号DTを反転
した信号▲▼が加わるようになっている。またトラ
ンジスタFT0,FT6のゲートG0,G6には、これらのトランジ
スタを飽和領域で動作させるための直流バイアス電圧VG
が加わっている。スイッチング素子FT3のゲートG3に
は、容量素子５の端子電圧値V0を基準電位Vrefに初期設
定するためのリセット信号RSTが加わるようになってい
る。トランジスタFT4のゲートG4には容量素子５が接続
され、ドレインD4には一定電圧VDDが印加され、ソースS
4にはこのトランジスタFT4が常に一定のドレイン電流を
流すための定電流源３が接続されている。この定電流源
３はMOSトランジスタFT7,FT8によって構成されており、
定電流源３とトランジスタFT4とにより電流増幅手段す
なわちソースフォロワ回路を構成している。なお定電流
源３のMOSトランジスタFT7,FT8のゲートG7,G8には端子B
11,B12から所定のゲート電圧が加わっているのとする。
さらにスイッチング素子FT5のゲートG5には、容量素子
５の端子電圧値V0をトランジスタFT4のソースS4から画
像情報としてビデオライン４に出力させるための読出信
号SPが加わるようになっている。
中、情報蓄積信号DTが加わり、スイッチング素子FT2の
ゲートG2には、情報蓄積期間外に情報蓄積信号DTを反転
した信号▲▼が加わるようになっている。またトラ
ンジスタFT0,FT6のゲートG0,G6には、これらのトランジ
スタを飽和領域で動作させるための直流バイアス電圧VG
が加わっている。スイッチング素子FT3のゲートG3に
は、容量素子５の端子電圧値V0を基準電位Vrefに初期設
定するためのリセット信号RSTが加わるようになってい
る。トランジスタFT4のゲートG4には容量素子５が接続
され、ドレインD4には一定電圧VDDが印加され、ソースS
4にはこのトランジスタFT4が常に一定のドレイン電流を
流すための定電流源３が接続されている。この定電流源
３はMOSトランジスタFT7,FT8によって構成されており、
定電流源３とトランジスタFT4とにより電流増幅手段す
なわちソースフォロワ回路を構成している。なお定電流
源３のMOSトランジスタFT7,FT8のゲートG7,G8には端子B
11,B12から所定のゲート電圧が加わっているのとする。
さらにスイッチング素子FT5のゲートG5には、容量素子
５の端子電圧値V0をトランジスタFT4のソースS4から画
像情報としてビデオライン４に出力させるための読出信
号SPが加わるようになっている。
このような構成の検出セル50では、容量素子５に画像
情報を蓄積する先立ち、スイッチング素子FT3にリセッ
ト信号RSTを加えスイッチング素子FT3をオンにして容量
素子５の端子電圧値V0を基準電位Vrefに初期設定する。
しかる後に、スイッチング素子FT1に情報蓄積信号DTを
加えスイッチング素子FT1をオンにして容量素子５への
画像情報の蓄積を開始する。
情報を蓄積する先立ち、スイッチング素子FT3にリセッ
ト信号RSTを加えスイッチング素子FT3をオンにして容量
素子５の端子電圧値V0を基準電位Vrefに初期設定する。
しかる後に、スイッチング素子FT1に情報蓄積信号DTを
加えスイッチング素子FT1をオンにして容量素子５への
画像情報の蓄積を開始する。
なお情報蓄積期間外は、スイッチング素子FT2のゲー
トG2に情報蓄積信号DTを反転した信号▲▼が印加さ
れているので、光電流ISHが外部に流れてブルーミング
が防止される一方、トランジスタFT6によりフォトダイ
オード２の端子電圧が低いレベルにクランプされ、スイ
ッチング素子FT1がオンとなった瞬間にすぐに電荷蓄積
動作に移行させることができるようになっている。情報
蓄積期間中、入射光強度に応じてフォトダイオード２に
発生する光電流ISHは、容量素子５に蓄積されていた電
荷を取出し、容量素子５の端子電圧値V0を基準電位Vref
から減少させる。
トG2に情報蓄積信号DTを反転した信号▲▼が印加さ
れているので、光電流ISHが外部に流れてブルーミング
が防止される一方、トランジスタFT6によりフォトダイ
オード２の端子電圧が低いレベルにクランプされ、スイ
ッチング素子FT1がオンとなった瞬間にすぐに電荷蓄積
動作に移行させることができるようになっている。情報
蓄積期間中、入射光強度に応じてフォトダイオード２に
発生する光電流ISHは、容量素子５に蓄積されていた電
荷を取出し、容量素子５の端子電圧値V0を基準電位Vref
から減少させる。
このようにして、情報蓄積期間中、容量素子５の端子
電圧値V0として画像情報を蓄積させた後、情報蓄積信号
DTをオフにすることにより、情報蓄積期間終了時の端子
電圧値V0が画像情報として記憶保持される。
電圧値V0として画像情報を蓄積させた後、情報蓄積信号
DTをオフにすることにより、情報蓄積期間終了時の端子
電圧値V0が画像情報として記憶保持される。
容量素子５に記憶保持されている端子電圧値V0すなわ
ち画像情報をビデオライン４に読出すためには、スイッ
チング素子FT5のゲートG5に読出信号SPを加え、ゲートG
5の電圧をハイレベルにしてスイッチング素子FT5をオン
にする。これによってトランジスタFT4のソースS4とビ
デオライン４とは導通状態となり、トランジスタFT4の
ソースS4からのインピーダンス変換された画像情報はビ
デオライン４に送られる。
ち画像情報をビデオライン４に読出すためには、スイッ
チング素子FT5のゲートG5に読出信号SPを加え、ゲートG
5の電圧をハイレベルにしてスイッチング素子FT5をオン
にする。これによってトランジスタFT4のソースS4とビ
デオライン４とは導通状態となり、トランジスタFT4の
ソースS4からのインピーダンス変換された画像情報はビ
デオライン４に送られる。
このように第３図に示す固体撮影素子の検出セル50で
は、情報蓄積期間中、容量素子５の端子電圧値V0を受光
量に比例して減少させ、情報蓄積期間終了時点における
容量端子５の端子電圧値V0を画像情報として記憶保持す
るようになっている。
は、情報蓄積期間中、容量素子５の端子電圧値V0を受光
量に比例して減少させ、情報蓄積期間終了時点における
容量端子５の端子電圧値V0を画像情報として記憶保持す
るようになっている。
ところで、第３図においてトランジスタFT4および定
電流源３で構成されたソースフォロワ回路は、MOSトラ
ンジスタの飽和特性を利用している。従ってソースフォ
ロワ回路の出力電圧すなわちトランジスタFT4のソースS
4からの出力電圧VOUTは、 VOUT＝Vref＝（VB＋ΔVth） として与えられる。ここでVBは定電流源３のトランジス
タFT8のソース・ゲート間バイアスであり、ΔVthはトラ
ンジスタFT4のしきい値電圧値のバラツキによって生じ
る誤差電圧である。
電流源３で構成されたソースフォロワ回路は、MOSトラ
ンジスタの飽和特性を利用している。従ってソースフォ
ロワ回路の出力電圧すなわちトランジスタFT4のソースS
4からの出力電圧VOUTは、 VOUT＝Vref＝（VB＋ΔVth） として与えられる。ここでVBは定電流源３のトランジス
タFT8のソース・ゲート間バイアスであり、ΔVthはトラ
ンジスタFT4のしきい値電圧値のバラツキによって生じ
る誤差電圧である。
この誤差電圧ΔVthは、S/N比を向上させるために出力
電圧VOUTから取除かれるのが望ましいが、MOSトランジ
スタの製造条件等を厳格に制御しても、その値を３〜5m
V以下にするのは困難であり、画像情報のS/N比を向上さ
せるのには限度があるという問題があった。
電圧VOUTから取除かれるのが望ましいが、MOSトランジ
スタの製造条件等を厳格に制御しても、その値を３〜5m
V以下にするのは困難であり、画像情報のS/N比を向上さ
せるのには限度があるという問題があった。
また、センサの感度を上げようとする場合、容量素子
５の値を小さくする必要がある。しかし、MOS型の固体
撮像素子ではMOSトランジスタのグランドに対する寄生
容量が存在するため、実際にはその寄生容量を利用して
容量素子５を構成せざるをえない。したがって、その容
量値を寄生容量以下にすることはできない。しかも、パ
ターン合わせの精度には限界があるため、寄生容量の値
にバラツキが生じてしまう。そのため、イメージセンサ
全体の容量素子の値を均一にすることが困難であり、イ
メージセンサに対する照射光量が増大するに従い出力の
バラツキが増大するという問題があった。
５の値を小さくする必要がある。しかし、MOS型の固体
撮像素子ではMOSトランジスタのグランドに対する寄生
容量が存在するため、実際にはその寄生容量を利用して
容量素子５を構成せざるをえない。したがって、その容
量値を寄生容量以下にすることはできない。しかも、パ
ターン合わせの精度には限界があるため、寄生容量の値
にバラツキが生じてしまう。そのため、イメージセンサ
全体の容量素子の値を均一にすることが困難であり、イ
メージセンサに対する照射光量が増大するに従い出力の
バラツキが増大するという問題があった。
また、照射光量を増やしてゆくとS4の電位がそれに応
じて下がってゆくため、定電流源３のトランジスタFT
7、FT8が非飽和状態となって定電流源としての機能が低
下し、ビデオライン４をチャージする速度が落ちる。こ
のことは、イメージセンサが多素子化すればするほど大
きな問題となる。
じて下がってゆくため、定電流源３のトランジスタFT
7、FT8が非飽和状態となって定電流源としての機能が低
下し、ビデオライン４をチャージする速度が落ちる。こ
のことは、イメージセンサが多素子化すればするほど大
きな問題となる。
本発明の課題は、このような問題点を解消することに
ある。
ある。
上記課題を解決するために本発明の固体撮像素子は、
容量素子と、この容量素子の一方の端子電圧を電流増幅
とて出力する電流増幅手段と、前記容量素子の他方の端
子に第１のスイッチング手段を介して接続される受光素
子と、前記容量素子の一方の端子を第１の基準電位に選
択的に接続する第２のスイッチング手段と、前記容量素
子の他方の端子を第２の基準電位に選択的に接続する第
３のスイッチング手段と、前記容量素子の他方の端子と
前記電流増幅手段の出力端子とを選択的に接続する第４
のスイッチング手段とを有する検出セルを備えたもので
ある。
容量素子と、この容量素子の一方の端子電圧を電流増幅
とて出力する電流増幅手段と、前記容量素子の他方の端
子に第１のスイッチング手段を介して接続される受光素
子と、前記容量素子の一方の端子を第１の基準電位に選
択的に接続する第２のスイッチング手段と、前記容量素
子の他方の端子を第２の基準電位に選択的に接続する第
３のスイッチング手段と、前記容量素子の他方の端子と
前記電流増幅手段の出力端子とを選択的に接続する第４
のスイッチング手段とを有する検出セルを備えたもので
ある。
そして、その駆動方法は、初期電圧設定期間中に第１
および第３のスイッチング手段を非導通状態にし第２お
よび第４のスイッチング手段を導通状態にして容量素子
の電流増幅手段側端子を第１の基準電位にクランプした
状態で電流増幅手段の入出力間電位差を前記容量素子に
与え、情報蓄積期間中に第３および第４のスイッチング
手段を非導通状態にし第１および第２のスイッチング手
段を導通状態にして前記容量素子に蓄積された電荷を光
電流として受光素子を介して抜き取り、読出期間中に第
１、第２および第４のスイッチング手段を非導通状態に
し第３のスイッチング手段を導通状態にして前記容量素
子の第１のスイッチング側端子の電位を第２の基準電位
にクランプするものである。
および第３のスイッチング手段を非導通状態にし第２お
よび第４のスイッチング手段を導通状態にして容量素子
の電流増幅手段側端子を第１の基準電位にクランプした
状態で電流増幅手段の入出力間電位差を前記容量素子に
与え、情報蓄積期間中に第３および第４のスイッチング
手段を非導通状態にし第１および第２のスイッチング手
段を導通状態にして前記容量素子に蓄積された電荷を光
電流として受光素子を介して抜き取り、読出期間中に第
１、第２および第４のスイッチング手段を非導通状態に
し第３のスイッチング手段を導通状態にして前記容量素
子の第１のスイッチング側端子の電位を第２の基準電位
にクランプするものである。
〔作用〕 初期電圧設定期間において、電流増幅手段の入出力間
電位差が容量素子に予め与えられるので、情報蓄積期間
後の読出期間における電流増幅手段の出力点での出力電
圧にはその入出力間電位差が相殺されたものが現れる。
電位差が容量素子に予め与えられるので、情報蓄積期間
後の読出期間における電流増幅手段の出力点での出力電
圧にはその入出力間電位差が相殺されたものが現れる。
また、容量素子はグランドに対して浮いた状態で用い
られるので、周囲の素子の寄生容量の影響をほとんど受
けない。
られるので、周囲の素子の寄生容量の影響をほとんど受
けない。
さらに、受光量に応じて出力電圧を増加するので、第
２の基準電位を電流増幅手段が正常に動作できる最小値
以上の値に設定しておけば、電流増幅手段は受光量にか
かわらず定電流源が非飽和状態に陥ることなく正常動作
する。
２の基準電位を電流増幅手段が正常に動作できる最小値
以上の値に設定しておけば、電流増幅手段は受光量にか
かわらず定電流源が非飽和状態に陥ることなく正常動作
する。
第１図は本発明の一実施例を示す回路図であり、第３
図の従来回路と同様に、受光素子であるフォトダイオー
ド２およびその受光情報を蓄積する容量素子５を備えて
いる。フォトダイオード２のアノードは接地され、カソ
ードはトランジスタFT6のソースに接続されている。ト
ランジスタFT6はフォトダイオード２の端子電圧を一定
にクランプするためのものであり、そのドレインはスイ
ッチングトランジスタFT1およびFT2のそれぞれのソース
に接続されており、ゲートにはこのトランジスタFT6を
飽和領域で動作させるための直流バイアス電圧VGが印加
されている。
図の従来回路と同様に、受光素子であるフォトダイオー
ド２およびその受光情報を蓄積する容量素子５を備えて
いる。フォトダイオード２のアノードは接地され、カソ
ードはトランジスタFT6のソースに接続されている。ト
ランジスタFT6はフォトダイオード２の端子電圧を一定
にクランプするためのものであり、そのドレインはスイ
ッチングトランジスタFT1およびFT2のそれぞれのソース
に接続されており、ゲートにはこのトランジスタFT6を
飽和領域で動作させるための直流バイアス電圧VGが印加
されている。
トランジスタFT1のドレインは容量素子５のマイナス
側端子に接続されており、トランジスタFT2のドレイン
は電源電圧VDDに接続されている。トランジスタFT1のゲ
ートには情報蓄積期間T2中ハイレベルとなっている情報
蓄積信号DTが与えられるようになっており、トランジス
タFT2のゲートにはその反転信号▲▼が与えられる
ようになっている。
側端子に接続されており、トランジスタFT2のドレイン
は電源電圧VDDに接続されている。トランジスタFT1のゲ
ートには情報蓄積期間T2中ハイレベルとなっている情報
蓄積信号DTが与えられるようになっており、トランジス
タFT2のゲートにはその反転信号▲▼が与えられる
ようになっている。
容量素子５のプラス側端子は、トランジスタFT4のゲ
ートに接続されている。トランジスタFT4は、そのドレ
インが電源電圧VDDに接続されソースが定電流源３に接
続されており、定電流源３と共にソースフォロワ回路す
なわち電流増幅回路を形成している。トランジスタFT4
のソースはトランジスタFT5を介してビデオライン４に
接続されており、トランジスタFT5のゲートには読出信
号SPが印加されるようになっている。このソースフォロ
ワ回路およびトランジスタFT5の構成は第３図の従来回
路と同じである。
ートに接続されている。トランジスタFT4は、そのドレ
インが電源電圧VDDに接続されソースが定電流源３に接
続されており、定電流源３と共にソースフォロワ回路す
なわち電流増幅回路を形成している。トランジスタFT4
のソースはトランジスタFT5を介してビデオライン４に
接続されており、トランジスタFT5のゲートには読出信
号SPが印加されるようになっている。このソースフォロ
ワ回路およびトランジスタFT5の構成は第３図の従来回
路と同じである。
容量素子５のプラス側端子とトランジスタFT4のゲー
トとの接続点ｃには、スイッチングトランジスタFT11の
ソースが接続されている。スイッチングトランジスタFT
11のドレインには第１の基準電位Vref1が与えられお
り、そのゲートには第１のリセット信号Reset1が印加さ
れるようになっている。
トとの接続点ｃには、スイッチングトランジスタFT11の
ソースが接続されている。スイッチングトランジスタFT
11のドレインには第１の基準電位Vref1が与えられお
り、そのゲートには第１のリセット信号Reset1が印加さ
れるようになっている。
トランジスタFT4のソース（ポイントａ）と容量素子
５のマイナス側端子（ポイントｂ）との間にはスイッチ
ングトランジスタFT10が挿入されており、このトランジ
スタFT10のゲートには第２のリセット信号Reset2が印加
されるようになっている。また、同じくポイントｂに
は、スイッチングトランジスタFT12のソースが接続され
ており、そのドレインには第２の基準電位Vref2が与え
られている。このトランジスタFT12のゲートには、読出
期間信号Readが印加されるようになっている。
５のマイナス側端子（ポイントｂ）との間にはスイッチ
ングトランジスタFT10が挿入されており、このトランジ
スタFT10のゲートには第２のリセット信号Reset2が印加
されるようになっている。また、同じくポイントｂに
は、スイッチングトランジスタFT12のソースが接続され
ており、そのドレインには第２の基準電位Vref2が与え
られている。このトランジスタFT12のゲートには、読出
期間信号Readが印加されるようになっている。
つぎに本実施例の動作を第２の波形図に基づいて説明
する。第２図（Ａ）乃至（Ｄ）は、いずれも外部から与
えられる信号であり、（Ａ）はリセット信号Reset1、
（Ｂ）はリセット信号Reset2、（Ｃ）は情報蓄積信号D
T、（Ｄ）は読出期間信号Readを表している。また、同
図（Ｅ）乃至（Ｇ）は、本実施例の回路のポイントａ乃
至ｃでの電位をそれぞれ表すものである。
する。第２図（Ａ）乃至（Ｄ）は、いずれも外部から与
えられる信号であり、（Ａ）はリセット信号Reset1、
（Ｂ）はリセット信号Reset2、（Ｃ）は情報蓄積信号D
T、（Ｄ）は読出期間信号Readを表している。また、同
図（Ｅ）乃至（Ｇ）は、本実施例の回路のポイントａ乃
至ｃでの電位をそれぞれ表すものである。
まず、初期電圧設定期間T1では、情報蓄積信号DTがロ
ーレベルとなっている。したがって、トランジスタFT1
はオフ（非導通状態）、FT2はオン（導通状態）とな
り、光電流ISHはトランジスタFT2を介して流れている。
ーレベルとなっている。したがって、トランジスタFT1
はオフ（非導通状態）、FT2はオン（導通状態）とな
り、光電流ISHはトランジスタFT2を介して流れている。
また、トランジスタFT11はリセット信号Reset1により
オンしており、ポイントｃの電位すなわちトランジスタ
FT4のゲート電位が第２図（Ｇ）に示すように基準電位V
ref1にクランプされている。したがって、トランジスタ
FT4のソース（ポイントａ）に出現する電圧は第２図
（Ｅ）に示すように、 Vref1−Ｖα である。ここで、ＶαはトランジスタFT4のソース・ゲ
ート間で平行シフトされる電圧値であり、詳しくはVB＋
ΔVthである。VBは定電流源３のトランジスタFT8のソー
ス・ゲート間バイアスであり、ΔVthはトランジスタFT4
のしきい値電圧値のバラツキによって生じる誤差電圧で
ある。
オンしており、ポイントｃの電位すなわちトランジスタ
FT4のゲート電位が第２図（Ｇ）に示すように基準電位V
ref1にクランプされている。したがって、トランジスタ
FT4のソース（ポイントａ）に出現する電圧は第２図
（Ｅ）に示すように、 Vref1−Ｖα である。ここで、ＶαはトランジスタFT4のソース・ゲ
ート間で平行シフトされる電圧値であり、詳しくはVB＋
ΔVthである。VBは定電流源３のトランジスタFT8のソー
ス・ゲート間バイアスであり、ΔVthはトランジスタFT4
のしきい値電圧値のバラツキによって生じる誤差電圧で
ある。
さらに、この初期電圧設定期間T1では、リセット信号
Reset2がハイレベル、読出期間信号Readがローレベルで
あるので、トランジスタFT12がオフ、トランジスタFT10
がオンとなっている。
Reset2がハイレベル、読出期間信号Readがローレベルで
あるので、トランジスタFT12がオフ、トランジスタFT10
がオンとなっている。
以上の状態から、容量素子５にＶαの電圧が掛けられ
ることになり、ポイントｂの電圧は第２図（Ｆ）に示す
ように、 Vref1−Ｖα となる。
ることになり、ポイントｂの電圧は第２図（Ｆ）に示す
ように、 Vref1−Ｖα となる。
その後、リセット信号Reset2がローレベルになってト
ランジスタFT10がオフ状態となることにより初期電圧設
定期間T1が終了し、ついで情報蓄積信号DTがハイレベル
となってトランジスタFT1がオン、トランジスタFT2がオ
フとなることにより情報蓄積期間T2に入る。情報蓄積期
間T2では、フォトダイオード２に対する光の照射により
発生する光電流ISHがトランジスタFT1を通じて流れ、容
量素子５のマイナス側から電荷が抜かれる。そして、こ
の電荷のディスチャージによってポイントｂの電位は第
２図（Ｆ）に示すようにISH・t/cだけ降下し、Vref1−
｛Ｖα＋（ISH・t/c）｝となる。したがって、情報蓄積
期間T2の終了時に容量素子５に掛かっている電圧はＶα
＋（ISH・t/c）である。なお、この電圧降下分ISH・t/c
がフォトダイオード２の受光量に相当する情報である。
ランジスタFT10がオフ状態となることにより初期電圧設
定期間T1が終了し、ついで情報蓄積信号DTがハイレベル
となってトランジスタFT1がオン、トランジスタFT2がオ
フとなることにより情報蓄積期間T2に入る。情報蓄積期
間T2では、フォトダイオード２に対する光の照射により
発生する光電流ISHがトランジスタFT1を通じて流れ、容
量素子５のマイナス側から電荷が抜かれる。そして、こ
の電荷のディスチャージによってポイントｂの電位は第
２図（Ｆ）に示すようにISH・t/cだけ降下し、Vref1−
｛Ｖα＋（ISH・t/c）｝となる。したがって、情報蓄積
期間T2の終了時に容量素子５に掛かっている電圧はＶα
＋（ISH・t/c）である。なお、この電圧降下分ISH・t/c
がフォトダイオード２の受光量に相当する情報である。
情報蓄積期間T2が終わって情報蓄積信号DTがローレベ
ルとなると、トランジスタFT1がオフすると同時にトラ
ンジスタFT2がオンし、容量素子５に対する光電流ISHの
影響が遮断される。同時に、リセット信号Reset1もロー
レベルとなってトランジスタFT11がオフし、ポイントｃ
が基準電位Vref1のクランプから解放される。
ルとなると、トランジスタFT1がオフすると同時にトラ
ンジスタFT2がオンし、容量素子５に対する光電流ISHの
影響が遮断される。同時に、リセット信号Reset1もロー
レベルとなってトランジスタFT11がオフし、ポイントｃ
が基準電位Vref1のクランプから解放される。
その後、読出期間T3に入ると、読みだし信号Readがハ
イレベルとなりトランジスタFT12がオンしてポイントｂ
が基準電位Vref2にクランプされる。このとき容量素子
５に掛かっている電圧はＶα＋（ISH・t/c）であるの
で、ポイントｃの電圧は、 Vref2＋｛Ｖα＋（ISH・t/c）｝ となる。
イレベルとなりトランジスタFT12がオンしてポイントｂ
が基準電位Vref2にクランプされる。このとき容量素子
５に掛かっている電圧はＶα＋（ISH・t/c）であるの
で、ポイントｃの電圧は、 Vref2＋｛Ｖα＋（ISH・t/c）｝ となる。
したがって、ポイントａ点の電位すなわち出力値は、 Vref2＋｛Ｖα＋（ISH・t/c）｝−Ｖα ＝Vref2＋ISH・t/c となり、トランジスタFT4のしきい値のバラツキΔVthが
VBと共に除去された形となる。
VBと共に除去された形となる。
このようにして得られたポイントａでの出力電圧値
は、読出信号SPによってオンするトランジスタFT5を通
じてビデオラインに読み出される。
は、読出信号SPによってオンするトランジスタFT5を通
じてビデオラインに読み出される。
以上説明したように、本発明によれば、初期電圧設定
期間で容量素子に電流増幅手段の入出力間電位差が予め
与えられるので、情報蓄積期間後の読出期間での出力電
圧にはその入出力間電位差が相殺されたものが現れ、入
出力間電位差のバラツキを無視することができる。した
がって、正確な受光量を読み取ることができる。
期間で容量素子に電流増幅手段の入出力間電位差が予め
与えられるので、情報蓄積期間後の読出期間での出力電
圧にはその入出力間電位差が相殺されたものが現れ、入
出力間電位差のバラツキを無視することができる。した
がって、正確な受光量を読み取ることができる。
また、容量素子はグランドに対して浮いた状態で用い
られるので、周囲の素子の寄生容量の影響をほとんど受
けない。そのため、容量値の小さな素子をほとんどバラ
ツキなく設けることができる。したがって、出力にバラ
ツキがなく、しかも感度の良い検出セルを提供すること
ができる。
られるので、周囲の素子の寄生容量の影響をほとんど受
けない。そのため、容量値の小さな素子をほとんどバラ
ツキなく設けることができる。したがって、出力にバラ
ツキがなく、しかも感度の良い検出セルを提供すること
ができる。
さらに、受光量に応じて出力電圧が増加するので、第
２の基準電位を電流増幅手段が正常に動作できる最小値
以上の値に設定しておけば、電流増幅手段は受光量にか
かわらず定電流源が非飽和状態に陥ることなく正常動作
する。したがって、ビデオライのチャージアップスピー
ドが受光量に応じて低下することがなくなり、読み出し
速度を常に高速に保持することができる。このことは、
高速読み出しの要求されるもの、たとえばファクシミリ
装置の読取手段などに適用する場合に極めて有効であ
る。
２の基準電位を電流増幅手段が正常に動作できる最小値
以上の値に設定しておけば、電流増幅手段は受光量にか
かわらず定電流源が非飽和状態に陥ることなく正常動作
する。したがって、ビデオライのチャージアップスピー
ドが受光量に応じて低下することがなくなり、読み出し
速度を常に高速に保持することができる。このことは、
高速読み出しの要求されるもの、たとえばファクシミリ
装置の読取手段などに適用する場合に極めて有効であ
る。
第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図はその
動作を示す波形図、第３図は従来の固体撮像素子の検出
セルを示す回路図である。 ２……フォトダイオード、３……定電流源、５……容量
素子、FT1,FT2,FT5,FT6,FT7,FT8,FT10,FT11,FT12……MO
Sトランジスタ。
動作を示す波形図、第３図は従来の固体撮像素子の検出
セルを示す回路図である。 ２……フォトダイオード、３……定電流源、５……容量
素子、FT1,FT2,FT5,FT6,FT7,FT8,FT10,FT11,FT12……MO
Sトランジスタ。
Claims (2)
- 【請求項１】容量素子と、この容量素子の一方の端子電
圧を電流増幅して出力する電流増幅手段と、前記容量素
子の他方の端子に第１のスイッチング手段を介して接続
される受光素子と、前記容量素子の一方の端子を第１の
基準電位に選択的に接続する第２のスイッチング手段
と、前記容量素子の他方の端子を第２の基準電位に選択
的に接続する第３のスイッチング手段と、前記容量素子
の他方の端子と前記電流増幅手段の出力端子とを選択的
に接続する第４のスイッチング手段とを有する検出セル
を備えた固体撮像素子。 - 【請求項２】初期電圧設定期間中に第１および第３のス
イッチング手段を非導通状態にし第２および第４のスイ
ッチング手段を導通状態にして容量素子の電流増幅手段
側端子を第１の基準電位にクランプした状態で電流増幅
手段の入出力間電位差を前記容量素子に与え、情報蓄積
期間中に第３および第４のスイッチング手段を非導通状
態にし第１および第２のスイッチング手段を導通状態に
して前記容量素子に蓄積された電荷を光電流として受光
素子を介して抜き取り、読出期間中に第１、第２および
第４のスイッチング手段を非導通状態にし第３のスイッ
チング手段を導通状態にして前記容量素子の第１のスイ
ッチング側端子の電位を第２の基準電位にクランプする
請求項１記載の固体撮像素子の駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63077329A JP2589747B2 (ja) | 1988-03-30 | 1988-03-30 | 固体撮像素子およびその駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63077329A JP2589747B2 (ja) | 1988-03-30 | 1988-03-30 | 固体撮像素子およびその駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01248881A JPH01248881A (ja) | 1989-10-04 |
| JP2589747B2 true JP2589747B2 (ja) | 1997-03-12 |
Family
ID=13630893
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63077329A Expired - Fee Related JP2589747B2 (ja) | 1988-03-30 | 1988-03-30 | 固体撮像素子およびその駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2589747B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2719058B2 (ja) * | 1991-08-27 | 1998-02-25 | 浜松ホトニクス株式会社 | 固体撮像装置 |
| JP2714293B2 (ja) * | 1991-12-12 | 1998-02-16 | 富士通株式会社 | 固体撮像装置 |
-
1988
- 1988-03-30 JP JP63077329A patent/JP2589747B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01248881A (ja) | 1989-10-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6380530B1 (en) | Method for operating a high sensitivity active pixel | |
| US6078037A (en) | Active pixel CMOS sensor with multiple storage capacitors | |
| US4839735A (en) | Solid state image sensor having variable charge accumulation time period | |
| JP2976242B2 (ja) | 集積回路とその集積回路を用いたカメラ並びに該集積回路技術を用いて作製されたイメージセンサへの副次的な入射光線を検出する方法 | |
| JP2977060B2 (ja) | 固体撮像装置及びその制御方法 | |
| US6522357B2 (en) | Method and apparatus for increasing retention time in image sensors having an electronic shutter | |
| US6836291B1 (en) | Image pickup device with integral amplification | |
| JP2844733B2 (ja) | 光受感ドット信号増幅を伴う光受感装置 | |
| JP3581031B2 (ja) | 光検出装置 | |
| JP2003348464A (ja) | 撮像信号処理方法、撮像信号処理装置、撮像装置 | |
| US5146074A (en) | Solid state imaging device | |
| JP3278243B2 (ja) | 光電変換装置 | |
| US6734907B1 (en) | Solid-state image pickup device with integration and amplification | |
| US6967682B1 (en) | Photoelectric converting device | |
| KR940006394A (ko) | 고체촬상장치 | |
| JP3664035B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| JP4300635B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| US4945418A (en) | Solid state image pickup apparatus with charge storage device | |
| US5656806A (en) | Circuit to eliminate the dark current of a photodetector | |
| JP4300654B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| JP2589747B2 (ja) | 固体撮像素子およびその駆動方法 | |
| US7298406B2 (en) | Ground referenced pixel reset | |
| JP2577559B2 (ja) | 固体撮像素子 | |
| JP2002237584A (ja) | 固体撮像装置 | |
| US20020097446A1 (en) | Apparatus and method for dark calibration of a linear CMOS sensor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313532 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |