JP3142278B2 - 固体撮像装置およびマルチチップ撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置およびマルチチップ撮像装置

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JP3142278B2
JP3142278B2 JP01249444A JP24944489A JP3142278B2 JP 3142278 B2 JP3142278 B2 JP 3142278B2 JP 01249444 A JP01249444 A JP 01249444A JP 24944489 A JP24944489 A JP 24944489A JP 3142278 B2 JP3142278 B2 JP 3142278B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は固体撮像装置に関する。
(従来の技術) 従来のリニアイメージセンサとしては、CCDリニアイ
メージセンサ、あるいはアモルファスシリコンを用いた
密着型イメージセンサが使用されている。
(発明が解決しようとする課題) 上述のCCDセンサの場合は、一般にCCDアナログシフト
レジスタを用いて信号の読出しを行っているため製造工
程が複雑であり、安価ではないという問題点があった。
一方、アモルファスシリコンを用いた密着型イメージ
センサの場合は、出力が光電流という形で得られるた
め、適当な積分器を外づけにする必要があるとともに充
分なS/N比が得られないという問題点があった。
本発明は上記問題点を考慮してなされたものであっ
て、製造工程が簡単で、充分なS/N比を得ることのでき
る固体撮像装置を提供することを目的とする。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 本発明は入射光量に応じた信号電荷を発生する複数の
感光画素と、外部から入力されるパルスに基づいて所定
の第1及び第2の制御パルスを発生するシフトレジスタ
と、複数の感光画素の各々に対応して設けられる複数の
電荷電圧変換素子と、複数の電荷電圧変換素子の出力を
外部に出力する共通出力ラインとを半導体基板上に集積
化した固体撮像装置において、共通出力ラインの電位を
検出するために単チップの出力端子に接続される出力バ
ッファを設け、電荷電圧変換素子は各々、画素が検知し
た光量に応じた電荷を蓄積する電荷蓄積部と、第1の制
御パルスにより活性化されて電荷蓄積部の電位を検出し
て出力する第1のバッファと、第1のバッファの出力を
他の電荷電圧変換素子との関係で逐次的に共通出力ライ
ンに供給する第2のバッファと、第2の制御パルスによ
り電荷蓄積部の電荷をリセットする電荷リセット部とを
有し、出力バッファに共通出力ラインを介して接続され
ていることを特徴とする。
(作 用) このように構成された本発明の固体撮像装置によれ
ば、信号電荷の読み出しが所定の第1および第2の制御
パルスに基づいて行われるため、従来のCCDセンサとは
異なり、例えば多層ポリシリコンの形成が不必要となっ
て製造工程が簡単となる。又、信号電荷の積分量ととも
に零基準が電荷電圧変換素子の電荷蓄積部によって検出
され、第1のバッファによって対応する電圧値に変換さ
れて共通出力ラインを介して第2のバッファによって外
部に選択的に出力される。これにより、例えば相関二重
サンプリング等の処理が可能となり、充分なS/N比を得
ることができる。
(実施例) 図面を参照して本発明の実施例を説明する。第1図に
本発明による固体撮像装置の一実施例を示す。この実施
例は半導体基板1上に1チップで完成された撮像装置を
示す。第1図において、半導体基板1上にシフトレジス
タ2A,2B、感光画素PE1,……PEn、電荷電圧変換素子A1,
……An、電流源4,6、共通出力ライン5,9、およびバッフ
ァ7が集積化されている。また、半導体基板1には端子
8a,8b,8c,8d,8e,8f,8g1、および8g2が設けられている。
シフトレジスタ2Aに外部から端子8aおよび8bを介してそ
れぞれ駆動パルスφおよびφが定常的に印加され
る。更に端子8cを介してスタートパルスφがシフトレ
ジスタ2Aに印加され、端子8dを介して直流電圧がシフト
レジスタ2A,2Bおよび電荷電圧変換素子A1,……Anに印加
される。また、端子8eを介して入力されるリセットパル
スφはシフトレジスタ2Bに印加される。なお、シフト
レジスタ2Bには、図示していないがシフトレジスタ2Aと
同様にスタートパルスφ、および駆動パルスφ1
が印加されている。端子8fは接地端子である。なお、各
チップを接続してマルチチップ化するための共通出力ラ
イン9は、その両端に、電流源6を有する入力端子8g1
と、バッファ7を介して共通出力ライン5が接続される
出力端子8g2とを備えている。バッファ7は、共通出力
ライン5の電圧を受けて低インピーダンスの共通出力ラ
イン9に出力するためのものであり、電流源6とこのバ
ッファ7とによりソースフォロワ回路が構成されてい
る。
一方シフトレジスタ2Aは、駆動パルスφ1および
スタートパルスφに基づいて、セットパルスφsi,
(i=1,……n)を発生し、電荷電圧変換素子Aiに送出
する。そして、シフトレジスタ2Bは、スタートパルスφ
、駆動パルスφ1、およびリセットパルスφ
基づいてクリアパルスφci(i=1,……n)を発生し、
電荷電圧変換素子Aiに送出する。
ダイオード等よりなる感光画素(以下、画素ともい
う)PEi(i=1,2,…,n)は、電荷電圧変換素子(以
下、変換素子ともいう)Ai(i=1,…,n)に接続されて
いる。この変換素子Aiは画素PEiの電位を検出し共通出
力ライン5に出力するためのものである。即ち、画素PE
iの電荷はキャパシタCPiに流入蓄積され、このキャパシ
タCPiの両端の電位変化を2段のソースフォロワが読出
す。電位変化の読出し終了後に、外部からのリセットパ
ルスφが印加されることにより、キャパシタCPi端の
電位がリセットされて端子8dを介して供給される外部電
源と等しくされる。この2段ソースフォロワは、セッ
トパルスφsiにより動作制御される第1段目のソースフ
ォロワ40と、この第1段ソースフォロワ40の制御を受け
る2段目のソースフォロワより構成されている。この2
段目のソースフォロワは具体的にはドライバ31と電流源
4とにより構成されている。なお、符号32は変換素子選
択用のゲートを示しており、セットパルスφsiに基づい
てゲート32が開かれている間に、選択された変換素子の
出力が、共通出力ライン5に出力される。
次に、第2図を参照して、画素PEiに対応して基板1
上に形成される変換素子Aiの詳細な構成について説明す
る。なお、第2図においては、特に第1段のソースフォ
ロワ40が詳細に示されている。
第2図において、第1段ソースフォロワ40は、セット
パルスφsiを受けて負荷バイアス電圧を作り出す電圧分
割回路27を構成するMOSトランジスタ25及び26と、キャ
パシタ36の電圧が印加されるドライバ29と、分割回路27
により分割された電圧が印加される電流源30とにより構
成される。
この実施例に係る撮像装置の動作について、変換素子
Aiのノードδ,ε及びθの各々パルス波形φδ,φε
びφθ及び共通出力ライン5のノードλの出力波形φλ
を示す第3図を第2図と併せ参照しながら、詳細に説明
する。
第1段のソースフォロワ40が、シフトレジスタ2Aで生
成されたセットパルスφsiの供給を受けると、電圧分割
回路27が負荷バイアス電圧を生成する。セットパルスφ
siの供給に同期して、ノードδに現われる負荷バイアス
電圧は、第3図に示すように、駆動電圧12Vのセットパ
ルスφsiに対して3〜5V程度で、時刻T2からT5の区間出
力される。即ち、セットパルスφsiに同期して時刻T2
立上がり、時刻T5で立下がる。このとき、ノードεに
は、リセットパルスφに基づいてシフトレジスタ2Bで
生成されたクリアパルスφciの前後で、画素PEiに感知
される光量に応じた電位差DPが発生している。ノードδ
及びεの夫々の波形に基づいて、第1段ソースフォロワ
40の出力が決定される。即ち、ドライバ29及び電流源30
間のノードθにおけるパルス波形φθは、第3図に示す
ように、時刻T2まで漸減した後φδの立上がりに同期し
て立下がり、時刻T3で感知された光量とリセットノイズ
分に応じた電位差分だけ立上がり、時刻T4で立下がる。
なお、時刻T3において立上がる直前のノードθの電位
と、時刻T4において立下がった直後のノードθの電位と
の差が信号電荷の積分量に比例したものとなる。時刻T4
からT5の間で漸減したノードθの波形φθは、時刻T5
再び立上がり、その後は漸減する。このようにノードθ
の波形φθは、ノードδ及びεの波形φδ及びφεに基
づいて、オフセット及びインピーダンスが制御されたも
のとなる。
上記第1段のソースフォロワ40の出力、即ちノードθ
の波形φθは、ドライバ31及び選択用ゲート32を介して
共通出力ライン5に出力される。この共通ライン5には
変換素子Aiの各出力、即ち変換素子A1からAnまでの出力
が逐次的に出力される。従って、共通ライン5のノード
λには、ノードθに現われる時刻T2からT5までの波形φ
θが、シフトレジスタ2Aの駆動パルスの立上がり区間毎
に繰返し出力されて、画素PEiによる感知光量に応じた
出力パルスが読出されることになる。すなわち、シフト
レジスタ2Aの駆動パルスの立上がり区間毎に、画素PEi
による信号電荷の積分量および零基準がノードλに繰返
し出力されて読み出されることになる。
上記のように、ノードλには各変換素子Ai(i=1,
…,n)の出力が時系列的に出力されるので、セットパル
スφsiが印加されている変換素子Aiの出力は、順次即ち
時系列的に時刻T2からT5間で読出されることになる。
なお、本実施例においては、時刻T1及びT6、即ち駆動
パルスφの隣接する立上がり時刻は、この変換素子Ai
では昇圧動作などを行なっていないため、ノードλにお
ける出力パルスとしては直接関係しない。
以上により本実施例によれば、信号負荷の読み出しが
所定の制御パルスに基づいて行われるため、従来のCCD
センサとは異なり、例えば多層ポリシリコンの形成が不
要となって製造工程が簡単となる。また、信号電荷の積
分量および零基準が電圧値に変換されて共通出力ライン
5を介して外部に選択的に出力されることにより、例え
ば相関二重サンプリング等の処理が可能となり、充分な
S/N比を得ることができる。
更に、個々のチップを連続的に接続するための共通出
力ライン9を各チップ内に形成し、第1のチップの入力
端子8g1はボンディングし、第1のチップの出力端子8g2
と第2のチップの入力端子8g1を接続して、以下、第n
のチップまで、連続的に接続することが可能となり、単
チップを多数接続したマルチチップ撮像装置を形成でき
る。
なお、マルチチップ撮像装置を形成する場合は、第1
から第nまでのチップの内のどれか1つのチップ内の電
流源6を共通出力ライン9に接続し、他のチップ内の電
流源6を共通ラインに接続しないようにしても良い。
又、出力動作を高速化するために、入力端子8g1及び出
力端子8g2を有する共通出力ライン9とバッファ7を1
チップ内に複数個設けても良い。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明の固体撮像装置によれば、製
造工程が簡単であって、かつ充分なS/N比を得ることが
できる。又単チップを多数接続したマルチチップ撮像装
置を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による固体撮像装置の実施例を示すブロ
ック図、第2図は第1図に示す固体撮像装置における電
荷電圧変換素子の詳細な構成を示す回路図、第3図は第
1図に示す実施例の動作を説明するタイミングチャート
である。 1……半導体基板、2A,2B……シフトレジスタ、4,6……
電流源、5,9……共通出力ライン、7……バッファ、8a,
8b,8c,8d,8e,8f,8g1,8g2……端子、PEi(i=1,……
n)……感光画素、Ai(i=1,……n)……電荷電圧変
換素子。

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入射光量に応じた信号電荷を発生する複数
    の感光画素と、外部から入力されるパルスに基づいて所
    定の第1及び第2の制御パルスを発生するシフトレジス
    タと、前記複数の感光画素の各々に対応して設けられる
    複数の電荷電圧変換素子と、前記複数の電荷電圧変換素
    子の出力を外部に出力する共通出力ラインとを半導体基
    板上に集積化した固体撮像装置において、 前記共通出力ラインの電位を検出するために単チップの
    出力端子に接続される出力バッファを設け、 前記電荷電圧変換素子は各々、前記画素が検知した光量
    に応じた電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記第1の制御
    パルスにより活性化されて前記電荷蓄積部の電位を検出
    して出力する第1のバッファと、前記第1のバッファの
    出力を他の電荷電圧変換素子との関係で逐次的に前記共
    通出力ラインに供給する第2のバッファと、前記第2の
    制御パルスにより前記電荷蓄積部の電荷をリセットする
    電荷リセット部とを有し、前記出力バッファに前記共通
    出力ラインを介して接続されていることを特徴とする固
    体撮像装置。
  2. 【請求項2】前記第1のバッファは、他の電荷電圧変換
    素子との関係で逐次的に活性化されて前記電荷蓄積部の
    電位を検出して出力することを特徴とする請求項1記載
    の固体撮像装置。
  3. 【請求項3】前記第1のバッファは、前記第1の制御パ
    ルスとしてのセットパルスの電圧を分割して負荷供給用
    のバイアス電圧を生成する電圧分割回路と、この電圧分
    割回路から出力された前記バイアス電圧が供給される負
    荷としての金属酸化半導体(MOS)素子と、前記バイア
    ス電圧が前記金属酸化半導体素子に印加されたときに前
    記電荷蓄積部の電位を検出して出力するドライバゲート
    と、から成る第1段目のソースフォロワを前記画素が検
    知した光量に応じた電荷を逐次的に出力するための活性
    化回路として備えていることを特徴とする請求項1また
    は2記載の固体撮像装置。
  4. 【請求項4】前記第2のバッファは、前記第1のバッフ
    ァの出力を受けて対応する電荷電圧変換素子内の電荷を
    前記共通出力ラインに送出するための制御を行なうドラ
    イバMOS素子と、前記共通出力ラインに接続された電流
    源とからなる第2段目のソースフォロワとを備えている
    ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の固
    体撮像装置。
  5. 【請求項5】前記第2のバッファはさらに、どの変換素
    子の電位を前記共通出力ラインに送出するかを選択する
    選択用ゲートを備えていることを特徴とする請求項4記
    載の固体撮像装置。
  6. 【請求項6】前記電荷電圧変換素子は、前記シフトレジ
    スタからの制御パルスに応答して、対応する感光画素か
    ら発生された信号電荷の積分量およびこの積分量の零基
    準を検出して電圧値に変換し、これらの電圧値を前記共
    通出力ラインに送出することを特徴とする請求項1乃至
    5のいずれかに記載の固体撮像装置。
  7. 【請求項7】請求項1乃至6のいずれかに記載の固体撮
    像装置を複数個連続的に接続したことを特徴とするマル
    チチップ撮像装置。
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