JP3008655B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JP3008655B2
JP3008655B2 JP4080068A JP8006892A JP3008655B2 JP 3008655 B2 JP3008655 B2 JP 3008655B2 JP 4080068 A JP4080068 A JP 4080068A JP 8006892 A JP8006892 A JP 8006892A JP 3008655 B2 JP3008655 B2 JP 3008655B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置、特にC
CDで構成された電荷転送部からの信号電荷を電圧変換
する、いわゆるフローティング・ディフュージョン・ア
ンプを有する固体撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のCCD固体撮像装置、特にその出
力回路は、図3に示すように、CCDで構成された電荷
転送部21の次段に出力ゲートOGを隔てて形成された
フローティング・ディフュージョンFD、リセットゲー
トRG及びドレイン領域Dからなる放電用素子22と、
この放電用素子22の後段に接続された出力アンプ23
とで構成されている。一般に、上記フローティング・デ
ィフュージョンFDを含む放電用素子22と出力アンプ
23を総称してフローティング・ディフュージョン・ア
ンプと称している。
【0003】そして、上記電荷転送部21のうち、最終
段の転送電極TG下から転送される信号電荷を一旦フロ
ーティング・ディフュージョンFDに蓄積し、その蓄積
電荷に基づく電圧変化、即ち撮像信号Siを後段の出力
アンプ23に供給する。
【0004】撮像信号Siを出力アンプ23に供給した
後は、リセットゲートRGにリセットパルスPrを供給
してフローティング・ディフュージョンFDを初期電圧
Vddにリセットし、フローティング・ディフュージョ
ンFDに蓄積されていた電荷をドレイン領域D側に掃き
出す。
【0005】従って、出力アンプ23に入力される電荷
転送部21からの撮像信号Siの波形は、図4に示すよ
うに、リセット期間tr、フィールドスルー期間tp及
び信号期間tsの3つの期間に分けられ、リセット期間
trにおいてフローティング・ディフュージョンFDの
初期電圧(リセットレベル)Vddが現れ、信号期間t
sにおいて蓄積電荷に伴う信号成分Vsが現れる。
【0006】そして、最近では、高感度化ということを
目的に、フローティング・ディフュージョンFDの容量
を小さくして、電荷電圧変換効率を上げたり、出力アン
プ23の後段にインバータゲインアンプ24などを接続
して出力回路自体にゲインをもたせるようにしている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ここで問題と
なるのが、電荷転送部21からの撮像信号Siにおける
リセットパルスPrのカップリングである。このカップ
リング量Vcは、図4において、リセット期間trにお
ける電位(リセットレベル成分)Vddとフィールドス
ルー期間tpにおけるバイアス電位(フィードスルー成
分)Vpとの差である。
【0008】従来においては、上述したように、高感度
化のためにフローティング・ディフュージョンFDの容
量を小さくするようにしているが、その影響で、リセッ
トゲートRGとフローティング・ディフュージョンFD
間に存在する寄生容量(結合容量)が相対的に大きくな
り、その結果、上記カップリング量Vcが非常に大きく
なるという現象が生じてきている。
【0009】また、高感度化のために挿入したインバー
タゲインアンプ24の存在により、出力回路自体のゲイ
ンが大きくなることから、図5に示すように、出力回路
の入出力特性曲線の傾きが大きくなり、インバータゲイ
ンアンプ24を挿入した場合の入力ダイナミックレンジ
2 が、挿入しない場合の入力ダイナミックレンジD 1
と比べて小さくなる。
【0010】このように、インバータゲインアンプ24
の挿入によって、出力回路の入力ダイナミックレンジが
小さくなり、また、フローティング・ディフュージョン
FDの容量を小さくしたことによるカップリング量Vc
の増大によって、出力回路の入力ダイナミックレンジ内
における信号成分Vsの割合が非常に小さくなり、感度
の向上を期待することができない。
【0011】また、上記のように、カップリング量Vc
が増大することから、外部に接続される信号処理回路に
使われる例えば演算増幅器25などの入力ダイナミック
レンジに対しても、信号成分Vsが小さくなるため、信
号処理回路での撮像信号Siの信号処理が非常に困難に
なるという不都合がある。
【0012】本発明は、このような課題に鑑み成された
もので、その目的とするところは、出力回路の入力ダイ
ナミックレンジや外部に接続される信号処理回路の入力
ダイナミックレンジに対して、撮像信号における信号成
分の割合を大きくとることができ、撮像信号の信号処理
を非常に行い易くすることができる固体撮像装置を提供
することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、フローティン
グ・ディフュージョンFDと出力アンプ4から構成さ
れ、前段の電荷転送部2から転送された信号電荷を、リ
セットレベル成分(Vdd−Vp)、フィードスルー成
分Vp及び信号成分Vsを含む撮像信号Siに電圧変換
するフローティング・ディフュージョン・アンプ5を有
する出力回路1を具備した固体撮像装置において、フロ
ーティング・ディフュージョン・アンプ5の後段に、フ
ローティング・ディフュージョン・アンプ5からの撮像
信号Siを、信号成分Vsとフィードスルー成分Vpの
みの出力信号Soに変換するスイッチング回路6を接続
して構成し、スイッチング回路6に撮像信号Siのフィ
ードスルー期間tpから信号期間tsにわたって(t
h)高レベルHとなり他の期間が低レベルLとなる信号
波形を有する制御信号Scを供給する。 また、スイッチ
ング回路6をスイッチングトランジスタTrとコンデン
サCから構成するを可とする。
【0014】
【作用】上述の本発明の構成によれば、フローティング
・ディフュージョン・アンプ5からの撮像信号Siを、
信号成分Vsとフィードスルー成分Vpのみの出力信号
Soに変換するスイッチング回路6を接続し、このスイ
ッチング回路6に撮像信号Siのフィードスルー期間t
pから信号期間tsにわたって(th)高レベルHとな
り他の期間が低レベルLとなる信号波形を有する制御信
号Scを供給するようにしたので、出力回路1の高感度
化を目的とするインバータゲインアンプ7の入力ダイナ
ミックレンジや、外部に接続される信号処理回路の例え
ば演算増幅器9などの入力ダイナミックレンジに対して
信号成分Vsの割合が大きくなり、撮像信号Siに対す
る信号処理が非常に行い易くなる。
【0015】
【実施例】以下、図1及び図2を参照しながら本発明の
実施例を説明する。図1は、本実施例に係るCCD固体
撮像装置の要部、特にその出力回路1を示す回路図、図
2は、その信号処理を示すタイミングチャートである。
【0016】このCCD固体撮像装置の出力回路1は、
図1に示すように、CCDで構成された電荷転送部2の
次段に、出力ゲートOGを隔ててフローティング・ディ
フュージョンFD、リセットゲートRG及びドレイン領
域Dからなる放電用素子3とソースフォロア回路などの
出力アンプ4からなるフローティング・ディフュージョ
ン・アンプ(以下、単にFDAと記す)5が接続され、
このFDA(5)の次段に本例に係るスイッチング回路
6と高感度化を目的としたインバータゲインアンプ7が
接続されて構成されている。また、高感度化を目的とし
て本例では、フローティング・ディフュージョンFDの
容量を小さくして、フローティング・ディフュージョン
FDでの電荷電圧変換効率を上げるようにしている。
【0017】上記本例に係るスイッチング回路6は、図
示しないパルス発生回路からの制御信号Scに基いてオ
ン・オフ動作を行うスイッチングトランジスタTrと、
コンデンサCとから構成される。尚、スイッチングトラ
ンジスタTrとしては、例えばNチャネル形MOSFE
T(電界効果トランジスタ)にて構成することができ
る。
【0018】電荷転送部2は、例えばP形のウェル領域
8上に形成されたN形の転送レジスタ領域9と、この転
送レジスタ領域9上において、複数の転送電極TGが一
方向(例えば水平方向)に配列されて構成されている。
【0019】そして、2枚の転送電極TGを1組として
各組に互い違いに夫々位相の異なる2相の駆動パルスφ
1及びφ2を印加することにより、信号電荷を放電用素
子3側に順次転送する。この転送される信号電荷は、各
画素に対応して例えばpn接合によるフォトダイオード
で構成された受光部(図示せず)で蓄積された信号電荷
である。
【0020】尚、出力ゲートOGに印加されるゲート電
位Vogは、最終段の転送電極TGに印加される駆動パ
ルスφ1の電位中、その低レベルの電位よりも幾分高い
レベルの電位に固定されている。
【0021】そして、上記電荷転送部2のうち、最終段
の転送電極TG下から転送される信号電荷を一旦フロー
ティング・ディフュージョンFDに蓄積し、その蓄積電
荷に基づく電圧変化、即ち撮像信号Siを後段の出力ア
ンプ4に供給する。
【0022】撮像信号Siを出力アンプ4に供給した後
は、リセットゲートRGにリセットパルスPrを供給し
てフローティング・ディフュージョンFDを初期電圧V
ddにリセットし、フローティング・ディフュージョン
FDに蓄積されていた電荷をドレイン領域D側に掃き出
す。
【0023】従って、出力アンプ4に入力される電荷転
送部2からの撮像信号Siの波形は、図2に示すよう
に、リセット期間tr、フィールドスルー期間tp及び
信号期間tsの3つの期間に分けられ、リセット期間t
rにおいてフローティング・ディフュージョンFDの初
期電圧(リセットレベル)Vddが現れ、信号期間ts
において蓄積電荷に伴う信号成分Vsが現れる。
【0024】次に、上記本例に係るCCD固体撮像装
置、特にそのスイッチング回路6の動作を図2のタイミ
ングチャートを参照しながら説明する。
【0025】スイッチング回路6のスイッチングトラン
ジスタTrに供給される制御信号Scの波形は、図2に
示すように、撮像信号Siのフィードスルー期間tpの
一部の期間から信号期間tsのほぼ全域にわたって高レ
ベル、他の期間が低レベルの信号波形となっている。
【0026】従って、制御信号Scが高レベルとなって
いる期間thに、スイッチングトランジスタTrがオン
となって、その期間thの撮像信号Siを後段のインバ
ータゲインアンプ7に送出する。即ち、撮像信号Si
中、フィードスルー期間tpにおけるフィードスルー成
分Vpと信号期間tsにおける信号成分Vsがインバー
タゲインアンプ7に供給される。このとき、コンデンサ
Cに、信号成分Vsが充電される。
【0027】次に、制御信号Scが低レベルになると、
コンデンサCの放電が行われ、インバータゲインアンプ
7には、コンデンサCに充電されていた信号成分Vsが
供給される。従って、インバータゲインアンプ7には、
上記撮像信号Si中、リセットレベル成分(Vdd−V
p)が除去された信号、即ち、フィードスルー成分Vp
と信号成分Vsのみを含むレンジの小さい出力信号So
が供給されることになる。
【0028】上述のように、本例によれば、FDA
(5)からの撮像信号Siを、信号成分Vsとフィード
スルー成分Vpのみの出力信号Soに変換するスイッチ
ング回路6を接続するようにしたので、出力回路1の高
感度化を目的とするインバータゲインアンプ7の入力ダ
イナミックレンジや、外部に接続される信号処理回路の
例えば演算増幅器10などの入力ダイナミックレンジに
対して信号成分Vsの割合が大きくなり、撮像信号Si
に対する信号処理を非常に行い易くなる。
【0029】このことから、CCD固体撮像装置におけ
る出力回路1の設計の自由度が広がり、CCD固体撮像
装置の高感度化を向上させることができる。また、放電
用素子3におけるリセットノイズを低減する相関二重サ
ンプリングを外部で実行することが可能となり、出力回
路1の負担を軽減させることができると共に、チップと
してみた場合のCCD固体撮像装置の小型化を促進させ
ることができる。
【0030】
【発明の効果】本発明に係る固体撮像装置によれば、出
力回路の入力ダイナミックレンジや外部に接続される信
号処理回路の入力ダイナミックレンジに対して、撮像信
号における信号成分の割合を大きくとることができ、撮
像信号の信号処理を非常に行い易くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例に係るCCD固体撮像装置の要部、特
にその出力回路を示す回路図。
【図2】本実施例に係る出力回路の信号処理を示すタイ
ミングチャート。
【図3】従来例に係るCCD固体撮像装置の出力回路を
示す回路図。
【図4】撮像信号を示す波形図。
【図5】従来例に係るCCD固体撮像装置の入出力特性
を示す特性図。
【符号の説明】
1 出力回路 2 電荷転送部 3 放電用素子 4 出力アンプ 5 FDA(フローティング・ディフュージョン・アン
プ) 6 スイッチング回路 7 インバータゲインアンプ 8 P形のウェル領域 9 転送レジスタ領域 10 演算増幅器

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フローティング・ディフュージョンと出
    力アンプから構成され、前段の電荷転送部から転送され
    た信号電荷を、リセットレベル成分、フィードスルー成
    分及び信号成分を含む撮像信号に電圧変換するフローテ
    ィング・ディフュージョン・アンプを有する出力回路を
    具備した固体撮像装置において、 上記フローティング・ディフュージョン・アンプの後段
    に、上記フローティング・ディフュージョン・アンプか
    らの撮像信号を、信号成分とフィードスルー成分のみの
    出力信号に変換するスイッチング回路が接続され、 上記スイッチング回路に、上記撮像信号のフィードスル
    ー期間から信号期間にわたって高レベルとなり他の期間
    が低レベルとなる信号波形を有する制御信号が供給され
    ことを特徴とする固体撮像装置。
  2. 【請求項2】 上記スイッチング回路が、スイッチング
    トランジスタとコンデンサから構成されたことを特徴と
    する請求項1に記載の固体撮像装置。
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