JP3455655B2 - 固体撮像装置および固体撮像装置応用システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は増幅型撮像装置に
関し、より詳細には結晶不整合が空乏化することで生じ
るリーク電流を低減する固体撮像装置に関するものであ
る。また、この発明はその高感度、低雑音化した固体撮
像装置を用いた応用システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は、従来の一般的な増幅型ＭＯＳセ
ンサと称される固体撮像素子の回路図の一例を示したも
のである。

【０００３】図９に於いて、光電変換を行うフォトダイ
オード１₁₁、１₁₂、１₁₃、…、１₃₃、…と、該フォトダ
イオード１₁₁、１₁₂、１₁₃、…、１₃₃、…の信号を増幅
する増幅トランジスタ２₁₁、２₁₂、２₁₃、…、２₃₃、…
と、信号を読出すラインを選択する垂直選沢トランジス
タ３₁₁、３₁₂、３₁₃、…、３₃₃、…と、信号電荷をリセ
ットするリセットトランジスタ４₁₁、４₁₂、４₁₃、…、
４₃₃、…とにより構成される単位セルが、２次元状に配
列されている。図９には、単位セルが３×３個配列され
た例が示されているが、実際にはこれより多くの単位セ
ルが配列される。

【０００４】垂直シフトレジスタ５からは、水平方向に
水平アドレス線６₁、６₂、６₃、…と、リセット線７₁、
７₂、７₃、…が配線されており、それぞれ上述した各単
位セルに接続されている。すなわち、水平アドレス線６
₁、６₂、６₃…は垂直選沢トランジスタ３₁₁、３₁₂、３
₁₃、…、３₃₃、…のゲートに結線され、信号を読出すラ
インが決定される。また、リセット線７₁、７₂、７₃…
は、リセットトランジスタ４₁₁、４₁₂、４₁₃、…、
４₃₃、…のゲートに結線されている。

【０００５】上記増幅トランジスタ２₁₁、２₁₂、２₁₃、
…、２₃₃、…のソースは垂直信号線８₁、８₂、８₃、…
に結線されている。これら垂直信号線８₁、８₂、８₃、
…の一端には、共通ゲート配線９及び共通ソース配線１
０に接続された負荷トランジスタ１１₁、１１₂、１
１₃、…が設けられている。そして、上記垂直信号線
８₁、８₂、８₃、…の他端には、水平選択トランジスタ
１２₁、１２₂、１２₃、…が結線されている。上記水平
選択トランジスタ１２₁、１２₂、１２₃、…は、水平シ
フトレジスタ１３から供給される選択パルスにより選択
されるもので、水平信号線１４に結線されている。

【０００６】そして、各単位画素に入射された光は、フ
ォトダイオード１₁₁、１₁₂、１₁₃、…、１₃₃、…で電気
信号に変換され、信号走査回路で順次読出される。

【０００７】図１０は、単位画素のうちフォトダイオー
ド部分の構造を示すもので、（ａ）は断面図、（ｂ）は
平面図である。

【０００８】図１０に於いて、Ｐ型シリコン基板１５の
一方の主表面の近傍にフォトダイオードを構成するｎ型
領域１６が形成されている。このｎ型領域１６の上面及
び該ｎ型領域１６が形成されていない部分のシリコン基
板１５の主表面には、ＬＯＣＯＳと称される素子間分離
絶縁層１７が、図示の如くｎ型領域１６上で薄く、それ
以外の部分でシリコン基板１５に入り込むように厚く形
成されている。更に、上記素子間分離絶縁層１７の下方
で上記ｎ型領域１６が形成されていない部分には、素子
分離のためのｐ⁺領域１８が形成されている。尚、１９
はフォトダイオードのｐｎジャンクションの空乏層であ
る。

【０００９】図１１は、このように構成された固体撮像
装置の単位画素の不純物のプロファイルを示した特性図
である。この場合、ｎ型領域１６の拡散層濃度は２×１
０¹⁷ｃｍ^-3、シリコン基板１５の拡散層濃度は１×１０
¹⁷ｃｍ^-3である。そして、ｎ型領域１６の表面からの深
さは０．２μｍであることがわかる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このような絶縁膜構造
の場合には、素子間分離絶縁層近傍のシリコン基板１５
に応力がかかり、それがために素子形成時の高温熱工程
で、シリコン基板結晶に結晶不整合２０ができる場合が
ある。また、このような結晶不整合２０は、素子間分離
絶縁層１７からシリコン結晶側に、およそ絶縁層深さの
距離が図示矢印Ａ程度までの領域で発生する。

【００１１】上記結晶不整合２０はキャリアの発生準位
となる。そして、結晶不整合２０が１５のフォトダイオ
ードの空乏層内に入ると、そこをキャリア発生中心とし
て著しいリーク電流が発生する。このようなリーク電流
は擬信号となるので、著しく再生画像を劣化させてしま
う。

【００１２】このように、従来のＭＯＳ型固体撮像装置
に於いては、素子分離領域近辺の結晶不整合が空乏化す
ることにより発生するリーク電流が、再生画像を著しく
劣化させるという課題を有していた。

【００１３】したがってこの発明は、素子分離領域近辺
の結晶不整合が空乏化することにより発生するリーク電
流によって再生画像を著しく劣化させることのない固体
撮像装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は少な
くとも第１導電型の半導体基板上に形成された第１導電
型と第２導電型の接合部より成る光電変換部と、この光
電変換部と信号走査回路間に配された素子間分離絶縁層
とを備えた固体撮像装置に於いて、前記光電変換部を形
成する信号電荷と同じ第２導電型の拡散層領域の光電変
換部基板表面からの接合深さは、前記素子分離絶縁層の
前記光電変換部基板表面からの深さよりも大きく、前記
光電変換部の表面には第１導電型による界面準位シール
ド用の領域が形成され、前記素子間分離絶縁層下には前
記光電変換部の形成されていない領域に第１導電型の素
子分離領域が形成されると共に、素子間分離絶縁層近く
に生じる前記半導体基板の結晶不整合の前記光電変換部
における接合部の空乏層への到達を抑制すべく、前記素
子間分離絶縁層下には前記界面準位シールド用の領域と
前記素子分離領域との間にこれらに接し、且つ、前記結
晶不整合を囲む第１導電型の欠陥シールド用領域が形成
されていることを特徴とする。

【００１５】

【００１６】この発明によれば、フォトダイオード等の
光電変換部の周囲にある素子間分離絶縁層近くにあるシ
リコン基板の結晶不整合と、フォトダイオードのｐｎ接
合空乏層とが重ならないようｐｎ接合面を形成する。そ
のため上記結晶不整合が空乏化することにより生ずるリ
ーク電流を著しく低滅することができる。

【００１７】またこの発明では、フォトダイオードのｐ
ｎ接合の底面が桔晶不整合の無い素子間分離絶縁層から
離れた深い位置に形成されるため、結晶不整合部分が空
乏化することなく、従ってリーク電流は発生しない。

【００１８】更に、この発明によれば、フォトダイオー
ドのｐｎ接合面のうち基板界面と交わる部分の位置が素
子間分離絶縁層から基板界面方向に平行な方向に離れ位
置に形成されているため、結晶不整合部分が空乏化する
ことなく、従ってリーク電流は発生しない。

【００１９】また、本発明は被写体からの光学像を受光
し、この光学像を所定位置に導く光学系と、前記所定位
置に導かれた光学像を画素単位で前記光学像の光量対応
の電気信号に光電変換するセンサを備えた画像処理手
段、この画像処理手段の出力を所定形態に加工して出力
する信号加工部を有し、前記センサが、前記所定位置に
配置された光電変換素子と、この光電変換素子と接続さ
れた増幅ＭＯＳトランジスタを含み、前記光電変換素子
の出力を増幅して出力する出力回路とを有し、前記セン
サは上述の固体撮像装置を用いていることを特徴とする
固体撮像装置応用システムを提供する。

【００２０】この発明によれば、低雑音、高画質の固体
撮像装置応用システムが得られる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
実施の形態を説明する。

【００２２】（第１の実施の形態）図１は、この発明の
固体撮像装置の第１の実施の形態に係る単位セルの構造
を示したもので、（ａ）は断面図、（ｂ）はその平面図
である。

【００２３】図１に於いて、Ｐ型シリコン基板２１の一
方の主表面の近傍にフォトダイオードを構成するｎ型領
域２２が形成されている。このｎ型領域２２の上面及び
該ｎ型領域２２形成されていない部分のシリコン基板２
１の表面には、Ｌｏｃｏｓと称される素子間分離絶縁層
２３が、図示の如くｎ型領域２２上で薄く、それ以外の
部分でシリコン基板２１に入り込むように厚く形成され
ている。

【００２４】更に、上記素子間分離絶縁層２３の下方で
上記ｎ型領域２２が形成されていない部分には、素子分
離のための（チャネルストッパ用）ｐ⁺領域２４が形成
されている。尚、２５はフォトダイオードのｐｎジャン
クションの空乏層であり、２７は素子間分離絶縁層２３
の端部を表している。

【００２５】そして、図中矢印Ｂ₁で示される上記ｎ型
領域２２の上面、すなわち光電変換部の基板表面からの
該ｎ型領域２２の深さは、およそ０．４μｍである。こ
の深さＢ₁は、図中矢印Ｃで表される光電変換部の基板
表面からの素子間分離絶縁層２３の深さよりも深く形成
される。

【００２６】図２は、このように構成された固体撮像装
置の単位画素の不純物のプロファイルを示した特性図で
ある。この場合、ｎ型領域２２の拡散層濃度のピークは
下記表１に示されるように、２×１０¹⁷ｃｍ^-3、シリコ
ン基板２１の拡散層濃度は１×１０¹⁷ｃｍ^-3である。

【００２７】

【表１】 上述したように、素子間分離絶縁層２３の近辺には、シ
リコン基板２１に結晶不整合２６ができやすい。そし
て、この結晶不整合２６がフォトダイオードの空乏層２
５内に侵入すると、そこをキャリア発生中心として著し
いリーク電流が発生してしまう。

【００２８】しかしながら、この第１の実施の形態の構
造によれば、ｐｎ接合深さＢ₁が光電変換部の基板表面
からの絶縁層深さＣより大きくなるよう、ｐｎ接合が形
成されている。このように、ｐｎ接合深さＢ₁を光電変
換部の基板表面からの絶縁層深さＣより大きく形成する
と、結晶不整合２６はｐｎ接合の空乏層２５には到達し
ない。このため、結晶不整合２６によるリーク電流は抑
圧される。

【００２９】図３は、第２の実施の形態を示したもの
で、単位セルの構造の断面図である。この第１の変形例
の平面構成は、図１（ｂ）と同様であるので省略する。

【００３０】尚、以下に述べる実施の形態に於いて、上
述した第１の実施の形態と同じ部分には同一の参照番号
を付して説明を省略する。

【００３１】図３に於いて、フォトダイオードとしての
ｎ型領域２２の表面には、ｐ⁺領域２９が形成されてい
る。これは、シリコン基板２１と酸化膜表面に存在する
界面準位に対して、該ｐ⁺領域２９をシールドすること
によって、界面準位を介して発生するリーク電流を防止
するために形成されたものである。

【００３２】図４は、図３のように構成された固体撮像
装置の単位画素の不純物のプロファイルを示した特性図
である。この場合、上記表１に示されるように、ｎ型領
域２２の拡散層濃度は２×１０¹⁷cｍ^-3、ｐ⁺領域２９の
拡散層濃度は１×１０¹⁹ｃｍ^-3である。また、ｎ型領域
２２は０．４μｍをピークとして光電返還部の表面から
０．７μｍの深さで形成されている。

【００３３】このように構成しても、図中矢印Ｂ₂で示
されるフォトダイオードのｐｎ接合深さＢ₁を光電変換
部の基板表面からの絶縁層深さＣより大きくなるように
形成すれば、結晶不整合２６はｐｎ接合の空乏層２５に
は到達しないため、結晶不整合２６によるリーク電流は
抑圧される。

【００３４】次に、第３の実施形態を説明する。

【００３５】図５は、第３の実施形態を示したもので、
単位セルの構造の断面図である。この第３の実施形態の
平面構成は、図１（ｂ）と同様であるので省略する。

【００３６】図５に於いて、結晶不整合部分が空乏化し
ないように、素子間分離絶縁層２３の下方で、素子分離
のためのｐ⁺領域２４と界面準位のシールド用のｐ⁺領域
２９との間に、新たに欠陥シールド用のｐ⁺領域３０が
設けられる。この欠陥シールド用のｐ⁺領域３０の濃度
が十分に高いならば、この新たに設けられたｐ⁺領域３
０とフォトダイオードを構成するｎ型領域２２とで構成
されるｐｎ接合の空乏層が結晶不整合２６の部分には達
しない。すると、この結晶不整合部分からリーク電流が
発生することが抑圧される。

【００３７】このように、素子間分離絶縁層２３の端部
に新たに欠陥シールド用のｐ⁺ 領域３０が設けられる
と、フォトダイオードのｎ型領域２２と重なることにな
り、実質的にｎ型領域２２の体積が減ってしまう。する
と、フォトダイオードに蓄積可能な信号電荷量が減って
しまうので、信号飽和量が減少するという問題が生じて
しまう。

【００３８】このため、図５に示されるように、フォト
ダイオードのｎ型領域２２の深さＢ³を例えば図３に示
される構造の単位セルのｎ型領域２２の深さＢ₂よりも
深く設定する。これにより、新たに追加した欠陥シール
ド用のｐ⁺領域３０とｎ型領域２２が重なる体積が小さ
くなるので、飽和信号量が減少するということはなくな
る。

【００３９】尚、上記ｐ⁺領域３０（バーズビーク）及
びｐ⁺領域２４（チャネルストッパ）の各パラメータ
は、上記表１に表されるとおりである。

【００４０】次に、参考例１を説明する。

【００４１】図６は、参考例１に係る単位セルの断面構
造を示したもので、（ａ）は断面図、（ｂ）はその平面
図である。

【００４２】この参考例１に於いては、素子間分離絶縁
層２３の端部３１からｎ型領域２２の端部までの距離Ｄ
（図示矢印）が、素子間分離絶縁層２３の、光電変換部
の表面からの深さ方向の距離Ｃよりも大きく設定されて
いる。そのため、ｐｎ接合の空乏層２５は、結晶不整合
２６からは十分に離れるので、リーク電流が発生するこ
とは無い。

【００４３】次に、参考例２について説明する。

【００４４】図７は、参考例２に係る単位セルの断面構
造を示したもので、（ａ）は断面図、（ｂ）はその平面
図である。

【００４５】この参考例２に於いて、ｎ型領域２２の深
さＢ4を光電変換部の基板表面からの絶縁層深さＣより
大きく設定する。同時に、ｐｎ接合端部と素子間分離絶
縁層２３の端部３２との距離Ｄを、上記絶縁層深さＣよ
りも大きく設定する。

【００４６】このように、参考例２に於いては、ｎ型領
域２２の深さＢ4とｐｎ接合端部と素子間分離絶縁層２
３の端部３２との距離Ｄを、絶縁層深さＣよりも大きく
設定したので、ｐｎ接合空乏層２５は結晶不整合２６か
ら十分に離れる。そのため、リーク電流は発生しない。

【００４７】図８は、参考例２の変形例を示したもの
で、（ａ）は断面図、（ｂ）はその平面図である。

【００４８】この変形例は、上述した第１の実施例の第
２の変形例と同様に、結晶不整合部分が空乏化しないよ
うに、素子間分離絶縁層２３の下方で、素子分離のため
のｐ⁺領域２４とｎ型領域２２との間に、新たに欠陥シ
ールド用のｐ⁺領域３０が設けられている。加えて、フ
ォトダイオードのｎ型領域２２の深さＢ₆及びｐｎ接合
端部と素子間分離絶縁層２３の端部３３との距離Ｄが、
絶縁層深さＣよりも大きく設定される。

【００４９】これにより、ｐｎ接合空乏層２５は結晶不
整合２６から十分に離れるので、リーク電流は発生しな
い。

【００５０】次に、第１または第２の実施の形態におい
て説明した如き構造のＭＯＳ型の増幅型固体撮像素子
（ＣＭＯＳセンサ）の応用例を説明する。

【００５１】（第４の実施の形態）上述した高光電変換
ゲイン、低雑音の増幅型ＭＯＳ固体撮像装置（ＣＭＯＳ
センサ）を使用した応用装置の実施例を説明する。

【００５２】固体撮像素子として、従来よりＣＣＤセン
サを用いることが一般的である。固体撮像素子の基本的
構成は図１２に示すように、入力部Ｉ、処理部II、出力
部III からなる。入力部Ｉは受光部であり、この受光部
Ｉは画素を構成するフォトダイオードを複数画素分、配
列して、受光量に対応して各画素から電気信号を出力す
る構成である。処理部IIはこの各画素の信号を順に読み
出すと共に、ノイズキャンセルする部分であり、出力部
III は各画素から読み出された信号を出力する回路であ
る。ＣＣＤセンサの場合、複数種の駆動電源を必要と
し、省エネ化をはかりにくく、また、電池駆動とする場
合に、複数種の電圧を作るために、回路規模の大きな電
源回路を必要とする。

【００５３】本発明ではＣＣＤセンサの代わりに、単一
電源で駆動可能なＭＯＳセンサを用い、そして、かつま
た、低雑音、高画質化を図るために、上述した本発明の
ＭＯＳセンサを用いた応用システムとする。

【００５４】尚、本発明においての主題ではないが、固
定パターンノイズの対策をとる必要のある場合も念頭に
おいて、ここでは、前記処理部に読み出し制御の回路の
ほかにノイズキャンセラ回路を設けてた例を示す。そし
て、これにより一層の省エネ化と、小型化、高画質化を
図る。

【００５５】本発明で用いられるＣＭＯＳセンサは、ｍ
×ｎ個のフォトダイオードをマトリックス状に配列した
ｍ×ｎ画素構成のＭＯＳセンサであり、フォトダイオー
ドｍ×ｎ個をマトリックス状に配列した受光部（入力
部）と、この受光部を構成する各フォトダイオードから
順に信号を読み出すための読み出し部およびノイズキャ
ンセラ回路部を備えた処理部、この処理部で読み出され
た信号を出力する出力部から構成される。

【００５６】処理部には読み出し部と本発明によるノイ
ズキャンセラ回路が設けられている。本発明で用いられ
るＭＯＳセンサは、雑音成分のみを取り出すタイミング
と、雑音成分の乗った信号成分の取り出しのタイミング
とに分けて信号を取り出し、これより雑音成分をキャン
セルすることで、雑音の影響の無い信号成分を得ようと
するものである。そして、ノイズキャンセラ回路は雑音
成分のみの出力時と、雑音成分と信号成分の出力時とで
インピーダンスを揃えることができるようにして精度良
くノイズをキャンセルできるようにした。このようなノ
イズキャンセラ回路が備えられていることにより、本発
明で用いるＭＯＳセンサは、十分に実用化レベルに達し
た低ノイズで、しかも高速にノイズキャンセルが行える
高性能なＭＯＳセンサとなっている。

【００５７】なお固体撮像素子として、本発明で用いら
れるＭＯＳセンサを用いるようにすると、ＭＯＳセンサ
における光電変換を行うセンサ部と、その他の回路（Ｉ
Ｖ変換回路、ＡＧＣ回路、ＣＬＰ回路、ＡＤＣ回路）
は、通常のＭＯＳプロセスを用いて製造することができ
るようになる。そのため、これらの回路を同一半導体チ
ップ上に形成することが容易になる。また、これにより
低消費電力化が実現され、ビデオカメラ等においては単
一電圧で駆動可能になって、電源回路が簡易化され、電
池駆動がし易くなる。

【００５８】（第５の実施の形態）システム応用例を説
明する。低消費電力・低電圧化を図り、しかもＳ／Ｎの
良い、単一電源化を図ったＭＯＳ型固体撮像装置を適用
した各種システムを説明する。

【００５９】図１３に画像検出部としてＭＯＳセンサを
用いた装置の一般的構成を示す。図に示すように、光学
系Ａ１、ＭＯＳセンサＡ２、信号応用部Ａ３より構成さ
れている。光学系Ａ１は、ＭＯＳセンサＡ２に光学像を
導く装置であり、具体的にはレンズ、プリズム、ピンホ
ール、ダイクロイックミラー、集光性光ファイバ、凹面
鏡、凸面鏡、色フィルタ、シャッタ機構、絞り機構等
を、システムの用途に応じて適宜組み合わせて構成され
る。

【００６０】ＭＯＳセンサＡ２は光学系Ａ１にて導かれ
た光学像をその光量対応に画像信号に変換すると共に、
ノイズキャンセル処理して雑音のない信号成分のみを出
力する装置である。ＭＯＳセンサＡ２の有するこのノイ
ズキャンセル処理の要素が、詳細は後述する重要な要素
の一つであるノイズキャンセラ回路である。

【００６１】信号応用部Ａ３はノイズキャンセル処理さ
れたＭＯＳセンサＡ２の出力を、システムの形態に応じ
て加工する装置である。例えば、システムとしてビデオ
カメラを想定した場合においては、信号応用部Ａ３はＭ
ＯＳセンサＡ２から出力された画像信号をＰＡＬ方式、
あるいはＮＴＳＣ方式等の複合映像信号に変換するなど
の応用機能部分である。

【００６２】ＭＯＳセンサＡ２は、単一電源で駆動可能
であり、また、光を電気信号に変換するための受光部と
してフォトダイオードを用いている。フォトダイオード
は画素に相当するものであり、複数個、マトリクス状に
配設してあるのは、従来と同じである。画素を微細化す
るために、フォトダイオードは面積が小さくなるが、そ
のため、出力は小さくなり、その小さな出力を増幅する
ために、画素に対応して増幅器（トランジスタ）を設け
てある。この増幅器（トランジスタ）を通すことで発生
する雑音（増幅トランジスタの特性上、避けられない雑
音成分）を、ＭＯＳセンサＡ２の有するフォトダイオー
ドの出力のリセット操作、このリセット操作時の増幅器
（トランジスタ）の出力信号（雑音成分）の保持、この
保持した出力信号（雑音成分）とリセット操作前、また
はリセット操作終了後の増幅器（トランジスタ）の出力
信号（“信号成分＋雑音成分”）を利用しての両者のキ
ャンセル処理といった処理操作を行うことで、ノイズキ
ャンセルして信号成分のみを抽出する。

【００６３】また、このＭＯＳセンサＡ２は後述する構
成にすることにより、出力信号の電圧振幅が１０ｍＶ程
度以下で、出力電流が１μＡ程度の以上の１／ｆ雑音の
無い出力を得ることができる。さらにこのＭＯＳセンサ
Ａ２の出力のダイナミックレンジはＣＣＤセンサと同程
度の７０ｄＢまたはそれ以上にまで向上し、適当な信号
処理を施すことにより、銀塩フィルムと同程度の９０ｄ
Ｂまで更に向上させることも可能である。

【００６４】この結果、単一電源で、高感度の増幅型Ｍ
ＯＳセンサを撮像デバイスとして用いた各種システムを
実現でき、低消費電力・低電圧化を図ると共に、しかも
Ｓ／Ｎの良い増幅型ＭＯＳ型固体撮像装置（増幅型ＭＯ
Ｓセンサ）の応用装置を提供できる。

【００６５】（第６の実施の形態） ＜増幅型ＭＯＳセンサのビデオカメラへの応用＞図１５
に本発明におけるＭＯＳセンサを用いたビデオカメラの
実施例を示す。図１５に示すように、本発明のビデオカ
メラ１００は、被写体像をとりこむ光学系であるレンズ
１０１、この光学系のフォーカス調整するためのフォー
カス調整機構１０２、光学系の入射光量を調整する絞り
機構１１６やフォーカス調整機構１０２を制御する絞り
調整・フォーカス調整回路１０３、レンズ１０１で結像
された光学像を画素単位でその光学像の光量に対応した
電気信号に変換する撮像素子であるＭＯＳセンサ１０
５、ＭＯＳセンサ１０５の結像面側に設けられ、画素毎
にＲＧＢのいずれかのカラーフィルタ部を有するカラー
フィルタアレイ１０４、ＭＯＳセンサ１０５により得ら
れた電気信号を電圧信号に変換する電流電圧変換回路１
０６、電流電圧変換回路１０６を経て得られた電圧信号
のレベルを調整するＡＧＣ回路１０７、ＡＧＣ回路１０
７を経てレベルが揃えられた電圧信号をクランプするク
ランプ回路（ＣＬＰ）１０８、ＣＬＰ１０８からの出力
をレベル対応のデジタル信号に変換するアナログデジタ
ル変換回路（ＡＤＣ）１０９、システムの動作の基本と
なるタイミングをとるタイミングパルス（クロック信
号）を発生するタイミング制御回路１１０、このタイミ
ング制御回路１１０の出力するクロック信号に同期して
ＭＯＳセンサ１０５の駆動制御をするＴＧ／ＳＧ回路１
１１、ＡＤＣ１０９からの出力であるデジタル信号をプ
ロセス処理するプロセス制御回路１１２、このプロセス
制御回路１１２によりプロセス処理された信号をエンコ
ードするエンコーダ回路１１３、エンコードされた信号
を出力する出力回路１１４、出力回路１１４を介して出
力された信号をアナログ信号に変換するデジタルアナロ
グ変換回路１１５よりなる。

【００６６】このような構成のビデオカメラ１００にお
いて、被写体からの光は、レンズ１０１を通してＭＯＳ
センサ１０５に入射し、入射した光は光電変換によって
電気信号に変換され電流値として出力される。ＭＯＳセ
ンサ１０５上には各画素に対応して赤、青、緑の色フィ
ルタが規則的に配列されたカラーフィルタアレイ１０４
が形成されており、これにより、１個のＭＯＳセンサ１
０５から３原色に対応するカラー画像信号が電気信号と
して出力される。

【００６７】ＭＯＳセンサ１０５から出力された電気信
号は、電流電圧変換回路１０６、ＡＧＣ回路１０７、Ｃ
ＬＰ回路１０８を介してＡＤＣ回路１０９に供給され
る。

【００６８】ＡＤＣ回路１０９はＣＬＰ回路１０８から
の画像信号に基づいて、例えば１サンプル値が８ビット
からなるデジタルデータに変換し、このデータをプロセ
ス制御回路１１２へ供給する。

【００６９】プロセス制御回路１１２は、例えば色分離
回路、クランプ回路、ガンマ補正回路、ホワイトクリッ
プ回路、ブラッククリップ回路、ニー回路等からなり、
供給された映像信号に対して必要に応じてプロセス処理
を施す。また必要に応じ、色バランス等の処理を施す。
該プロセス制御回路１１２により処理された信号は、エ
ンコーダ回路１１３に送られる。

【００７０】エンコーダ回路１１３では、送られてきた
信号を演算し、輝度信号、色差信号に変換する。また、
ビデオカメラ出力をネットワーク等により通信する場合
にはこのエンコーダ回路１１３においてＰＡＬやＮＴＳ
Ｃ方式等への複合映像信号に変換する処理が施される。

【００７１】また、ＭＯＳセンサ１０５、電流電圧変換
回路１０６は、ＴＧ／ＳＧ（タイミングジェネレータ／
シグナルジェネレータ）回路１１１から送られるタイミ
ング信号、同期信号によりタイミングが制御される。こ
のＴＧ／ＳＧ回路１１１の動作電源および出力電圧は、
ＭＯＳセンサ１０５に供給される電源レベルと同一であ
る。

【００７２】その後、映像信号は出力回路１１４を介し
てＤ／Ａ変換回路１１５に与えられ、このＤ／Ａ変換回
路１１５はこの入力された信号をアナログビデオ信号に
変換してカメラ信号として出力する。また、映像信号は
出力回路１１４を介して直接、デジタルの信号としての
出力も可能である。そしてこれらのカメラ信号は、ビデ
オテープレコーダ等の記録装置やモニタ装置に供給され
る。

【００７３】本実施例では、低消費電力・低電圧化を図
り、しかも、１秒間に３０フレームの画像を処理する必
要のあるビデオカメラにおいて、固定パターン雑音成分
を水平帰線期間内にキャンセルすることができて、Ｓ／
Ｎの良い高画質の画像信号を得ることのできるビデオカ
メラを提供できるようになる。

【００７４】なお、この実施例において、カラーフィル
タアレー１０４と撮像デバイスであるＭＯＳセンサ１０
５は別体の構成のものを使用したが、近年においてはＣ
ＣＤデバイスを例に考えてみると、撮像デバイスとカラ
ーフィルタを一体にしたものも多い。そこで、カラーフ
ィルタアレー１０４とＭＯＳセンサ１０５を一体化した
構成のものを使用するようにすることもできる。カラー
フィルタアレー１０４とＭＯＳセンサ１０５を一体化し
た撮像デバイスは図１４の如き構成とすれば良い。

【００７５】すなわち、多数の微細なフォトダイオード
ＰＤがマトリクス状に配置されて形成された半導体基板
Ｓｕｂの各フォトダイオード受光面側に、各フォトダイ
オード受光面の領域部分を開口させたしゃ光マスクであ
るしゃ光膜Ｍstを例えば、アルミニウムにより形成し
て、その上に透明な平滑膜Ｍftを形成し、さらにその上
にシアンフィルタＦCy，マゼンタフィルタＦMg，イエロ
ーフィルタＦYeを形成する。

【００７６】フォトダイオードＰＤは、マゼンタ像用Ｍ
ｇ、グリーン像用Ｇ、イエロー像用Ｙｅ、シアン像用Ｃ
ｙに分けてあり、シアンフィルタＦCyはグリーン像用と
シアン像用のフォトダイオードの受光面上に、また、マ
ゼンタフィルタＦMgはマゼンタ像用のフォトダイオード
の受光面上に、イエローフィルタＦYeはイエロー像用の
フォトダイオードの受光面上に、それぞれ位置するよう
に形成する。そして、上面に透明なオーバーコート層Ｏ
c を形成し、その上にマイクロレンズアレイＬmcを形成
する。マイクロレンズアレイＬmcは多数の微小なレンズ
を並べて形成したものであり、それぞれの微小なレンズ
部分はフォトダイオードＰＤの受光面上に、来るように
設計されている。このマイクロレンズアレイＬmcによ
り、フォトダイオードＰＤに対する光の入射量を確保
し、フォトダイオードＰＤの検出感度を高めている。

【００７７】このようなカラーフィルタ・一体形成型の
撮像デバイスを単板式撮像系の撮像素子（ＭＯＳセンサ
１０５）として用いるようにすると、カラーフィルタを
別置きにする必要が無くなり、ＭＯＳセンサ１０５の受
光面における各画素に対するカラーフィルタの位置合わ
せを省くことができ、光学系の省スペース化を図ること
ができるようにもなる。

【００７８】（第７の実施の形態） ＜増幅型ＭＯＳセンサのビデオカメラへの応用＞図１６
に本発明におけるＭＯＳセンサを用いた別のビデオカメ
ラの実施例を示す。図１６に示す例は、図１５が単板式
撮像系であったのに対して、撮像系をＲＧＢ（赤、緑、
青）の３系統にわけた３板式のビデオカメラの例であ
る。図１６に示すように、本発明のビデオカメラ１００
−２は、被写体像をとりこむ光学系であるレンズ１０
１、この光学系のフォーカス調整するためのフォーカス
調整機構１０２、光学系の入射光量を調整する絞り機構
１１６やフォーカス調整機構１０２を制御する絞り調整
・フォーカス調整回路１０３、レンズ１０１で取り込ま
れた光学像をＲＧＢの三原色成分に分解する色分解プリ
ズム２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂ、これら色分解プリ
ズム２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１ＢによりＲＧＢの三原
色成分に分解された画像が結像されて画素単位でその光
学像の光量対応の電気信号に変換する撮像素子であるＲ
成分用、Ｇ成分用、Ｂ成分用のＭＯＳセンサ１０５Ｒ，
１０５Ｇ，１０５Ｂ、これらＭＯＳセンサ１０５Ｒ，１
０５Ｇ，１０５Ｂにより得られた電気信号を電圧信号に
変換するＲ成分系統用、Ｇ成分系統用、Ｂ成分系統用の
電流電圧変換回路１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂ、電流
電圧変換回路１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂにて得られ
た電圧信号のレベルを調整するＲ成分系統用、Ｇ成分系
統用、Ｂ成分系統用のＡＧＣ回路１０７Ｒ，１０７Ｇ，
１０７Ｂ、ＡＧＣ回路１０７Ｒ，１０７Ｇ，１０７Ｂを
経てレベルが揃えられた電圧信号をクランプするＲ成分
系統用、Ｇ成分系統用、Ｂ成分系統用のクランプ回路
（ＣＬＰ）１０８Ｒ，１０８Ｇ，１０８Ｂ、ＣＬＰ １
０８Ｒ，１０８Ｇ，１０８Ｂからの出力をレベル対応の
デジタル信号に変換するＲ成分系統用、Ｇ成分系統用、
Ｂ成分系統用のアナログデジタル変換回路（ＡＤＣ）１
０９Ｒ，１０９Ｇ，１０９Ｂ、システムの動作の基本と
なるタイミングをとるタイミングパルスを発生するタイ
ミング制御回路１１０、このタイミング制御回路１１０
の出力するタイミングパルスに同期してＭＯＳセンサ１
０５の駆動制御をするＲ成分系統用、Ｇ成分系統用、Ｂ
成分系統用のＴＧ／ＳＧ回路１１１、ＡＤＣ １０９
Ｒ，１０９Ｇ，１０９Ｂからの出力であるデジタル信号
をプロセス処理するプロセス制御回路１１２、このプロ
セス制御回路１１２によりプロセス処理された信号をエ
ンコードするエンコーダ回路１１３、エンコードされた
信号を入出力制御する出力回路１１４、出力回路１１４
を介して出力された信号をアナログ信号に変換するデジ
タルアナログ変換回路１１５よりなる。

【００７９】このような構成のビデオカメラ１００−２
において、被写体からの光は、レンズ１０１を通り、色
分解プリズム２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂを通ってＭ
ＯＳセンサ１０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５Ｂに結像され
る。

【００８０】これら色分解プリズム２０１Ｒ，２０１
Ｇ，２０１Ｂは光学像をＲＧＢの三原色成分に分解する
ためのものであり、色分解プリズム２０１Ｒ，２０１
Ｇ，２０１ＢによりＲＧＢの三原色成分に分解された画
像はそれぞれ成分別に該当のＭＯＳセンサ１０５Ｒ，１
０５Ｇ，１０５Ｂに結像される。

【００８１】ＭＯＳセンサ１０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５
Ｂに結像されたＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の光学像は、こ
こで光電変換されて電流信号になり、明るさ対応の電流
値として出力される。

【００８２】ＭＯＳセンサ１０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５
Ｂから出力された成分別の電気信号は、各成分別の電流
電圧変換回路１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂ、ＡＧＣ回
路１０７Ｒ，１０７Ｇ，１０７Ｂ、ＣＬＰ回路１０８
Ｒ，１０８Ｇ，１０８Ｂを介してＡＤＣ回路１０９Ｒ，
１０９Ｇ，１０９Ｂに供給される。

【００８３】各成分別のＡＤＣ回路１０９Ｒ，１０９
Ｇ，１０９ＢはＣＬＰ回路１０８からの画像信号に基づ
いて、例えば１サンプル値が８ビットからなるデジタル
データに変換し、このデータをプロセス制御回路１１２
へ供給する。

【００８４】プロセス制御回路１１２は、例えばガンマ
補正回路、ホワイトクリップ回路、ブラッククリップ回
路、ニー回路等からなり、供給された映像信号に対して
必要に応じてプロセス処理を施す。また必要に応じ、色
バランス等の処理を施す。該プロセス制御回路１１２に
より処理された信号は、エンコーダ回路１１３に送られ
る。エンコーダ回路１１３では、送られてきた信号を演
算し、色バランス等の処理を施す。また、ビデオカメラ
出力をネットワーク等により通信する場合にはこのエン
コーダ回路１１３において、標準のカラーテレビジョン
放送方式であるＰＡＬ方式やＮＴＳＣ方式等への複合映
像信号に変換する処理が施される。

【００８５】また、ＭＯＳセンサ１０５Ｒ，１０５Ｇ，
１０５Ｂ、電流電圧変換回路１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０
６Ｂは、自系統対応のＴＧ／ＳＧ回路１１１から送られ
るタイミング信号、同期信号によりタイミングが制御さ
れる。このＴＧ／ＳＧ回路１１１の動作電源および出力
電圧は、ＭＯＳセンサ１０５に供給される電源レベルと
同一である。

【００８６】その後、映像信号は出力回路１１４を介し
てＤ／Ａ変換回路１１５に与えられ、このＤ／Ａ変換回
路１１５はこの入力された信号をアナログビデオ信号に
変換してカメラ信号として出力する。また、映像信号は
出力回路１１４を介して直接、デジタルの信号としての
出力も可能である。そしてこれらのカメラ信号は、ビデ
オテープレコーダ等の記録装置やモニタ装置に供給され
る。

【００８７】本実施例では、低消費電力・低電圧化を図
り、しかも、１秒間に３０フレームの画像を処理する必
要のあるビデオカメラにおいて、固定パターン雑音成分
を水平帰線期間内にキャンセルすることができて、Ｓ／
Ｎを確保して高画質の画像信号を得ることのできるビデ
オカメラを提供できる。

【００８８】以上の例は、光学像をＲＧＢの三原色成分
に分解するのに色分解プリズムを用いた構成であるが、
これはダイクロイックミラーにより、色分解する構成と
することもできる。例えば、赤反射、緑反射、青反射の
各ダイクロイックミラーにより、入射光を分離分配し、
それぞれＲＧＢの成分に光学像を分解する。その光学像
をＲ像用、Ｇ像用、Ｂ像用のＭＯＳセンサで撮像し、Ｒ
像、Ｇ像、Ｂ像の画像信号を得る。このようにすると、
プリズムを用いずとも、光学像を三原色の成分別にして
得ることができる構成となる。

【００８９】（第８の実施の形態） ＜増幅型ＭＯＳセンサのネットワークシステムでの応用
＞図１７に上述のビデオカメラ１００，１００−２の信
号を、ネットワークを通してモニタ装置等に送るときの
システム構成例を示す。図において、３００はネットワ
ークであり、ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）や
公衆回線（電話回線）、専用線といったものや、インタ
ーネット、イントラネットなど、何でも良い。ビデオカ
メラ１００，１００−２はこのネットワーク３００に対
してインターフェース３０１を介して接続される。

【００９０】３１０はインテリジェント端末であり、パ
ーソナルコンピュータ或いはワークステーションなどが
相当する。インテリジェント端末３１０はプロセッサや
メインメモリ、クロックジェネレータなどを含むコンピ
ュータ本体３１１と、ネットワーク接続用のインターフ
ェース３１２と、画像表示用のメモリであるビデオＲＡ
Ｍ３１３、プリンタインターフェース３１４、ＳＣＳＩ
（Small Computer System Interface ）などの標準バス
インターフェース３１５，３１７、ビデオカメラ接続用
のインターフェース３１６などを備えており、これらは
内部バスで接続されている。ビデオＲＡＭ３１３にはＣ
ＲＴモニタや液晶ディスプレイなどのモニタ装置３１８
が接続されており、また、プリンタインターフェース３
１４にはプリンタが接続されている。標準バスインター
フェース３１７には光ディスク装置やハードディスク装
置或いはＤＶＤ（Digital Video Disc）などの大容量外
部記憶装置３２０が接続され、さらには標準バスインタ
ーフェース３１７には例えば、ハードコピーからイメー
ジ像を取り込むイメージスキャナ３２１が接続されてい
る。また、ビデオカメラ接続用のインターフェース３１
６には例えば上述の実施例で説明した構成のビデオカメ
ラ１００が接続されている。

【００９１】このような構成において、ビデオカメラ１
００または１００−２において撮像されることにより得
られた被写体の画像は上述したように、エンコーダ回路
１１３によりビデオカメラ出力をネットワーク等により
通信するためにＭＰＥＧ方式で画像圧縮処理されたデジ
タル信号に変換する処理が施される。そして、この複合
映像信号はデジタルデータとしてインターフェース３０
１を介してネットワークでの伝送フォーマットでネット
ワーク３００へと出力される。ネットワーク３００には
インターフェース３１２を介してインテリジェント端末
３１０が接続されており、ビデオカメラ１００または１
００−２からの伝送データが当該インテリジェント端末
３１０宛てのものであれば、当該インテリジェント端末
３１０のコンピュータ本体３１１はこの伝送データをイ
ンターフェース３１２を介してネットワーク３００から
取り込む。そして、コンピュータ本体３１１はこの伝送
データから画像情報部分を抽出する。ビデオカメラ１０
０または１００−２では画像を圧縮処理しているので、
コンピュータ本体３１１は前記画像を伸長処理し、元の
画像に復元する。そして、復元した画像のデータをビデ
オＲＡＭ３１３に順次、書き込む。画像は動画であるか
らビデオＲＡＭ３１３の画像データは次々に更新する。
この結果、ビデオＲＡＭ３１３の画像データを画像とし
て表示するモニタ装置３１８にはビデオカメラ１００ま
たは１００−２から送られてきた動画が表示されること
になる。

【００９２】ビデオカメラ１００において撮像されるこ
とにより得られた被写体の画像は、上述したように、エ
ンコーダ回路１１３により、ビデオカメラ出力をネット
ワーク等により通信するために、ＭＰＥＧ方式で画像圧
縮処理されたデジタルデータに変換された後、インター
フェース３１６を介してコンピュータ本体３１１に出力
され、コンピュータ本体３１１はそれを伸長処理し、元
の画像に復元する。そして、復元した画像のデータをビ
デオＲＡＭ３１３に順次、書き込む。画像は動画である
からビデオＲＡＭ３１３の画像データは次々に更新す
る。このようにしてビデオＲＡＭ３１３の画像データを
画像として表示するモニタ装置３１８にはビデオカメラ
１００から送られてきた動画が表示される。

【００９３】また、コンピュータ本体３１１はインテリ
ジェント端末３１０に接続されている当該ビデオカメラ
１００の画像をネットワーク３００に伝送しようとする
場合、そのネットワークでの伝送フォーマットに編集
し、インターフェース３１２を介してネットワーク３０
０へと出力する。

【００９４】（第９の実施の形態） ＜増幅型ＭＯＳセンサのスチルカメラへの応用＞図１８
に本発明におけるＭＯＳセンサを用いたスチルカメラの
実施例を示す。図１８に示すように、本発明のスチルカ
メラ４００は、レンズ系や絞りを含み被写体像をとりこ
む光学系４１１、この光学系４１１に取り込まれた像が
結像されるＭＯＳセンサ４１５、このＭＯＳセンサ４１
５の結像面と前記光学系４１１との間に位置してその両
者間の光路上に挿脱自在に配され、当該光路上に挿入さ
れている時は光学系４１１で取り込んだ被写体像をファ
インダ４１４に分配すると共に光路外に脱出された時は
光学系４１１で取り込んだ被写体像をＭＯＳセンサ４１
５の結像面に結像させるシャッタとしての機能を有する
ミラー４１２、ミラー４１２の反射光をファインダ４１
４に導くためのミラー４１３、ＭＯＳセンサ４１５から
画像の信号を色成分別に読み出す撮像回路４１６、その
読み出した出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器
４１７、このＡ／Ｄ変換器４１７により変換されたデジ
タル信号を画面単位で保持するフレームメモリ４１８、
フレームメモリ４１８に保持されたデジタル信号を画面
単位で圧縮処理する圧縮回路４１９、画像データを記憶
するメモリカード４２１、圧縮回路４１９により圧縮処
理されて得られた画像データをメモリカード４２１に書
き込むべく制御するカードコントロール回路４２０から
構成される。

【００９５】このような構成において、図示しないシャ
ッタボタンを操作することにより、光学系４１１のとら
えた被写体像はＭＯＳセンサ４１５に結像される。ＭＯ
Ｓセンサ４１５は本発明で用いられるノイズキャンセラ
回路を備えた固体撮像装置であり、光学系４１１で取り
込まれた光学像が結像されると画素単位で、その光学像
の光量対応の電気信号に変換する。カラー画像を撮影で
きるようにするために、ＭＯＳセンサ４１５はその結像
面側に画素毎にＲＧＢいずれかのカラーフィルタ部を有
するカラーフィルタアレーが設けてあり、撮像回路４１
６はＭＯＳセンサ４１５により得られた電気信号をＲＧ
Ｂの成分別に分離して出力する。そして、電流電圧変換
回路１０６は撮像回路４１６から出力された色成分別の
電気信号をデジタル信号に変換し、この変換されたデジ
タル信号はフレームメモリ４１８に画面単位で一時保持
される。

【００９６】フレームメモリ４１８に保持されたデジタ
ル信号は圧縮回路４１９により画像単位で圧縮処理さ
れ、カードコントロール回路４２０に出力される。そし
て、カードコントロール回路４２０はこの圧縮処理され
た画像のデータをデータの記憶媒体であるメモリカード
４２１に記憶制御する。

【００９７】このようにして、メモリカード４２１に
は、シャッタボタンを操作する毎に撮影されたスチル画
像が、画面単位で圧縮されてメモリカード４２１に記憶
される。メモリカード４２１はカメラから着脱可能であ
り、メモリカード４２１に記憶された画像は、図示しな
い読取り再生装置に装着して、画像データを伸長して復
元し、モニタ装置に表示させたり、ビデオプリンタなど
のハードコピー装置に出力して観賞する。

【００９８】本実施例では、低消費電力・低電圧化を図
り、しかも、１秒間に複数コマ連続撮影する高速連写を
高いＳ／Ｎを以て実現することが可能になり、コンパク
トで、高機能、高性能なスチルカメラを得ることができ
る。つまり、ＭＯＳセンサにおいて問題となっていた固
定パターン雑音成分を短時間でキャンセルすることがで
きて、Ｓ／Ｎの良い従って高画質の写真を得ることので
きるスチルカメラを提供できる。

【００９９】（第１０の実施の形態） ＜増幅型ＭＯＳセンサのファクシミリへの応用＞図１９
に本発明におけるＭＯＳセンサを用いたファクシミリ装
置の実施例を示す。図は原理的な構成を示しており、紙
に手書きあるいはプリントした原稿や、写真などのよう
なシート状の原稿５０１を、図示しない主搬送機構で主
走査方向（矢印Ｂ方向）に搬送しつつ、定位置に固定し
て原稿の横断方向に配されたＭＯＳセンサ５０２にて原
稿のイメージ情報を読み取る。５０３は光源、５０４は
ＭＯＳセンサ５０２の受光面に原稿像を結像させるレン
ズである。

【０１００】ＭＯＳセンサ５０２は画素単位の受光部
（フォトダイオード）を一次元配列したリニアセンサで
あり、本発明で用いられるノイズキャンセラ回路を備え
たモノクロームの固体撮像装置である。

【０１０１】本ファクシミリ装置にシート状の原稿５０
１をセットすると、図示しない主搬送機構がこの原稿５
０１を主走査方向（矢印Ｂ方向）に搬送する。そして、
定位置に固定してあるＭＯＳセンサ５０２の受光面に、
原稿の画像が１ライン相当分ずつ、レンズを５０４を介
して結像される。ＭＯＳセンサ５０２はこの結像された
原稿のイメージ情報を読み取る。

【０１０２】すなわち、これによりＭＯＳセンサ５０２
からは画素配列順に受光量対応の信号が画素単位で画像
信号として読み出されて出力されるので、増幅器５０５
でこれを出力順に増幅した後、この増幅された画像信号
をＡ／Ｄコンバータ５０６でデジタル信号に変換してか
らモデム５０７で電話回線用に変調して電話回線へと出
力する。

【０１０３】受信側ではこの受信した信号を復調し、主
走査方向に搬送される記録紙の横断方向に、受信順に信
号値対応の濃度で画素をプリントしてゆけば、画像がハ
ードコピーとして再生される。

【０１０４】本実施例では、低消費電力・低電圧化を図
り、しかも、高速読み取りを高いＳ／Ｎを以て実現する
ことが可能になり、コンパクトで、高機能、高性能なフ
ァクシミリ装置を得ることができる。つまり、ＭＯＳセ
ンサにおいて問題となっていた固定パターン雑音成分を
短時間でキャンセルすることができて、Ｓ／Ｎの良い従
って高画質のイメージを高速で送ることのできるファク
シミリ装置を提供できる。

【０１０５】なお、リニアセンサは近年の素子の場合、
原稿面に密着してイメージを読み取る密着型のもの出現
している。そこで、密着型とするには原稿像を導くレン
ズと、このレンズにより導かれた像が結像されて、その
光量対応の電気信号に変換する画素単位の受光部と、原
稿面に照明光を当てる発光素子とを一体的に組み込んだ
構成として実現でき、この様なものを用いるようにして
も良い。

【０１０６】（第１１の実施の形態） ＜増幅型ＭＯＳセンサの複写機への応用＞図２０に本発
明におけるＭＯＳセンサを用いた電子複写機の実施例を
示す。図は原理的な構成を示しており、箱型の筐体６０
１の上面部分に、透明ガラスなどによる原稿置き台６０
２が設けられており、この原稿置き台６０２の上面に紙
に手書きをしたあるいはプリントした原稿、あるいは写
真などのようなシート状の原稿６０３をおいて押さえ蓋
６０４で原稿を押さえる構成である。

【０１０７】筐体６０１内には、原稿置き台６０２の直
下位置近傍に、原稿置き台６０２の一方の端から他方の
端までの間を一定速度で反復移動できる光学系が設けて
ある。ここでではこの反復移動方向を主走査方向と呼ぶ
ことにする。光学系は棒状の光源６０５、ミラー６０
６、レンズ６０７からなり、光源６０５は主走査方向と
直交する方向（この方向を副走査方向と呼ぶことにす
る）に配する。

【０１０８】レンズ６０７の結像位置にはＭＯＳセンサ
６０８が設けてある。ＭＯＳセンサ６０８は画素単位の
受光部（フォトダイオード）を一次元配列したリニアセ
ンサであり、本発明で用いられるノイズキャンセラ回路
を備えたモノクロームの固体撮像装置である。

【０１０９】ＭＯＳセンサ６０８は副走査方向１ライン
分のイメージを結像されてこれを受光量対応の信号に変
換する。スキャナコントローラ６０９はＭＯＳセンサ６
０８からは画素配列順に受光量対応の信号が画素単位で
画像信号として読み出されて出力されるように、ＭＯＳ
センサ６０８を制御すると共に、主走査方向に順に光学
系が移動するように、当該光学系の主走査方向駆動移動
を制御する。システムコントローラ６１０はシステム全
体の制御を司るものであり、また、ＭＯＳセンサ６０８
から出力される受光量対応の信号に基づいてレーザ光源
６１１の出力を制御する。レーザ光源６１１はスポット
状のレーザビームを発生するものであり、このレーザ光
源６１１から発生されたレーザビームはレーザビームを
スキャンさせるための走査ミラーであるポリゴンミラー
６１２により反射されて円筒状の感光体ドラム６１３に
結像される。この結像位置が描画位置である。感光体ド
ラム６１３は所定速度で一方向に回転駆動される構成で
あり、感光体ドラム６１３は図示しない帯電装置によ
り、レーザビームの照射位置の上流位置（描画位置の上
流位置）で帯電される。

【０１１０】ポリゴンミラー６１２はシステムコントロ
ーラ６１０により制御されることにより、スポット状の
レーザビームを円筒状の感光体ドラム６１３表面にＭＯ
Ｓセンサ６０８からの信号の出力速度対応にスキャンさ
せる形となり、感光体ドラム６１３のドラム回転方向を
主走査方向とすると、当該回転方向と直交方法にレーザ
ビームをスキャンさせることでドラム表面にはレーザビ
ームの光量対応に電荷が失われて原稿のイメージ相当の
潜像が形成される。感光体ドラム６１３は、描画位置の
下流位置において潜像を可視像にする現像部６１４の配
置位置通過時にその位置にある潜像が、現像部６１４の
付与するトナーにより現像されて可視像化される。そし
て、このトナー像をコピー用紙の収納トレイ６１５より
一枚ずつ取り出されて感光体ドラム６１３の下面側位置
の搬送経路６１６に搬送されて来るコピー用紙に転写さ
れる。

【０１１１】コピー用紙の搬送速度と感光体ドラム６１
３の回転速度は同期しており、１ライン単位で逐次描画
されて感光体ドラム６１３表面に形成された潜像のトナ
ー像を転写させていくことにより、原稿と同一のイメー
ジのトナー像がコピー用紙上に残ることになる。搬送経
路６１６はこのトナー像が転写されたコピー用紙を排出
口側へと送る経路であり、搬送経路６１６に設けてある
搬送機構によりコピー用紙は排出口側へと送られるよう
にしてある。定着部６１７は排出口手前に設けたトナー
定着のための装置であり、トナー像が転写されたコピー
用紙はこの定着部６１７を通過する際に、トナーがコピ
ー用紙に定着され、排出口に排出される仕組みである。

【０１１２】このような構成において、コピーする時
は、原稿置き台６０２の上面にシート状の原稿６０３を
置き、押さえ蓋６０４で原稿を押さえる。原稿置き台６
０２の直下位置近傍には、原稿置き台６０２の一方の端
から他方の端までの間を一定速度で主走査方向に反復移
動できる光学系が設けてあるので、プリントスタート操
作するとこの光学系である光源６０５、ミラー６０６、
レンズ６０７は主走査方向に反復移動する構成となる。

【０１１３】主走査方向を縦方向としてみた場合に、原
稿置き台６０２の横方向を幅方向と定める。この場合、
光学系を構成する光源６０５は原稿置き台６０２の幅相
当分の範囲を照らし、光学系を構成するミラー６０６、
レンズ６０７はこの照らされた範囲の像をＭＯＳセンサ
６０８の受光面に結像する。ＭＯＳセンサ６０８は画素
単位の受光部（フォトダイオード）を一次元配列したリ
ニアセンサであり、本発明で用いられるノイズキャンセ
ラ回路を備えたモノクロームの固体撮像装置である。

【０１１４】従って、ＭＯＳセンサ６０８は幅方向の１
ライン分（すなわち、副走査方向１ライン分）のイメー
ジが結像されてこれを受光量対応の信号に変換する。そ
して、ＭＯＳセンサ６０８からは画素配列順に受光量対
応の信号が画素単位で画像信号として読み出されて出力
されるように、スキャナコントローラ６０９は制御する
と共に、また、主走査方向に順に光学系が移動するよう
に、当該光学系の主走査方向駆動移動を制御する。その
ため、原稿置き台６０２の原稿６０３のイメージ像が主
走査方向順に、しかも、副走査方向１ライン単位で画素
順に受光量対応の信号が得られるようになる。

【０１１５】この信号はシステムコントローラ６１０に
与えられ、システムコントローラ６１０はこの信号対応
にレーザ光源６１１の出力を制御する。そのため、レー
ザ光源６１１はＭＯＳセンサ６０８から出力される受光
量対応の強さの光を発振することになる。

【０１１６】一方、システムコントローラ６１０はポリ
ゴンミラー６１２をＭＯＳセンサ６０８の読み出し速度
に同期させて首振り運動させるように駆動制御するの
で、ＭＯＳセンサ６０８の読み出し速度に同期させて、
しかも、１ライン分のイメージ対応分（すなわち、副走
査方向１ライン分）の光学像イメージがポリゴンミラー
６１２により感光体ドラム６１３上に描画されることに
なる。

【０１１７】感光体ドラム６１３は主走査速度に対応す
る周速度で一定方向に回転駆動されている。そして、感
光体ドラム６１３はその周面が、ポリゴンミラー６１２
によるレーザ光の描画位置に到達する段階では既に帯電
手段により帯電されている。そして、レーザ光を照射さ
れることにより、その照射を受けた部分の感光体ドラム
６１３は、電荷がその照射を受けた光量分、電荷が失わ
れている。そのため、感光体ドラム６１３上にはポリゴ
ンミラー６１２によるレーザ光の描画走査位置より回転
方向の下流領域に、原稿のイメージが潜像として残るこ
とになる。

【０１１８】この潜像は現像部６１４の位置を通過する
段階で、当該現像部６１４の付与するトナーにより現像
されて可視像化される。そして、このトナー像はコピー
用紙の収納トレイ６１５より一枚ずつ取り出されて感光
体ドラム６１３の下面側位置の搬送経路６１６に搬送さ
れて来るコピー用紙に転写される。コピー用紙の搬送速
度と感光体ドラム６１３の回転速度は同期しており、１
ライン単位で逐次描画されて感光体ドラム６１３表面に
形成された潜像のトナー像を転写させていくことによ
り、原稿と同一のイメージのトナー像がコピー用紙上に
残ることになる。このトナー像が転写されたコピー用紙
は搬送機構により搬送経路６１６を排出口側へと送ら
れ、排出口手前に設けた定着部６１７を通過する際に、
この定着部６１７によりトナーがコピー用紙に定着され
て排出される。

【０１１９】本実施例では、低消費電力・低電圧化を図
り、しかも、高速読み取りを高いＳ／Ｎを以て実現する
ことが可能になり、コンパクトで、高機能、高性能な電
子複写機を得ることができるようになる。つまり、ＭＯ
Ｓセンサにおいて問題となっていた固定パターン雑音成
分を短時間でキャンセルすることができて、Ｓ／Ｎの良
い従って高画質のイメージを高速で読み取って高速で複
写することのできる電子複写機を提供できる。

【０１２０】なお、以上の複写機は原稿は位置固定と
し、光学系を主走査方向に移動させるようにした構成の
ものを示したが、光学系を位置固定とし、原稿を主走査
方向に搬送するようにした構成の装置として実現するこ
ともできる。また、以上の複写機はモノクロームの装置
を例に説明したが、光学系に３原色のカラーフィルター
を設けて、色分解し、色別に潜像を形成して、その色別
の潜像をその対応する色のトナーで現像することによ
り、カラーコピーを得ることができる複写機を実現する
ことができる。

【０１２１】（第１２の実施の形態） ＜増幅型ＭＯＳセンサのスキャナへの応用＞図２１に本
発明におけるＭＯＳセンサを用いたハンディ形イメージ
スキャナの実施例を示す。本発明のイメージスキャナ７
００は、図に示すように、筐体７０１内に、光源である
ＬＥＤアレイ７０２とミラー７０３、ローラ７０４を取
り付けて構成してある。ＬＥＤアレイ７０２は筐体７０
１のほぼ横幅全体近くに亙る長さであり、筐体７０１の
下方外部を照明する。また、ミラー７０３はＬＥＤアレ
イ７０２の配置位置近傍に配されて、ＬＥＤアレイ７０
２で照明された原稿のイメージ像を筐体７０１の下部に
設けたスリット７０１ａを介して筐体７０１の内部に取
り込む。

【０１２２】図２１のハンディ形イメージスキャナは、
筐体７０１を原稿の上に置き、そのまま、原稿上を滑ら
せるかたちで手操作により移動走査する。その際に、ス
リット７０１ａから原稿のイメージを１ライン単位で取
り込むようにするため、そのライン位置の検出と読取り
の同期をとるために、ローラ７０４を設けてある。ロー
ラ７０４は原稿に接してその原稿との摩擦により、回転
できるようにするために、筐体７０１の下部から周面の
一部を露出させてある。この露出位置はスリット７０１
ａの近傍である。

【０１２３】筐体７０１の内部にはローラ７０４の回転
に同期してその回転方向と回転量を検出するエンコーダ
７０５が設けてあり、また、筐体７０１の内部にはＭＯ
Ｓセンサ７０６と、このＭＯＳセンサ７０６の受光面に
前記ミラー７０３により導いた原稿像を結像させるレン
ズ７０７が設けてある。

【０１２４】ＭＯＳセンサ７０６は画素単位の受光部
（フォトダイオード）を一次元配列したリニアセンサで
あり、本発明で用いられるノイズキャンセラ回路を備え
たモノクロームの固体撮像装置である。リニアセンサは
近年の素子の場合、原稿面に密着してイメージを読み取
る密着型のものが多い。そこで、密着型とするには原稿
像を導くレンズと、このレンズにより導かれた像が結像
されて、その光量対応の電気信号に変換する画素単位の
受光部と、原稿面に照明光を当てる発光素子とを一体的
に組み込んだ構成として実現できる。

【０１２５】ここでは原理的に示すために、図２１のよ
うな構成を示している。

【０１２６】ＭＯＳセンサ７０６から読み出された信号
は、前記エンコーダ７０５の出力により、位置の対応が
とられ、また、読み出しタイミング制御に使用される。

【０１２７】このような構成において、シート状の原稿
を平らな場所に置き、その上にこのハンディスキャナを
置いて、この原稿上をローラ７０４の回転可能な方向に
移動させる。この移動方向が主走査方向となる。このと
き、ＬＥＤアレイ７０２は原稿面を照明し、スリット７
０１ａを介して原稿のイメージがミラー７０３に入る。
そして、ミラー７０３で反射されてレンズ７０７によ
り、ＭＯＳセンサ７０６に結像される。

【０１２８】ＭＯＳセンサ７０６はラインイメージセン
サであり、固定してあるＭＯＳセンサ７０６の受光面
に、原稿の画像が１ライン相当分ずつ、レンズを７０７
を介して結像され、この結像された原稿のイメージ情報
を読み取る。

【０１２９】このように、本実施例でのハンディ形イメ
ージスキャナは、筐体７０１を原稿の上に置き、そのま
ま、原稿上を滑らせるかたちで手操作により移動走査す
る。その際に、スリット７０１ａから原稿のイメージを
１ライン単位で取り込むようにするため、そのライン位
置の検出と読取りの同期をとるローラ７０４が設けてあ
り、このローラ７０４は原稿に接してその原稿との摩擦
により、回転される結果、エンコーダ７０５からこのロ
ーラ７０４の回転方向、回転量対応の検出信号が出力さ
れる。そして、このエンコーダ７０５からの検出信号を
元に、図示しない制御手段により、ＭＯＳセンサ７０６
の出力信号を原稿の１ライン単位一致するように、制御
して出力させる。

【０１３０】本実施例では、低消費電力・低電圧化を図
り、しかも、高速読み取りを高いＳ／Ｎを以て実現する
ことが可能になり、コンパクトで、高機能、高性能なイ
メージスキャナ装置を得ることができる。つまり、ＭＯ
Ｓセンサにおいて問題となっていた固定パターン雑音成
分を短時間でキャンセルすることができて、Ｓ／Ｎの良
い従って高画質のイメージを高速で送ることのできるイ
メージスキャナ装置を提供できる。

【０１３１】なお、この例ではハンディ形のイメージス
キャナを示したが、原稿を原稿置き台の上に置き、光学
系を主走査駆動させるようにしたディスクトップ形のイ
メージスキャナにも応用できる。また、光学系を位置固
定とし、原稿を主走査方向に搬送するようにした構成の
装置として実現することもできる。また、以上のイメー
ジスキャナはモノクロームの装置を例に説明したが、光
学系に３原色のカラーフィルターを設けて、色分解し、
色別に画像信号を得ることにより、カラー画像の信号を
得ることができるイメージスキャナを実現することがで
きる。さらには、光学系を凹面鏡を用いて形成して画像
をこの凹面鏡により、ＭＯＳセンサに導くようにした
り、光ファイバを束ねて構成したオプチカルファイバー
により、画像をＭＯＳセンサに導く構成するにするなど
種々の変形が可能である。

【０１３２】（第１３の実施の形態） ＜ディスクトップ形のカラーイメージスキャナ＞第１３
の実施の形態にディスクトップ形のカラーイメージスキ
ャナに使用する光学系の構成を示す。ディスクトップ形
のカラーイメージスキャナでは光学系は定位置固定であ
り、原稿を主走査方向に走査する。この場合、図２２に
示すように、光学系に３原色のカラーフィルタを設け
て、色分解し、色別に画像信号を得る。図２２におい
て、画像信号を得るＭＯＳセンサＳはラインセンサであ
り、画素を１ライン相当分、直線的に並べて構成してあ
る。ＭＯＳセンサＳの受光面側にはカラーフィルタＦが
配されている。カラーフィルタＦは１ライン相当分の幅
および長さをそれぞれ有するＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ
（青）の各色成分用の光学フィルタ部が並列的に配され
た構成である。そして、ＭＯＳセンサＳの受光面側は原
稿ＤＰの光学像をレンズＬ、およびカラーフィルタＦを
介して結像される構成である。原稿ＤＰは、光源ＬＰに
より照明される。

【０１３３】カラーフィルタＦは、Ｒ（赤），Ｇ
（緑），Ｂ（青）の各色成分用の光学フィルタ部をＭＯ
ＳセンサＳの受光面上に移動できるように駆動移動走査
機構ＤＲにより移動走査可能に支持されている。そし
て、赤像を受光する時はＲの色成分用の光学フィルタ部
を、緑像を受光する時はＧの色成分用の光学フィルタ部
を、そして、青像を受光する時はＢの色成分用の光学フ
ィルタ部をＭＯＳセンサＳの受光面上に位置させるよう
に、画像の収集タイミングと同期を取りながら駆動移動
制御させる。

【０１３４】これにより、ＭＯＳセンサＳからは、Ｒ
（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各色成分用の光学像の画
像信号を得ることができる。

【０１３５】（第１４の実施の形態） ＜増幅型ＭＯＳセンサのフィルムスキャナ装置への応用
＞ 本発明の増幅型ＭＯＳセンサは、パソコンや画像ディス
プレイ装置等に、例えば、３５ｍｍロングフィルムの１
コマ、１コマを読み込んで画像信号を得るフィルムスキ
ャナ装置への応用もできる。

【０１３６】その構成例を図２３に示す。図に示すよう
に、増幅型ＭＯＳセンサによる密着形のラインセンサ
Ｓ、このラインセンサＳの受光面側に配されるＳ現像済
みの銀塩ロングフィルムＦＭ、この銀塩ロングフィルム
ＦＭをラインセンサＳの受光面位置上で照明する光源Ｌ
Ｐ、銀塩ロングフィルムＦを挟んで一方向に一定速度で
搬送する一対の搬送ローラＣからなる。

【０１３７】このような構成によれば、搬送ローラＣで
銀塩ロングフィルムＦＭを挟み、この搬送ローラＣを一
定速度で回転駆動させる。これにより、銀塩ロングフィ
ルムＦＭは一方向に一定速度で搬送される。従って、密
着形のラインセンサＳで銀塩ロングフィルムＦＭの像
を、フィルム搬送速度に同期させながら読み出し制御し
て、受光量対応の信号を得る。この信号は雑音のキャン
セルが成されており、画像成分のみのフィルム像をライ
ン単位で電気信号に変換して出力することができる。

【０１３８】（第１５の実施の形態） ＜オートフォーカス機構への応用＞図２４に本発明にお
けるＭＯＳセンサを用いたオートフォーカス機構付きの
１眼レフカメラの実施例を示す。図において、本発明の
１眼レフカメラ８００は焦点位置調整機構付きのレンズ
８０１と、このレンズ８０１のとらえた光学像が結像さ
れて露光されるフィルム８０３、カメラ８００のファイ
ンダ８０２ａにレンズ８０１のとらえた光学像を導くプ
リズム８０２ｂ、本発明のオートフォーカスセンサモジ
ュール８０４、ハーフミラーで構成され、レンズ８０１
の光路上に配されて、シャッタ操作することで、前記光
路から完全に外れるようにした跳ね上がり式のファイン
ダーミラー８０５と、このファインダーミラー８０５の
背面に取り付けられ、前記レンズ８０１の光路上にこの
ファインダーミラー８０５が位置するときに、ファイン
ダーミラー８０５の透過光学像をオートフォーカスセン
サモジュール８０３に結像させるサブミラー８０６を備
える。

【０１３９】オートフォーカスセンサモジュール８０４
は本発明で用いられるノイズキャンセラ回路を備えたＭ
ＯＳセンサを用いており、図２５に示すように、ＭＯＳ
センサ８０４ａ部分の受光面の前面にはセパレータレン
ズ８０４ｂが固定して設けてある。ＭＯＳセンサ８０４
ａとしては２次元配列の受光面を有するものを用いてい
る。セパレータレンズ８０４ｂは図２５に示すように、
一対の凸レンズが並べて配置されて構成であり、サブミ
ラー８０６で分配された光学像はこのセパレータレンズ
８０４ｂによりそれぞれＭＯＳセンサ８０４ａの受光面
の別の領域に結像される構成である。一対の凸レンズが
並べて配置された構成のセパレータレンズ８０４ｂでこ
のように光学像をＭＯＳセンサ８０４ａの受光面に導く
構成とすることで、上記受光面には異なる領域にそれぞ
れ像が結像されて、一対の像が得られることになる。

【０１４０】このような構成のカメラは、レンズ８０１
でとらえられる被写体像はファインダーミラー８０５に
よりプリズム８０２ｂとサブミラー８０６とに分配され
る。ファインダーミラー８０５に分配された被写体像は
プリズム８０２ｂを通ってファインダ８０２ａに結像さ
れ、カメラ８００のとらえている被写体像を観察可能に
する。

【０１４１】一方、サブミラー８０６に分配された被写
体像は、オートフォーカスセンサモジュール８０４に導
かれる。オートフォーカスセンサモジュール８０４はＭ
ＯＳセンサ８０４ａにより構成されており、ＭＯＳセン
サ８０４ａ部分の受光面の前面にはセパレータレンズ８
０４ｂが配置されている。そして、このセパレータレン
ズ８０４ｂはＭＯＳセンサ８０４ａの受光面にそれぞれ
別の領域に結像させる。ＭＯＳセンサ８０４ａでは受光
面を形成するそれぞれの画素対応のフォトダイオードに
結像された光学像の光量に対応する電気信号を発生する
ので、これを順に読み出す。

【０１４２】オートフォーカスセンサモジュール８０４
においては、セパレータレンズ８０４ｂにより、ＭＯＳ
センサ８０４ａ部分の受光面は２つの画像結像領域に事
実上、分割されている状態であり、２つの画像結像領域
にそれぞれ結像された被写体像は焦点が合焦（ピントが
合った状態）した場合には図２５（ａ）の８０６Ａのよ
うに、ＭＯＳセンサ８０４ａの出力としては各分割され
た画像結像領域の基準画素位置Ｐ０，Ｐ０´を中心に、
それぞれ同じ画像のものがあらわれる状態になる。

【０１４３】また、前ピン（ピント位置がフィルム面か
ら前位置にずれている状態）では図２５（ｂ）の８０６
Ｂのように、ＭＯＳセンサ８０４ａの出力としては各分
割された画像結像領域の基準画素位置Ｐ０，Ｐ０´より
互いに内側に近付いた位置に、それぞれ同じ画像のもの
があらわれる状態とになる。

【０１４４】また、後ピン（ピント位置がフィルム面よ
り後ろの位置にずれている状態）では図２５（ｃ）の８
０６Ｃのように、ＭＯＳセンサ８０４ａの出力としては
各分割された画像結像領域の基準画素位置Ｐ０，Ｐ０´
より互いに外側に離れる位置に、それぞれ同じ画像のも
のがあらわれる状態とになる。

【０１４５】したがって、このＭＯＳセンサ８０４ａの
出力から、当該ＭＯＳセンサ８０４ａの出力が前記各分
割された画像結像領域の基準画素位置Ｐ０，Ｐ０´を中
心に、それぞれ同じ画像のものがあらわれる状態になる
方向にレンズ８０１をピント調整するに必要な制御量を
求めてその制御量分、焦点位置調整機構を制御する。こ
れにより、レンズ８０１はフィルム面に対して合焦状態
になるように、ピント調整される。

【０１４６】シャッタ操作がされると、ファインダーミ
ラー８０５が跳ね上がり、光路から外れるので、レンズ
８０１でとらえた被写体像はフィルム面に結像され、フ
ィルムは露光されてピントの合った被写体像が撮影され
る。

【０１４７】本発明のオートフォーカス機構を備えたカ
メラは、ピントの状態検出を低消費電力・低電圧で実現
でき、しかも、高速読み取りを高いＳ／Ｎを以て実現す
ることが可能になり、早いシャッタ速度で撮影する場合
や、高速連写撮影においても、十分に追従してピント状
態の検出ができ、即座にピント合わせ制御をして鮮明な
画像を撮影することができるようになる。つまり、ＭＯ
Ｓセンサにおいて問題となっていた固定パターン雑音成
分を短時間でキャンセルすることができて、Ｓ／Ｎの良
い従って高画質のイメージを高速で読み取って高速でピ
ント状態の検出ができ、即座にピント合わせ制御ができ
て鮮明な画像を撮影することができるようになる。

【０１４８】なお、ここでは１眼レフカメラを例に説明
したが、オートフォーカス機構はレンズシャッタカメラ
や双眼鏡、光学顕微鏡などにも適用することが可能であ
る。次に、上述した各システムで用いられる低雑音のＭ
ＯＳセンサ、すなわち、固定パターンノイズが効果的に
除去され、例えば、７０ｄＢ以上の大きな出力ダイナミ
ックレンジを得ることが可能なＭＯＳセンサ、そして、
このＭＯＳセンサで用いられるノイズキャンセラ回路、
および単位セルの具体例について、図面を参照して説明
する。

【０１４９】増幅型ＭＯＳセンサを用いた固体撮像装置
が受光部としてフォトダイオードを用いており、各セル
毎にフォトダイオードで検出した信号をトランジスタで
増幅するもので、高感度という特徴を持つ。

【０１５０】一般に、増幅型ＭＯＳ型固体撮像装置にお
いては、各単位セルにおける画素に相当する受光部であ
るフォトダイオードの出力信号を、その単位セルに設け
られた増幅トランジスタを通して増幅して取り出す。そ
のため、この増幅の際に、増幅トランジスタの特性バラ
ツキ対応分が信号に重畳されることになる。ゆえに、た
とえ各単位セルにおける各フォトダイオードの電位がそ
れぞれ同じであったとしても、そのフォトダイオードの
所属する単位セルでの増幅トランジスタがそれぞれ別物
であり、各増幅トランジスタはその特性が微妙に異なる
ので、出力信号がそれぞれ同じとはならない。そのた
め、増幅型ＭＯＳ型固体撮像装置で撮像した画像を再生
すると、各単位セルでの増幅トランジスタのバラツキに
対応する雑音が発生する。

【０１５１】このように増幅型ＭＯＳ型固体撮像装置で
は、各単位セルでの増幅トランジスタでそれぞれ特性が
微妙に異なり、各単位セルで固有なものであるために、
再生した画像に場所的に固定されて分布する雑音、つま
り、２次元状の雑音の発生が避けられない。この雑音は
２次元空間である画面上で、場所的に固定されていると
いう意味で、固定パターン雑音と呼ばれる。

【０１５２】この固定パターン雑音を除去するために設
けたのが、以下、詳述する本発明で用いられるノイズキ
ャンセラ回路である。

【０１５３】次に、信号電荷をセル内で増幅する増幅型
ＭＯＳセンサを用いた固体撮像装置に用いられるノイズ
キャンセラ回路の具体的な例に触れておく。

【０１５４】（第１６の実施の形態）図２６は、本発明
で用いられる第１６の実施の形態に係るＭＯＳ型固体撮
像装置にかかわり、特にノイズキャンセラ回路を備えた
ＭＯＳ型固体撮像装置の構成例を示す。単位セルＰ４−
ｉ−ｊが縦、横に２次元マトリクス状に配列されてい
る。図では、２×２しか示していないが、実際は数千個
×数千個ある。ｉは水平（row ）方向の変数、ｊは垂直
（column）方向の変数である。各単位セルＰ４−ｉ−ｊ
の詳細は既に、図９にて説明した例えば、１₁₁，２₁₁，
３₁₁，４₁₁からなる回路構成の要素の如きのものであ
る。

【０１５５】本発明で用いられる固体撮像装置の応用分
野としては、ビデオカメラ、電子スチルカメラ、ディジ
タルカメラ、ファクシミリ、複写機、スキャナ等があ
る。

【０１５６】垂直アドレス回路９０５から水平方向に配
線されている垂直アドレス線９０６−１，９０６−２，
…は各行の単位セルに接続され、信号を読み出す水平ラ
インを決めている。同様に、垂直アドレス回路５から水
平方向に配線されているリセット線９０７−１，９０７
−２，…は、各列の単位セルに接続されている。

【０１５７】各列の単位セルは列方向に配置された垂直
信号線９０８−１，９０８−２，…に接続され、垂直信
号線９０８−１，９０８−２，…の一端には負荷トラン
ジスタ９０９−１，９０９−２，…が設けられている。
負荷トランジスタ９０９−１，９０９−２，…のゲート
とドレインは共通にドレイン電圧端子９２０に接続され
る。

【０１５８】垂直信号線９０８−１，９０８−２，…の
他端は、ＭＯＳトランジスタ９２６−１，９２６−２，
…のゲートに接続される。ＭＯＳトランジスタ９２６−
１，９２６−２，…のソースはＭＯＳトランジスタ９２
８−１，９２８−２，…のドレインに接続され、ＭＯＳ
トランジスタ９２６−１，９２６−２，…、９２８−
１，９２８−２，…はソースフォロワ回路として動作す
る。ＭＯＳトランジスタ９２８−１，９２８−２，…の
ゲートは共通ゲート端子９３６に接続される。

【０１５９】ＭＯＳトランジスタ９２６−１，９２６−
２，…とＭＯＳトランジスタ９２８−１，９２８−２，
…との接続点がサンプルホールドトランジスタ９３０−
１，９３０−２，…を介してクランプ容量９３２−１，
９３２−２，…の一端に接続される。クランプ容量９３
２−１，９３２−２，…の他端にはサンプルホールド容
量９３４−１，９３４−２，…とクランプトランジスタ
９４０−１，９４０−２，…が並列に接続されている。
サンプルホールド容量９３４−１，９３４−２，…の他
端は接地されている。クランプ容量９３２−１，９３２
−２，…の他端は水平選択トランジスタ９１２−１，９
１２−２，…を介して信号出力端（水平信号線）９１５
にも接続される。

【０１６０】垂直アドレス回路９０５は、複数、ここで
は２本の信号を纏めてシフトする回路であり、図２７、
図２８、図２９のいずれかの回路により実現される。図
２７の例では、入力信号９４６を多数の出力端から順次
シフトして出力するアドレス回路９４４の出力がマルチ
プレクサ９４８により２入力信号９５０と合成される。
図２８の例では、エンコード入力９５４をデコードする
デコーダ９５２の出力がマルチプレクサ９５６により２
入力信号９５８と合成される。図２９の例では、２つの
アドレス回路９６０ａ，９６０ｂの出力を束ねて各行の
制御信号線とする。

【０１６１】図２６に示した各単位セルＰ４−１−ｉ
（ｉ＝１，２，３，〜）は、例えば、図９における
１₁₁，２₁₁，３₁₁，４₁₁よりなる部分の如きの構成であ
る。そして、９０６−１−ｉ（ｉ＝１，２，３，〜）
は、６_i（ｉ＝１，２，３，〜）に相当し、９０７−１
−ｉ（ｉ＝１，２，３，〜）は、７_i（ｉ＝１，２，
３，〜）に相当し、９０８−１−ｉ（ｉ＝１，２，３，
〜）は、８_i（ｉ＝１，２，３，〜）に相当する。

【０１６２】一般的に、ＭＯＳ型の増幅型固体撮像装置
においては、増幅トランジスタの特性のバラツキが信号
に影響するため、フォトダイオードの出力が同じでもセ
ルからの出力信号が同じとはならず、写した画像を再生
すると増幅トランジスタの特性バラツキ等に対応する２
次元状の雑音である固定パターン雑音が発生する。つま
り、ＭＯＳ型の増幅型固体撮像装置においては、その受
光面全面に一様な光を当てたとしても、マトリクス配置
の各画素から得られる画像信号のレベルは、各画素で一
様にならず、輝度むらのある画像信号となる。この輝度
むらのある画像は雑音が２次元状に分布する雑音、つま
り、画面という平面に分布する雑音であり、場所的に固
定されているという意味で、固定パターン雑音と称され
る。

【０１６３】このため、本実施例においては、単位セル
対応に図２６に示すように、水平選択トランジスタ９１
２の前に、この固定パターン雑音を抑圧するための回路
を設けてなる雑音除去回路（ノイズキャンセラ回路）を
用いるようにしている。

【０１６４】図３１は、増幅型ＭＯＳセンサを用いた従
来の固体撮像装置を示す回路構成図である。画素に相当
する単位セルＰ０−ｉ−ｊが縦、横に２次元マトリクス
状に配列されている。図では、２×２しか示していない
が、実際は数千個×数千個の配列である。ｉは水平（ro
w ）方向の変数、ｊは垂直（column）方向の変数であ
る。各単位セルＰ０−ｉ−ｊは、フォトダイオード１−
ｉ−ｊと、増幅トランジスタ２−ｉ−ｊと、垂直選択ト
ランジスタ３−ｉ−ｊと、リセットトランジスタ４−ｉ
−ｊからなる。また、２次元マトリクス状に配列されて
いる単位セルＰ０−１−１，…Ｐ０−ｉ−ｊ，…を順に
選択するために、垂直アドレス回路２０５と水平アドレ
ス回路２１３とがある。垂直アドレス回路２０５にはｎ
×ｍ構成の２次元マトリクス状配列の単位セルＰ０−１
−１，…Ｐ０−ｉ−ｊ，…の横配列数（水平（row ）方
向配列数）であるｎに対応する数のアドレス出力端子と
リセット信号端子のペアがあり、水平アドレス回路２１
３にはｎ×ｍ構成の２次元マトリクス状配列の単位セル
Ｐ０−１−１，…Ｐ０−ｉ−ｊ，…の縦配列数（垂直
（column）方向配列数）であるｍに対応するアドレス出
力端子がある。なお、ｍ，ｎ，ｉ，ｊは任意の整数であ
る。

【０１６５】そして、水平（row ）方向に並ぶ単位セル
Ｐ０−１−１，Ｐ０−１−２，…Ｐ０−２−ｊ，…に沿
って１本ずつ、垂直アドレス回路２０５から水平（row
）方向に垂直アドレス線６−１，６−２，…が順に配
線されており、これら垂直アドレス線６−１，６−２，
…はそれぞれ垂直アドレス回路２０５のｎ個のアドレス
出力端子のうち、対応する一つに接続されている。

【０１６６】また、水平（row ）方向に並ぶ単位セルＰ
０−１−１，Ｐ０−１−２，…Ｐ０−２−ｊ，…に沿っ
て１本ずつ、垂直アドレス回路２０５から水平（row ）
方向にリセット信号線７−１，７−２，…が順に配線さ
れており、これらリセット信号線７−１，７−２，…は
それぞれ垂直アドレス回路２０５のｎ個のリセット信号
端子のうち、対応する一つに接続されている。

【０１６７】また、垂直方向に並ぶ単位セルＰ０−１−
１，Ｐ０−１−２，…Ｐ０−２−ｊ，…に沿って１本ず
つ、水平アドレス回路２１３から垂直方向に垂直信号線
８−１，８−２，…が順に配線されており、これら垂直
信号線８−１，８−２，…はそれぞれ水平アドレス回路
２１３のｍ個のアドレス出力端子のうち、対応する一つ
に接続されている。

【０１６８】垂直アドレス回路２０５から水平方向に配
線されている垂直アドレス線６−１，６−２，…は各行
の単位セルの垂直選択トランジスタ３−１−１，…のゲ
ートに接続され、信号を読み出す水平ラインを決めてい
る。同様に、垂直アドレス回路２０５から水平方向に配
線されているリセット線７−１，７−２，…は、それぞ
れ対応する各行のリセットトランジスタ４−１−１、…
のゲートに接続されている。

【０１６９】入射光を検出するフォトダイオード１−ｉ
−ｊは，入射光を検出する受光部を形成するものであっ
て、受光量対応の信号電荷を発生するものであり、１つ
のフォトダイオードで１画素を構成する。増幅トランジ
スタ２−ｉ−ｊは、このフォトダイオード１−ｉ−ｊの
発生した信号電荷を増幅して検出信号として出力するも
のであり、フォトダイオード１−ｉ−ｊのカソードが自
己のゲートに接続されることにより、フォトダイオード
１−ｉ−ｊの信号電荷を増幅してその信号電荷対応の増
幅出力を検出信号としてドレイン側に発生するものであ
る。

【０１７０】垂直選択トランジスタ３−ｉ−ｊは、直流
のシステム電源と増幅トランジスタ２−ｉ−ｊのドレイ
ン側との間に自己のソース-ドレイン間が接続され、自
己のゲート側は垂直アドレス回路２０５の垂直アドレス
線６−ｊに接続される。

【０１７１】リセットトランジスタ４−ｉ−ｊは直流の
システム電源とフォトダイオード１−ｉ−ｊのカソード
との間に自己のソース‐ドレイン間が接続され、動作時
にフォトダイオード１−ｉ−ｊの信号電荷をリセットす
る。

【０１７２】つまり、具体的には垂直選択トランジスタ
３−ｉ−ｊのソース側とリセットトランジスタ４−ｉ−
ｊのソース側が、直流のシステム電源のドレイン電圧端
子に共通に接続されて、ドレイン電圧が供給されるよう
にしてある。

【０１７３】上述したように、垂直アドレス回路２０５
から水平方向に配線されている垂直アドレス線６−１，
６−２，…は各行の単位セルの垂直選択トランジスタ３
−１−１，…のゲートに接続され、信号を読み出す水平
ラインを決めている。同様に、垂直アドレス回路２０５
から水平方向に配線されているリセット線７−１，７−
２，…は、各行のリセットトランジスタ４−１−１、…
のゲートに接続されている。

【０１７４】従って、ｎ×ｍ構成（ｎ行ｍ列の配列構
成）の画素の読み出しにおいて、ｎライン存在する水平
ライン（行方向ライン）を、その読み出し走査順にアク
ティブにすべく、垂直アドレス回路２０５が垂直アドレ
ス線６−１，６−２，…を順次アクティブにし、また、
画素の信号電荷をリセットするように、出力端子に信号
出力をすべく、動作する構成としてある。

【０１７５】以上が、画像検出部であり、この画像検出
部のほかにこの画像検出部が検出した画像を読み出す出
力部がある。出力部は負荷トランジスタ９−１，９−
２，…、信号転送トランジスタ１０−１，１０−２，
…、蓄積容量１１−１，１１−２，…、水平（row ）選
択トランジスタ１２−１，１２−２，…から成り、次の
ような構成である。

【０１７６】すなわち、各列の単位セルの増幅トランジ
スタ２−１−１，２−１−２，…のソース側は列方向に
配置された垂直信号線８−１，８−２，…のうち、自己
の対応する列のものにそれぞれ接続されている。また、
各列の単位セル対応に、それぞれ一つずつ、負荷トラン
ジスタ９−１，９−２，…が設けられており、垂直信号
線８−１，８−２，…の一端はこれら各負荷トランジス
タ９−１，９−２，…のうちの対応する一つと、その負
荷トランジスタのソース‐ドレイン側を介して直流のシ
ステム電源に接続される。

【０１７７】また、垂直信号線８−１，８−２，…の他
端は、１行分の信号を取り込む信号転送トランジスタ１
０−１，１０−２，…のうちの自己に対応する一つを介
して、１行分の信号を蓄積する蓄積容量１１−１，１１
−２，…のうちの自己に対応する一つに接続されるとと
もに、水平アドレス回路２１３から供給される水平アド
レスパルスにより選択される水平（row ）選択トランジ
スタ１２−１，１２−２，…を介して信号出力端（水平
信号線）２１５に接続されている。

【０１７８】つまり、垂直信号線８−１，８−２，…の
他端は、信号転送トランジスタ１０−１，１０−２，…
のうちの対応する一つのトランジスタのソース‐ドレイ
ンを介して蓄積容量１１−１，１１−２，…のうちの対
応する一つの蓄積容量の一端側に接続されるとともに、
水平（row ）選択トランジスタ１２−１，１２−２，…
のうちの対応する一つのトランジスタのソース‐ドレイ
ンを介して信号出力端（水平信号線）２１５に接続され
る。また、各蓄積容量１１−１，１１−２，…の他端は
接地され、信号転送トランジスタ１０−１，１０−２，
…のゲート側は共通ゲート２１４に接続される。共通ゲ
ート２１４には、信号転送すべきタイミングにおいて信
号転送パルスを印加することで、信号転送トランジスタ
１０−１，１０−２，…をオンさせて、垂直信号線８−
１，８−２，…に現れた電圧を、増幅信号蓄積容量１１
−１，１１−２，…に転送して蓄積させることができ
る。水平アドレス回路２１３は、水平１ライン当たりの
読み出すべき画素位置を順次選択してゆくためのもので
あって、ｎ×ｍ構成（ｎ行ｍ列構成）の画素の読み出し
において、水平１ラインの読み出し走査速度対応に、そ
の時々の走査位置に該当する画素位置の水平（row ）選
択トランジスタ１２−１，１２−２，…をアクティブに
するように水平アドレスパルスを発生する構成としてあ
る。

【０１７９】従って、ｎ×ｍ構成（ｎ行ｍ列構成）の画
素の読み出しにおいて、順次ライン位置を変えながらそ
のラインにおける画素の信号を読み出すといった走査を
制御をすることができる。

【０１８０】図３２のタイミングチャートを参照して、
この従来のＭＯＳ型固体撮像装置の動作について説明す
る。垂直アドレス回路２０５より、垂直アドレス線６−
ｉに当該垂直アドレス線６−ｉをハイレベルにするアド
レスパルスが印加されると、この行の選択トランジスタ
３−ｉ−１，３−ｉ−２，…のみオンとなり、この行の
増幅トランジスタ２−ｉ−１，２−ｉ−２，…と負荷ト
ランジスタ９−１，９−２，…でソースフォロワ回路が
構成される。

【０１８１】これにより、増幅トランジスタ２−ｉ−
１，２−ｉ−２，…のゲート電圧、すなわちフォトダイ
オード１−ｉ−１，１−ｉ−２，…の電圧とほぼ同等の
電圧が垂直信号線８−１，８−２，…に現れる。

【０１８２】このとき、信号転送トランジスタ１０−
１，１０−２，…の共通ゲート２１４に信号転送パルス
を印加すると、増幅信号蓄積容量１１−１，１１−２，
…には垂直信号線８−１，８−２，…に現れた電圧とそ
の容量との積で表される増幅された信号電荷が蓄積され
る。

【０１８３】増幅信号蓄積容量１１−１，１１−２，…
に信号電荷が蓄積された後、垂直アドレス回路５は、リ
セットライン７−ｉにリセットパルスを印加する。そし
て、このリセットパルスによりリセットトランジスタ４
−ｉ−１，４−ｉ−２，…はオンされ、フォトダイオー
ド１−ｉ−１，１−ｉ−２，…に蓄積された信号電荷は
リセットトランジスタ４−ｉ−１，４−ｉ−２，…を介
して放電される。これにより、フォトダイオード１−ｉ
−１，１−ｉ−２，…はリセットされたことになる。

【０１８４】つぎに、水平アドレス回路２１３から水平
アドレスパルスを水平選択トランジスタ１２−１，１２
−２，…に順次印加する。すると、水平選択トランジス
タ１２−１，１２−２，…はこの水平アドレスパルスの
印加されている間、オンとなる。そして、増幅信号蓄積
容量１１−１，１１−２，…に蓄積されていた信号電荷
は、オンとなった水平選択トランジスタ１２−１，１２
−２，…を通って蓄積信号出力端（水平信号線）２１５
から出力される。これにより、１行分の画像信号が出力
信号として得られる。

【０１８５】この動作を次の行（水平ライン）、次の行
と順次続けることにより、２次元状に配置されたフォト
ダイオードのすべての信号を読み出すことができる。

【０１８６】このように、順次、ライン位置を変えなが
ら読み出し制御を行うことで、１画面分の画像信号を順
次取り出すことができ、連続的にこの動作を繰り返すと
動画像が得られることになる。

【０１８７】上述した従来のＭＯＳ型固体撮像装置の単
位セルＰ０−ｉ−ｊは、フォトダイオード１−ｉ−ｊか
らの電荷信号を増幅する増幅トランジスタ２−ｉ−ｊ、
信号を読み出すラインを選択する垂直選択トランジスタ
３−ｉ−ｊ、増幅トランジスタのゲートのゲートを充放
電するリセットトランジスタ４−ｉ−ｊの計３つのトラ
ンジスタを用いる。

【０１８８】しかし、ＭＯＳ型固体撮像装置は、増幅ト
ランジスタ２−ｉ−ｊを用いて電荷信号は増幅して出力
させるので、この増幅トランジスタ２−ｉ−ｊによる雑
音の問題がついて回る。つまり、増幅トランジスタ２−
ｉ−ｊは画素である単位セル毎に設けられるが、フォト
ダイオードが光を受けていないときにも、増幅トランジ
スタは出力を発生する。これは増幅トランジスタの特性
上、避けることができない暗電流や熱雑音などのバラツ
キに起因するものであり、マトリクス配置の各画素セル
でそれぞれ異なる固有のものであるから、一様な光を受
光面全面に当てたとしても、得られる画像信号のレベル
は、各画素で一様にならず、輝度むらのある画像信号と
なる。この輝度むらのある画像は雑音が２次元状に分布
する雑音、つまり、画面という平面に分布する雑音であ
り、場所的に固定されているという意味で、固定パター
ン雑音と称される。この雑音の問題は大きく、画素を微
細化することによって一層、顕著になるから撮像用に
は、その改善や対策が必要である。

【０１８９】この固定パターン雑音を除去するために、
第１６の実施の形態では、単位セル対応に、水平選択ト
ランジスタ１２の前に、この固定パターン雑音を抑圧す
るための回路を設けてなる雑音除去回路（ノイズキャン
セラ回路）を用いるようにしている（図２６参照）。

【０１９０】尚、図２６では、雑音除去回路としては一
例として電圧領域で信号と雑音との差分をとる相関二重
サンプリング型を示すが、雑音除去回路の型は、相関二
重サンプリング型には限定されず、種々の雑音除去回路
を用いることができる。

【０１９１】図３０のタイミングチャートを参照して、
図２６の構成のノイズキャンセラ回路付きＭＯＳ型固体
撮像装置の動作について説明する。なお、負荷トランジ
スタ９０９の共通ドレイン端子９２０、インピーダンス
変換回路のトランジスタ９２８の共通ゲート端子９３
６、クランプトランジスタ９４０の共通ソース端子９３
８はＤＣ駆動であるので、タイミングチャートから省略
している。

【０１９２】垂直アドレス線９０６−１にハイレベルの
アドレスパルスを印加すると、当該垂直アドレス線９０
６−１に接続されている単位セルＰ４−１−１，Ｐ４−
１−２，…の垂直選択トランジスタ９６５がオンとな
り、増幅トランジスタ９６４と負荷トランジスタ９０９
−１，９０９−２，…でソースフォロワ回路が構成され
る。

【０１９３】サンプルホールドトランジスタ９３０−
１，９３０−２，…の共通ゲート９３７をハイレベルと
してサンプルホールドトランジスタ９３０−１，９３０
−２，…をオンする。この後、クランプトランジスタ９
４０−１，９４０−２，…の共通ゲート９４２をハイレ
ベルとしてクランプトランジスタ９４０−１，９４０−
２，…をオンする。

【０１９４】次に、クランプトランジスタ９４０−１，
９４０−２，…の共通ゲート９４２をローレベルとして
クランプトランジスタ９４０−１，９４０−２，…をオ
フする。このため、垂直信号線９０８−１，９０８−
２，…に現れている信号プラス雑音成分はクランプ容量
９３２−１，９３２−２，…に蓄積される。

【０１９５】この後、垂直アドレスパルスをローレベル
に戻した後、リセット線９０７−１にハイレベルのリセ
ットパルスを印加すると、当該リセット線７−１に接続
されている単位セルＰ４−１−１，Ｐ４−１−２，…の
リセットトランジスタ９６６がオンとなり、出力回路９
６８の入力端子の電荷がリセットされる。

【０１９６】再び、垂直アドレス線９０６−１にハイレ
ベルのアドレスパルスを印加すると、当該垂直アドレス
線９０６−１に接続されている単位セルＰ４−１−１，
Ｐ４−１−２，…の垂直選択トランジスタ９６５がオン
となり、増幅トランジスタ９６４と負荷トランジスタ９
０９−１，９０９−２，…でソースフォロワ回路が構成
され、信号成分がリセットされた雑音成分のみが垂直信
号線９０８−１，９０８−２，…に現れる。

【０１９７】前述したように、クランプ容量９３２−
１，９３２−２，…には信号プラス雑音成分が蓄積され
ているので、クランプノード９４１−１，９４１−２，
…には垂直信号線９０８−１，９０８−２，…の電圧変
化分、すなわち信号成分プラス雑音成分から雑音成分を
差し引いた、固定パターン雑音のない信号電圧のみが現
れる。

【０１９８】そして、サンプルホールドトランジスタ９
３０−１，９３０−２，…の共通ゲート９３７をローレ
ベルとしてサンプルホールドトランジスタ９３０−１，
９３０−２，…をオフする。このため、クランプノード
９４１−１，９４１−２，…に現れている雑音のない電
圧がサンプルホールド容量９３４−１，９３４−２，…
に蓄積される。

【０１９９】この後、水平選択トランジスタ９１２−
１，９１２−２，…に水平アドレスパルスを順次印加す
ることにより、サンプルホールド容量９３４−１，９３
４−２，…に蓄積されている雑音のないフォトダイオー
ド９６２の信号が出力端子（水平信号線）９１５から読
み出される。

【０２００】以下、同様に、垂直アドレス線９０６−
２，９０６−３，…について上述の動作を繰り返すこと
により、２次元状に配置された全てのセルの信号を取り
出すことが出来る。

【０２０１】ここで、図３０のタイミングの先後関係を
説明する。必須の順番は、次の通りである。 [垂直アドレスパルスの立ち上がり・サンプルホールド
パルスの立ち上がり・クランプパルスの立ち上がり→リ
セットパルスの立ち上がり→リセットパルスの立ち下が
り→サンプルホールドパルスの立ち下がり→垂直アドレ
スパルスの立ち下がり] なお、垂直アドレスパルスの立ち上がり、サンプルホー
ルドパルスの立ち上がり、クランプパルスの立ち上がり
の前後関係は任意であるが、好ましくは上述した順番が
よい。

【０２０２】このように、図３０の動作によれば、クラ
ンプノード９４１には、信号（プラス雑音）がある時
と、増幅トランジスタのゲートがリセットされて信号が
ない時の差の電圧が現れるため、単位セルＰ４−１−ｉ
（ｉ＝１，２，３，４〜）における増幅トランジスタの
特性バラツキに起因した固定パターン雑音が補償され
る。すなわち、クランプトランジスタ９３０、クランプ
容量９３１、サンプルホールドトランジスタ９４０、サ
ンプルホールド容量９３４からなる回路がノイズキャン
セラとして作用する。

【０２０３】なお、本実施例のノイズキャンセラは、ソ
ースフォロワ回路からなるインピーダンス変換回路９２
６、９２８を介して垂直信号線９０８に接続されてい
る。すなわち、垂直信号線はトランジスタ９２６のゲー
トに接続されている。このゲート容量は非常に小さいの
で、セルの増幅トランジスタは垂直信号線９０８−１，
９０８−２，…のみを充電するので、ＣＲの時定数が短
く、すぐに定常状態になる。そのため、リセットパルス
の印加タイミングを早くすることができ、短時間でノイ
ズキャンセル動作をさせることができる。テレビジョン
信号の場合、ノイズキャンセル動作は水平ブランキング
期間内に行う必要があり、短時間で正確にノイズキャン
セルできることは大きな長所である。さらに、ノイズキ
ャンセル動作に含まれる信号プラス雑音出力時と雑音出
力時とで、単位セルから見たノイズキャンセラのインピ
ーダンスが同じであるので、正確にノイズをキャンセル
することができる。

【０２０４】すなわち、“雑音成分”出力時と“信号成
分＋雑音成分”出力時とで、単位セルから見たノイズキ
ャンセラ回路のインピーダンスがほぼ同一である。その
ため、両出力時で雑音成分はほぼ同一となり、両者の差
分をとると、正確に雑音出力を除去できて信号成分のみ
を取り出すことが可能となる。従って、正確にノイズを
キャンセルすることができる。また、単位セルからノイ
ズキャンセラ回路を見ると、インピーダンス的にはゲー
ト容量しか見えず、その容量は非常に小さいので、短時
間に確実にノイズをキャンセルすることができる。

【０２０５】次に、本実施例のノイズキャンセラ回路の
素子構造を説明する。

【０２０６】図２６の回路構成からわかるように、クラ
ンプ容量９３２とサンプルホールド容量９３４が直接接
続されて近接しているので、これらを同一面上に積層し
て形成することができ、ノイズキャンセラ回路部分を小
型化できる。

【０２０７】具体的には、図３３に示すように、シリコ
ン基板８７２上に第１の絶縁膜８７４を介して第１の電
極８７６を形成することにより、サンプルホールド容量
３４を構成し、さらに第１の電極８７６上に第２の絶縁
膜８７８を介して第２の電極８８０を形成することによ
り、クランプ容量８３２を構成する。

【０２０８】この図からも明らかなように、第１の電極
８７６が共通電極となり、クランプ容量８３２とサンプ
ルホールド容量８３４が積層形成されているので、個別
に形成する場合の１／２の面積で同じ容量値を得ること
が可能となる。

【０２０９】本実施例においては、単位セルＰ４−１−
１、Ｐ４−１−２，…や、垂直アドレス回路９０５、水
平アドレス回路９１３などの周辺回路は、ｐ^-型基板上
にｐ⁺型不純物層を形成した半導体基板上に形成されて
いる。

【０２１０】図３４（ａ）、図３４（ｂ）は、このよう
な半導体基板の断面図である。

【０２１１】図３４（ａ）に示すように、ｐ^-型基板８
８１上にｐ⁺型不純物層８８２を形成した半導体基板に
フォトダイオード８８３などのセル要素が形成されてい
る。

【０２１２】半導体基板をこのような構成にすることに
より、ｐ^-／ｐ⁺境界にある拡散電位により、ｐ^-型基板
８１で発生した暗電流がｐ⁺側へ流れ込むのを一部防止
することができる。

【０２１３】電子の流れを詳しく解析した結果を簡単に
述べると、ｐ^-側で発生した電子にとってｐ⁺不純物層８
８２の厚さＬがｐ⁺とｐ^-の濃度の比倍すなわちＬ・ｐ⁺
／ｐ^-に見える。

【０２１４】すなわち、図３４（ｂ）に示すように、暗
電流の発生源であるｐ^-基板８８１からフォトダイオー
ド８８３までの距離がｐ⁺／ｐ^-倍遠くなったように見え
ることになる。暗電流は、基板深部から流れ込むもの以
外にフォトダイオード８８３近傍の空乏層内で発生する
ものがあり、この空乏層内で発生する暗電流は、基板深
部から流れ込む暗電流とほぼ同じ程度ある。空乏層の厚
さは約１μｍ程度であり、基板深部から流れ込む暗電流
は約１００μｍの深さからも流れてくる。この深さはｐ
型半導体内部での電子の拡散距離と呼ばれているもので
ある。この厚さの差にも関わらず暗電流が同等なのは、
単位体積あたりの暗電流の発生確率が空乏層内部の方が
高いためである。ここで、空乏層で発生する暗電流は原
理的に信号電流と分離することができないので、暗電流
の低減は基板深部から流れ込む成分を減ずることによっ
てなされる。

【０２１５】また、ｐ^-型基板７１上にｐ⁺型不純物層７
２を形成した半導体基板にセルを形成するので、暗電流
が発生することによる基板電位の変動を防止することが
でき、ｐ型基板は厚いため、抵抗が低く、後述するよう
に、雑音除去回路を確実に動作させることができる。

【０２１６】また、素子温度が上昇すると基板深部から
の成分の方が急激に増加するので、これが重要である。
その目安は、基板深部からの成分が空乏層で発生した成
分よりも十分小さいことであり、具体的には、基板深部
からの暗電流が空乏層内部からのものに比べて約１桁下
であればいい。すなわち、ｐ⁺／ｐ^-を１０に設定して基
板深部からのものを約１／１０にすればいい。

【０２１７】さらに、基板深部からの暗電流は、ｎ型基
板とｐ型ウェルとで構成される半導体基板ではほぼ全く
ないといってよいが、このような半導体基板と同じレベ
ルにするためにはｐ⁺／ｐ^-を１００に設定して基板深部
からの暗電流を約１／１００にする必要がある。

【０２１８】従来の実績のあるＣＣＤでは、ｎ型の埋め
込みチャネルの不純物濃度が約１０¹⁶ｃｍ^-3程度であ
り、この埋め込みチャネルの拡散層を安定して製造する
ための埋め込みチャネルを囲むｐ型層（ここではｐ型基
板）の不純物濃度は約１０¹⁶ｃｍ^-3である。

【０２１９】ｐ⁺層の濃度はｐ⁺／ｐ^-を１０にする場合
は約１０¹⁶ｃｍ^-3程度、ｐ⁺／ｐ^-を１００にする場合は
約１０¹⁷ｃｍ^-3程度となり、ｎ型の埋め込みチャネルの
不純物濃度の約１０¹⁶ｃｍ^-3と同程度又は１桁逆転して
しまう。

【０２２０】このため、従来実績のあるのＣＣＤではこ
のような不純物濃度のｐ⁺層を使うことは考えられなか
った。また、ｐ^-層の濃度を下げると基板のシート抵抗
が高くなるという問題が出てくる。

【０２２１】しかしながら、増幅型のＭＯＳ撮像装置で
はＣＣＤの埋め込みチャネルがないためｐ^-層の濃度を
下げずにｐ⁺／ｐ^-の値をある程度自由に設定できる。

【０２２２】そこで、ｐ型ウェルの抵抗を下げ、ｎ型基
板とｐ型ウェルとで構成される半導体基板の構造を改善
することによってもセルを構成することができる。

【０２２３】図３５は、ｎ型基板８８５上にシート抵抗
の低いｐ⁺ウェル８８６を用いた単位セルの断面図であ
る。また、図３６は、ＣＣＤの単位セルの断面図を示
す。

【０２２４】ＣＣＤの単位セルのｎ型基板８８７、ｐ型
ウェル８８６、ｎ型埋め込みチャネル８８９の不純物濃
度は安定して製造を行うために、それぞれ約１０¹⁴ｃｍ
^-3、約１０¹⁶ｃｍ^-3、約１０¹⁶ｃｍ^-3程度にしてある。

【０２２５】ｎ型フォトダイオード８９０の不純物濃度
はある程度自由に設定できるため製造上の制約はあまり
ない。ｐ型ウェル８８６のシート抵抗は上記の不純物濃
度では約１００ｋΩ／□程度の値である。ＣＣＤは、前
述のようにこのような高い値でも雑音が非常に小さい。

【０２２６】一方、増幅型のＭＯＳ撮像装置で雑音除去
回路を使用する場合、このｐ型ウェルのシート抵抗は非
常に重要である。何故ならば、リセットパルスによるｐ
型ウェル８８６の電位の擾乱が収まる時間がこの装置を
応用するシステムにマッチングしなければならないから
である。

【０２２７】現行のテレビ方式であるＮＴＳＣ方式で
は、雑音除去回路を動作させるのは水平帰線期間である
約１１［μｓ］の間である。この時間のあいだにｐ型ウ
ェル８８６の電位の擾乱が０．１［ｍＶ］程度まで収ま
る必要がある。

【０２２８】この０．１［ｍＶ］という非常に小さい値
は、ＣＣＤの雑音電圧出力がこの程度であることから起
因している。１１［μｓ］という非常に短い時間で０．
１［ｍＶ］という非常に小さい値に落ちつかせるには、
詳しい解析よるとｐ型ウェル８８６のシート抵抗を１ｋ
Ω／□以下にしなければならない。これは従来のＣＣＤ
の約１／１００である。

【０２２９】そのためには、ｐ型ウェル８８６の不純物
濃度を約１００倍にする必要があり、ｐ型基板のところ
で前述したように、ＣＣＤでは不可能な濃度である。さ
らにハイビジョンテレビ方式では水平帰線期間が３．７
７［μｓ］であり、ｐ型ウェル８８６のシート抵抗を３
００Ω／□以下にしなければならない。

【０２３０】他の変形例としては、高濃度のｐ⁺型サン
ドイッチ層を基板上に形成し、表面をそれより濃度の低
いｐ型層にすることが考えられる。

【０２３１】図３７は、ｐ^-型基板９１とｐ型層８９３
との間にｐ⁺型サンドイッチ層８９２を形成した半導体
基板の構成を示す図である。また、図３８は、ｎ型基板
８９５とｐ型層８９７との間にｐ⁺型サンドイッチ層８
９６を形成した半導体基板の構成を示す図である。

【０２３２】このようなｐ⁺型サンドイッチ層は高加速
度のメガボルトイオン打ち込み機により実現できる。

【０２３３】上記ｐ型層には、単位セルの構成要素であ
るフォトダイオード８８３、トランジスタなどの他に、
水平アドレス回路、垂直アドレス回路などの周辺回路も
形成される。

【０２３４】図３９は、フォトダイオード８８３の周囲
を高濃度のｐ型ウェル１１０３で囲み、ｎ型基板１１０
１上の他の部分を他のｐ型ウェル１１０２で形成するこ
とにより構成される半導体基板の構成を示す図である。

【０２３５】このような構成を採用することにより、フ
ォトダイオード８８３への暗電流の漏れ込みを防止する
ことができる。なお、半導体基板１１０１は、ｐ^-型基
板であってもよい。

【０２３６】さらに、セル周辺の水平アドレス回路や垂
直アドレス回路の一部又は全部を形成するｐ型ウェルの
濃度は回路設計の方から決められており、セルの最適値
とは異なるため撮像領域を形成するｐ型ウェルとは別の
ｐ型層にすることも考えられる。

【０２３７】図４０は、ｎ型基板１１０５上に撮像領域
を構成するｐ型ウェル１１０６を形成するとともに、周
辺回路部を構成する他のｐ型ウェル１１０７を別々に形
成した半導体基板の構成を示す図である。

【０２３８】このような構成とすることにより、各構成
要素に適したｐ型ウェルを形成することができる。な
お、上記ｎ型基板１１０５は、ｐ^-型基板であっても良
い。

【０２３９】図４１は、ｎ型基板１１０５上に撮像領域
を形成するｐ⁺型サンドイッチ層１１０８及び濃度の低
いｐ型層１１０９を形成するとともに、周辺回路部に他
のｐ型ウェル１１０７を形成したものである。

【０２４０】このような構成とすることにより、各構成
要素に適したｐ型ウェルを形成することができ、フォト
ダイオードへの暗電流の漏れ込みを防止することができ
る。なお、上記ｎ型基板１１０５は、ｐ^-型基板であっ
ても良い。

【０２４１】以上説明したように、本実施例によれば、
単位セルの出力をノイズキャンセラ回路を介して出力し
ているので、単位セルの増幅トランジスタの特性バラツ
キに応じた固定パターン雑音を抑えることができる。ま
た、ノイズキャンセラ回路においては、クランプ容量９
９３２−１，９３２−２，…（以下、これらを９３２と
総称する。他の添え字付きの部材についても同様）とサ
ンプルホールド容量９３４が直接接続されて近接してい
るので、これらを同一面上に積層して形成することがで
き、容量を小型化できる。

【０２４２】さらに、単位セルの出力をインピーダンス
変換回路を介してノイズキャンセラに供給しているの
で、雑音出力時と信号プラス雑音出力時とで、単位セル
から見たノイズキャンセラのインピーダンスがほぼ同一
であるため、両出力時で雑音成分はほぼ同一となり、両
者の差分をとると、正確に雑音出力を除去でき、信号成
分のみ取り出すことが可能となり、正確にノイズをキャ
ンセルすることができる。また、単位セルからノイズキ
ャンセラを見ると、インピーダンス的にはゲート容量し
か見えず、その容量は非常に小さいので、短時間に確実
にノイズをキャンセルすることができる。

【０２４３】また、単位セルを形成する半導体基板とし
て、ｐ^-型不純物基体と、ｐ^-型不純物基体上に形成され
たｐ⁺型不純物層とからなる基板を用いることにより、
単位セルに進入する暗電流を低減することができ、か
つ、基板表面の電位を安定させることができるので、雑
音除去回路（ノイズキャンセラ回路）を確実に動作させ
ることができる。

【０２４４】尚、第１６の実施の形態において示した上
述のノイズキャンセラ回路部分は一例であり、他の公知
の回路を適用可能である。

【０２４５】以上、この発明によれば、単位セルでの光
電変換ゲインを高くして高感度を得ると共に、寄生容量
を介する増幅トランジスタのゲートへの垂直信号線等か
らの雑音の飛び込みを抑圧して低雑音を実現可能な固体
撮像装置が得られる。また、この高感度、低雑音の固体
撮像装置を用いた高解像度、高画質の応用装置が得られ
る。

【０２４６】なお、本発明は上述の具体例に限定される
ことなく、種々変形して実施可能である。

【０２４７】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、素子分
離領域近辺の結晶不整合が空乏化することにより発生す
るリーク電流によって再生画像を著しく劣化させること
のない固体撮像装置を提供することができる。また、こ
の高感度、低雑音の固体撮像装置を用いた高解像度、高
画質の応用装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の固体撮像装置の第１の実施の形態に
係る単位セルの構造を示したもので、（ａ）は断面図、
（ｂ）はその平面図である。

【図２】図１のように構成された固体撮像装置の単位画
素の不純物のプロファイルを示した特性図である。

【図３】第２の実施形態を示したもので、単位セルの構
造の断面図である。

【図４】図３のように構成された固体撮像装置の単位画
素の不純物のプロファイルを示した特性図である。

【図５】第３の実施形態を示したもので、単位セルの構
造の断面図である。

【図６】参考例１に係る単位セルの断面構造を示したも
ので、（ａ）は断面図、（ｂ）はその平面図である。

【図７】参考例２に係る単位セルの断面構造を示したも
ので、（ａ）は断面図、（ｂ）はその平面図である。

【図８】参考例２の変形例を示したもので、（ａ）は断
面図、（ｂ）はその平面図である。

【図９】従来の一般的な増幅型ＭＯＳセンサと称される
固体撮像素子の回路図の一例を示した図である。

【図１０】単位画素のうちフォトダイオード部分の構造
を示すもので、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図であ
る。

【図１１】従来の固体撮像装置の単位画素の不純物のプ
ロファイルを示した特性図である。

【図１２】固体撮像素子の基本的構成を示す図である。

【図１３】画像検出部としてＭＯＳセンサを用いた装置
の一般的構成を示す図である。

【図１４】カラーフィルタアレー１０４とＭＯＳセンサ
１０５を一体化した構成のＭＯＳ撮像デバイスの一例を
示す断面図である。

【図１５】本発明の第５の実施の形態を説明するための
図であって、本発明におけるＭＯＳセンサを用いたビデ
オカメラの実施例を示す構成図である。

【図１６】本発明の第６の実施の形態を説明するための
図であって、本発明におけるＭＯＳセンサを用いた別の
ビデオカメラの実施例を示す構成図である。

【図１７】本発明の第７の実施の形態を説明するための
図であって、本発明における増幅型ＭＯＳセンサのネッ
トワークシステムでの応用例を説明するための図であ
る。

【図１８】本発明の第８の実施の形態を説明するための
図であって、本発明における増幅型ＭＯＳセンサのスチ
ルカメラへの応用例を説明するための図である。

【図１９】本発明の第９の実施の形態を説明するための
図であって、本発明におけるＭＯＳセンサを用いたファ
クシミリ装置の実施例を示す図である。

【図２０】本発明の第１０の実施の形態を説明するため
の図であって、本発明におけるＭＯＳセンサを用いた電
子複写機の実施例を示す図である。

【図２１】本発明の第１１の実施の形態を説明するため
の図であって、本発明におけるＭＯＳセンサを用いたハ
ンディ形イメージスキャナの実施例を示す図である。

【図２２】本発明の第１２の実施の形態を説明するため
の図であって、機械切り替え式のカラーフィルタを用い
た増幅型ＭＯＳセンサの構成例を示す図である。

【図２３】本発明の第１３の実施の形態を説明するため
の図であって、本発明における増幅型ＭＯＳセンサのフ
ィルムスキャナ装置への応用例を説明するための図であ
る。

【図２４】本発明の第１４の実施の形態を説明するため
の図であって、本発明におけるＭＯＳセンサを用いたオ
ートフォーカス機構付きの１眼レフカメラの実施例を示
す図である。

【図２５】オートフォーカス機構の焦点合わせの原理を
説明するための図である。

【図２６】本発明の第１５の実施の形態を説明するため
の図であって、ＭＯＳ型固体撮像装置の構成例を示す回
路図である。

【図２７】第１５の実施の形態における垂直アドレス回
路の回路構成例を示す図である。

【図２８】第１５の実施の形態における垂直アドレス回
路の他の回路構成例を示す図である。

【図２９】第１５の実施の形態における垂直アドレス回
路のさらに他の回路構成例を示す図である。

【図３０】第１５の実施の形態の動作を示すタイミング
チャートである。

【図３１】ＭＯＳ型固体撮像装置の従来例の構成を示す
回路図である。

【図３２】図３１に示す従来のＭＯＳ型固体撮像装置の
動作を示すタイミングチャートである。

【図３３】第１５の実施の形態におけるノイズキャンセ
ラ部分の装置構造を示す断面図、である。

【図３４】第１５の実施の形態における単位セルの装置
構造を示す断面図である。

【図３５】第１５の実施の形態における単位セルの部分
の半導体基板の変形例を示す図である。

【図３６】ＣＣＤ型固体撮像装置の従来例のセルの断面
図である。

【図３７】第１５の実施の形態における単位セルの部分
の半導体基板の他の変形例を示す図である。

【図３８】第１５の実施の形態における単位セルの部分
の半導体基板のさらに他の変形例を示す図である。

【図３９】第１５の実施の形態における単位セルの部分
の半導体基板のさらに他の変形例を示す図である。

【図４０】第１５の実施の形態における単位セルの部分
の半導体基板のさらに他の変形例を示す図である。

【図４１】第１５の実施の形態における単位セルの部分
の半導体基板のさらに他の変形例を示す図である。

【符号の説明】

２１…シリコン基板、２２…ｎ型領域、２３…素子間分
離絶縁層、２４…ｐ+領域（チャネルストッパ用）、２
５…空乏層、２６…結晶不整合、２７…素子間分離絶縁
層の端部、２９…ｐ+領域（界面準位シールド用）、３
０…ｐ+領域（欠陥シールド用）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 郁子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 野崎 秀俊 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝研究開発センター内 (56)参考文献 特開 昭59−130466（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−303752（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−54561（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−98176（ＪＰ，Ａ) 国際公開97／007631（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/339 H01L 27/14 - 27/148 H01L 29/762 - 29/768 H04N 5/335

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも第１導電型の半導体基板上に形
   成された第１導電型と第２導電型の接合部より成る光電
   変換部と、この光電変換部と信号走査回路間に配された
   素子間分離絶縁層とを備えた固体撮像装置に於いて、前記光電変換部を形成する信号電荷と同じ第２導電型の
   拡散層領域の光電変換部基板表面からの接合深さは、前
   記素子分離絶縁層の前記光電変換部基板表面からの深さ
   よりも大きく、 前記光電変換部の表面には第１導電型による界面準位シ
   ールド用の領域が形成され、前記素子間分離絶縁層下に
   は前記光電変換部の形成されていない領域に第１導電型
   の素子分離領域が形成されると共に、素子間分離絶縁層
   近くに生じる前記半導体基板の結晶不整合の前記光電変
   換部における接合部の空乏層への到達を抑制すべく、前
   記素子間分離絶縁層下には前記界面準位シールド用の領
   域と前記素子分離領域との間にこれらに接し、且つ、前
   記結晶不整合を囲む第１導電型の欠陥シールド用領域が
   形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】被写体からの光学像を受光し、この光学像
   を所定位置に導く光学系と、 前記所定位置に導かれた光学像を画素単位で前記光学像
   の光量対応の電気信号に光電変換するセンサを備えた画
   像処理手段、この画像処理手段の出力を所定形態に加工
   して出力する信号加工部を有し、前記センサが、前記所
   定位置に配置された光電変換素子と、 この光電変換素子と接続された増幅ＭＯＳトランジスタ
   を含み、前記光電変換素子の出力を増幅して出力する出
   力回路と、 を有し、 前記センサは請求項１記載の固体撮像装置を用いている
   ことを特徴とする固体撮像装置応用システム。