JP3008657B2 - 増幅型固体撮像装置 - Google Patents

増幅型固体撮像装置

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JP3008657B2 JP4082703A JP8270392A JP3008657B2 JP 3008657 B2 JP3008657 B2 JP 3008657B2 JP 4082703 A JP4082703 A JP 4082703A JP 8270392 A JP8270392 A JP 8270392A JP 3008657 B2 JP3008657 B2 JP 3008657B2
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/65Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to reset noise, e.g. KTC noise related to CMOS structures by techniques other than CDS

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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、各画素毎に増幅用トラ
ンジスタを用いて電流増幅を行ういわゆる増幅型固体撮
像装置に関し、特にエリアセンサやリニアセンサとして
用いて好適な増幅型固体撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ファクシミリ等におけるイメージセンサ
として、近年、光学系がロッドレンズだけで良いことか
ら、セットとして小型化できるという特長を有する密着
型リニアセンサが用いられている。密着型リニアセンサ
は原稿と等サイズのセンサ長を持つものであり、このセ
ンサには、非晶質シリコン(a‐Si)センサや多結晶シ
リコン(Poly‐Si)TFT(薄膜トランジスタ)技術な
どが用いられている。
【0003】上述した、特に長尺化が必要な密着型リニ
アセンサでは、各画素毎のセンサ出力のバラツキを抑え
ることが重要な課題となっている。もし、各画素毎にセ
ンサ出力のバラツキがあると、外部回路にて補正をかけ
ないと、固定パターンノイズとして現れることになる。
勿論、縮小光学系を持つCCDリニアセンサ等でも、固
定パターンノイズに対する同様の対策が必要である。
【0004】図5に、増幅型固体撮像装置の1画素分の
構成の従来例を示す。この増幅型固体撮像装置は、フォ
トセンサ1に蓄積される信号電荷によるセンサ電位vS
を増幅用トランジスタM1で電流増幅するタイプのもの
である。信号の読出しに関しては、スイッチング用トラ
ンジスタM2を通して電流として読み出す。本例はリニ
アセンサに適用した場合の例であり、エリアセンサに適
用する場合には、2個のスイッチング用トランジスタに
よるX‐Yアドレス型となる。センサ電位vSはリセッ
ト用トランジスタM3によってリセット電圧VR にリセ
ットされ、このリセット動作によりセンサ蓄積時間が決
定される。図6に、各部の動作波形を示す。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した構成の増幅型
固体撮像装置において、増幅用トランジスタM1の特性
は、ドレイン・ソース電流をIds、ドレイン・ソース電
圧をVds、ゲート・ソース電圧をVgs、閾値レベルをV
th、FETのゲート幅をW、ゲート長をLとすると、V
ds>(Vgs−Vth)の飽和領域では、
【数1】Ids∝(W/L)(Vgs−Vth)2 となり、IdsはVthの2乗に比例する。従って、各画素
間で増幅用トランジスタM1のVthのバラツキがある
と、これがそのままセンサ出力のバラツキの一因とな
り、先述したように、外部回路にて補正をかけないと、
固定パターンノイズとして現れることになってしまう。
【0006】本発明は、上述した点に鑑みなされたもの
であり、各画素毎の増幅用トランジスタ間のVthのバラ
ツキに起因する固定パターンノイズの低減を可能とした
増幅型固体撮像装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明による増幅型固体
撮像装置は、入射光を信号電荷に光電変換して蓄積する
フォトセンサと、このフォトセンサに蓄積される信号電
荷によるセンサ電位を増幅する増幅用トランジスタと、
この増幅用トランジスタの出力を読み出すスイッチング
用トランジスタと、増幅用トランジスタのチャネル電位
を監視し、そのチャネル電位前記センサ電位のリセッ
トタイミングで所定の基準電位に等しくなるように前記
フォトセンサのリセットレベルを制御するフィードバッ
ク回路とを具備した構成となっている。
【0008】
【作用】画素毎に増幅用トランジスタを有する増幅型固
体撮像装置において、増幅用トランジスタのチャネル電
位を監視し、そのチャネル電位リセット動作時に所定
の基準電位に等しくなるようにフォトセンサのリセット
レベルを制御し、増幅用トランジスタのチャネル電位を
当該基準電位に固定することで、増幅用トランジスタの
Vthのバラツキを回路的に低減する。これにより、各画
素毎の増幅用トランジスタ間のVthのバラツキに起因す
る固定パターンノイズを低減できる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図1は、例えばリニアセンサに適用した場
合の1画素分の構成を示す本発明による一実施例の回路
図である。図において、フォトダイオード等からなるフ
ォトセンサ1では、入射光が信号電荷に光電変換されて
蓄積され、蓄積された信号電荷による電位vS は増幅用
トランジスタM1のゲートに印加される。この増幅用ト
ランジスタM1の出力電圧vO は、スイッチング用トラ
ンジスタM2を通して電流として読み出される。
【0010】また、増幅用トランジスタM1の出力電圧
o は、所定の基準電圧VR ′を非反転入力とする差動
増幅器2の反転入力ともなる。差動増幅器2の出力端と
増幅用トランジスタM1のゲートとの間には、リセット
用トランジスタM3が接続されている。これにより、リ
セット用トランジスタM3のオン状態のとき、増幅用ト
ランジスタM1の出力電圧vo を基準電圧VR ′に固定
するように働くフィードバック回路3が構成される。ま
た、このリセット動作により、フォトセンサ1での信号
電荷の蓄積時間が決定される。すなわち、リセット動作
が完了し、リセット用トランジスタM3がオフ状態にな
ると、フォトセンサ1への信号電荷の蓄積が開始され、
その蓄積開始から蓄積電荷の読み出しまでの時間がフォ
トセンサ1での信号電荷の蓄積時間となる。
【0011】次に、上述した構成の回路動作につき、図
2のタイムチャートに基づいて説明する。時刻t1
は、読出しパルスφS 及びリセットパルスφR が共に低
レベルにあり、スイッチング用トランジスタM2及びリ
セット用トランジスタM3が共にオフ状態にあることに
より、入射光によって電子・正孔対が励起される。この
励起された電子・正孔対のうち、電子がフォトセンサ1
に、正孔が基板にそれぞれ吸収されるため、フォトセン
サ1のセンサ電位vS は、光電変換により蓄積された電
子に応じて低くなる。
【0012】時刻t2 では、読出しパルスφS が高レベ
ルとなり、スイッチング用トランジスタM2がオン状態
となることにより、信号の読出しが行われる。そして、
時刻t3 では、リセットパルスφR が高レベルとなり、
リセット用トランジスタM3がオン状態となることによ
り、先のフィードバック回路3によるフィードバックル
ープが形成される。このとき、スイッチング用トランジ
スタM2がオフ状態であるため、(増幅用トランジスタ
M1の出力電圧vO =増幅用トランジスタM1のチャネ
ル電位)となっており、そのチャネル電位vO が基準電
圧VR ′に等しくなるようにセンサ電位vS がコントロ
ールされる。
【0013】その安定した状態では、
【数2】vS ≒VR ′+Vth となり、増幅用トランジスタM1のチャネル電位は
R ′(=vO )となり、各画素毎の増幅用トランジス
タM1のVthのバラツキをキャンセルできることにな
る。
【0014】なお、上記実施例では、リセット用トラン
ジスタM3のオン状態のときに、増幅用トランジスタM
1のチャネル電位を基準電圧VR ′に固定するように働
くフィードバック回路3を各画素毎に設けたが、図3に
示すように、全画素に対して単一の差動増幅器2を共用
し、各画素にはリセットパルスφR1,φR2,……によっ
て各画素のリセット動作時に各増幅用トランジスタM1
-1,M2-2,……の各出力電圧vO1,vO2,……を差動
増幅器2の反転入力として供給する帰還用トランジスタ
M4-1,M4-2,……を設ける構成とすることも可能で
ある。この構成によれば、全画素に対して差動増幅器2
が1個で済むため、低コストにて所期の目的を達成でき
ることになる。この場合のタイムチャートを図4に示
す。
【0015】また、上記実施例においては、リニアセン
サに適用した場合について説明したが、本発明はリニア
センサへの適用に限定されるものではなく、エリアセン
サにも同様に適用し得るものであり、この場合には、信
号の読出しを2個のスイッチング用トランジスタによる
X‐Yアドレス型とすれば良い。
【0016】さらに、センサの構造としては、非晶質シ
リコンセンサや多結晶シリコンTFT技術を用いたもの
に限定されものではなく、結晶シリコンのMOSセン
サ、ガラス基板上に作製する非晶質シリコンセンサ、多
結晶シリコンセンサのものであっても良い。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
画素毎に増幅用トランジスタを有する増幅型固体撮像装
置において、増幅用トランジスタのチャネル電位を監視
し、そのチャネル電位リセット動作時に所定の基準電
位に等しくなるようにフォトセンサのリセットレベルを
制御し、増幅用トランジスタのチャネル電位を当該基準
電位に固定する構成としたことにより、増幅用トランジ
スタのVthのバラツキを回路的に低減できるので、外部
回路にて補正をかけなくても、各画素毎の増幅用トラン
ジスタ間のVthのバラツキに起因する固定パターンノイ
ズを低減できる効果がある。従って、本発明による増幅
型固体撮像装置は、特に長尺センサや、数チップの接続
を必要とするセンサに対し、より有効に作用することに
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す回路図である。
【図2】図1の回路動作を説明するためのタイムチャー
トである。
【図3】本発明の他の実施例を示す回路図である。
【図4】図3の回路動作を説明するためのタイムチャー
トである。
【図5】従来例を示す回路図である。
【図6】図5の回路動作を説明するためのタイムチャー
トである。
【符号の説明】
1 フォトセンサ 2 差動増幅器 3 フィードバック回路 M1 増幅用トランジスタ M2 スイッチング用トランジスタ M3 リセット用トランジスタ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入射光を信号電荷に光電変換して蓄積す
    るフォトセンサと、 前記フォトセンサに蓄積される信号電荷によるセンサ電
    位を増幅する増幅用トランジスタと、 前記増幅用トランジスタの出力を読み出すスイッチング
    用トランジスタと、 前記増幅用トランジスタのチャネル電位を監視し、その
    チャネル電位前記センサ電位のリセットタイミングで
    所定の基準電位に等しくなるように前記フォトセンサの
    リセットレベルを制御するフィードバック回路とを具備
    したことを特徴とする増幅型固体撮像装置。
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