JP4597354B2 - Ｍｏｓ型イメージセンサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＭＯＳ型イメージセンサに関し、動作時での配線間で相互にカップリングノイズによる影響の低減に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＯＳ型イメージセンサは、特に専用プロセスが必要なＣＣＤイメージセンサと違い、標準ＭＯＳプロセスで作製可能なために、低電圧・単一電源動作により低消費電力なこと、および周辺ロジックやマクロがワンチップ化できる利点があり、近年注目を浴びている。
【０００３】
図３は、ＭＯＳ型イメージセンサのピクセル部回路構成図の一例を示す構成ブロック図である。ピクセルとは、ディスプレイ上の画面を構成する最小単位の点で、画素とも言う。図において、ピクセルは、光入力を電気信号に光電変換するフォトダイオード３１と、フォトダイオード３１のカソード部電位を初期化するリセットトランジスタ３２と、フォトダイオード３１で光電変換された信号を増幅するためのトランジスタ３３と、トランジスタ３３で増幅された信号を読み出すための行選択トランジスタ３４とを有している。
【０００４】
図４は、図３のＭＯＳ型イメージセンサの読み出しタイミングを示す波形図である。信号リセット線４１が活性化されることによりフォトダイオードのカソード部が初期化され、露光が開始される。任意の露光時間経過後、行選択線４２が活性化され、露光量に応じ光電変換された信号が読み出される。行選択線４２活性化時には、信号リセット線４１が一時的に活性化され、この信号リセット線活性化後には、行選択線４２はまだ活性化されているため、引き続きフォトダイオードのカソード部の初期化された信号が読み出される。これは、ピクセル毎固有のリファレンス信号として、信号の補正に用いられる。
【０００５】
以上の動作を、走査方向に従って、最上行から最下行までに渡って繰り返すことにより、１フレーム分の画像信号が読み出される。また、この走査を、最下行まで行った後、引き続き最上行に戻って、連続して続けることにより、複数フレームに渡った動画像信号を得ることもできる。このとき、任意の行について、あるフレームの読み出しから次のフレームの読み出しまでの間の任意の時間で、信号リセット線４１のみを一時的に活性化することにより、電子的に露光時間を可変にする電子シャッター効果を得ることも可能である。
【０００６】
図５はＥ、Ｒ、Fossum等による従来のＭＯＳ型イメージセンサのピクセル部レイアウト例を示す構成図である(Ｅ、Ｒ、Fossum、ＳＰＩＥ、1900、pp2-14、1993)。この例では、信号リセット線Ｒと、行選択線Ｓとが光電変換部ＰＧの一端に隣り合って配置されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来例では、信号リセット線Ｒと行選択線Ｓとが隣接して配置され、かつ両者は同一配線素材で配線の太さ・厚さもほぼ同一なため、読み出しタイミング図４において、信号の立ち上がり立下り時に、配線間容量によりお互いがカップリングノイズ４３を受けてしまう。特に、行選択線Ｓの活性化時に、信号リセット線Ｒがカップリングノイズ４３により誤動作してしまうと、光電変換部ＰＧで光電変換された信号が破壊されてしまうという問題がある。
【０００８】
また、本発明とは逆に、行選択線と信号リセット線とを、水平方向選択線の走査方向に対し上側を信号リセット線、下側を行選択線とし、それらをピクセルの光電変換部を挟んでピクセルの上下に配置する例を考えると、読み出し前のピクセルの信号リセット線にカップリングノイズが生ずると、読み出し前に光電変換部で光電変換された信号が破壊されてしまうという問題がある。
【０００９】
本発明は上述する課題を解決するもので、読み出し動作時に光電変換された信号が破壊されない構造のＭＯＳ型イメージセンサを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明のＭＯＳ型イメージセンサは、行方向に対して直交する列方向を予め定められた走査方向とし、行列状に配置された複数のピクセルを有するＭＯＳ型イメージセンサの各ピクセルにおいて、該列方向に第１及び第２ピクセルが隣接配置され、前記第１及び第２ピクセルの中央にそれぞれ配置され、光電変換した信号を出力する第１及び第２光電変換部と、前記第１光電変換部に対して前記走査方向の上流に離され、前記行方向に配設された第１行選択線と、前記第１光電変換部に対して前記走査方向の下流に離され、前記行方向に配設された第１信号リセット線と、前記第２光電変換部に対して前記走査方向の上流に離され、前記行方向に配設された第２行選択線と、前記第２光電変換部に対して前記走査方向の下流に離され、前記行方向に配設された第２信号リセット線と、を備え、前記第１信号リセット線と前記第２行選択線とは近接配置されており、前記第２行選択線が選択されている期間は、前記第１リセット線が非選択とされていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明は、前記第２ピクセルの前記光電変換部が出力する前記信号は、前記第１ピクセルが選択されている際に、既に読み出されていることを特徴とするＭＯＳ型イメージセンサである。
また、本発明は、前記第１及び第２行選択線を前記第１及び第２信号リセット線よりも高抵抗とすることを特徴とするＭＯＳ型イメージセンサである。
また、本発明は、前記第１及び第２行選択線を多結晶ポリシリコン系の配線とし、前記第１及び第２信号リセット線をアルミニウム系の配線とすることを特徴とするＭＯＳ型イメージセンサである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施の形態を説明するピクセル部のレイアウト構成図である。図において、ピクセル６を横切る２本の水平方向配線、行選択線２および信号リセット線３のうち、水平方向選択線の走査方向に対し上側を行選択線２、下側を信号リセット線３とし、それらをピクセルの光電変換部５を挟んでピクセル６の上下に配置する。
【００１３】
図中のピクセル６において、行選択線２、信号リセット線３、および光電変換部５以外には、電源線、読み出し線、増幅アンプ、リセットスイッチ、選択スイッチ等が実際にはレイアウトされるが、それらの構成は当業者にとってよく知られており、また本発明とは直接関係しないので、その詳細な構成は省略する。
【００１４】
このように構成された装置の動作を次に説明する。以下、本実施例の動作について説明する。図２は図１の装置における信号タイミング図である。ＭＯＳ型イメージセンサでは、走査方向に従って水平方向配線が順次選択され、信号のリセットおよび行選択が行われていく。信号線の立ち上がり立下り時には配線間の相互作用でカップリングノイズ７が生じる。図１の配置のように、行選択線２と信号リセット線３を配置することによって、ピクセル６内では行選択線２と信号リセット線３とは光電変換部５を挟んで配置されているため、距離的に遠く相互にカップリングノイズ７を生ずることがない。
【００１５】
隣接するピクセル間では、走査方向に対し上側ピクセルの信号リセット線１が行選択線２と近接し、また、走査方向に対し下側ピクセルの行選択線４が信号リセット線３と近接し、それらは動作時に相互にカップリングノイズ７を生ずる場合がある。しかし、ピクセル６が選択されている時、上側のピクセルは既に信号が読み出された後であり、信号リセット線１にカップリングノイズ７を生じても１画面静止画読み出しおよび電子シャッター併用の動画読み出し時には問題とならない。また、このとき、下側のピクセルは信号読み出し前になるが、行選択線４にカップリングノイズ７を生じたとしても、読み出し前のピクセルの信号が破壊されることがないので、やはり問題とはならない。
【００１６】
本発明の他の実施例として、その基本的構成は上記の通りであるが、行選択線２および信号リセット線３について、行選択線２を信号リセット線３より高抵抗とすることにより、さらに工夫している。これは、たとえば、行選択線２を多結晶ポリシリコン系の配線、信号リセット線３をアルミニウム系の配線とすることにより、容易に実現可能である。このように構成することにより、信号リセット線１へのカップリングノイズ７を小さくすることが可能であり、電子シャッターを併用しない動画読み出し時にも問題が生じにくくなる。
【００１７】
尚、上記実施例においては行選択線２と信号リセット線３とは、同一層の配線とする場合は配線層節約の観点からは好ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく、異なった層の配線で形成してもよい。また、配線の素材についても、一般にはアルミニウム系の素材が用いられているが、他の導電性材料であっても良い。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、このように、ピクセルを横切る2本の水平方向配線、行選択線および信号リセット線のうち、水平方向選択線の走査方向に対し上側を行選択線、下側を信号リセット線とし、それらをピクセルの光電変換部を挟んでピクセルの上下に配置しているので、動作時に、配線間で相互にカップリングノイズが生じたとしても、信号破壊の問題は生じない。
【００１９】
たとえば、信号リセット線にカップリングノイズを生じても、上側のピクセルは既に信号が読み出された後であるから、１画面静止画読み出しおよび電子シャッター併用の動画読み出し時には支障を生じない。また、行選択線にカップリングノイズを生じたとしても、読み出し前のピクセルの信号が破壊されることがないので、やはり支障を生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態を説明するピクセル部のレイアウト構成図である。
【図２】 図１の装置における信号タイミング図である。
【図３】 ＭＯＳ型イメージセンサのピクセル部回路構成図の一例を示す構成ブロック図である。
【図４】 図３のＭＯＳ型イメージセンサの読み出しタイミングを示す波形図である。
【図５】 従来のＭＯＳ型イメージセンサのピクセル部レイアウト例を示す構成図である。
【符号の説明】
２、４ 行選択線
１、３ 信号リセット線
５ 光電変換部
６ ピクセル
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＭＯＳ型イメージセンサに関し、動作時での配線間で相互にカップリングノイズによる影響の低減に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＯＳ型イメージセンサは、特に専用プロセスが必要なＣＣＤイメージセンサと違い、標準ＭＯＳプロセスで作製可能なために、低電圧・単一電源動作により低消費電力なこと、および周辺ロジックやマクロがワンチップ化できる利点があり、近年注目を浴びている。
【０００３】
図３は、ＭＯＳ型イメージセンサのピクセル部回路構成図の一例を示す構成ブロック図である。ピクセルとは、ディスプレイ上の画面を構成する最小単位の点で、画素とも言う。図において、ピクセルは、光入力を電気信号に光電変換するフォトダイオード３１と、フォトダイオード３１のカソード部電位を初期化するリセットトランジスタ３２と、フォトダイオード３１で光電変換された信号を増幅するためのトランジスタ３３と、トランジスタ３３で増幅された信号を読み出すための行選択トランジスタ３４とを有している。
【０００４】
図４は、図３のＭＯＳ型イメージセンサの読み出しタイミングを示す波形図である。信号リセット線４１が活性化されることによりフォトダイオードのカソード部が初期化され、露光が開始される。任意の露光時間経過後、行選択線４２が活性化され、露光量に応じ光電変換された信号が読み出される。行選択線４２活性化時には、信号リセット線４１が一時的に活性化され、この信号リセット線活性化後には、行選択線４２はまだ活性化されているため、引き続きフォトダイオードのカソード部の初期化された信号が読み出される。これは、ピクセル毎固有のリファレンス信号として、信号の補正に用いられる。
【０００５】
以上の動作を、走査方向に従って、最上行から最下行までに渡って繰り返すことにより、１フレーム分の画像信号が読み出される。また、この走査を、最下行まで行った後、引き続き最上行に戻って、連続して続けることにより、複数フレームに渡った動画像信号を得ることもできる。このとき、任意の行について、あるフレームの読み出しから次のフレームの読み出しまでの間の任意の時間で、信号リセット線４１のみを一時的に活性化することにより、電子的に露光時間を可変にする電子シャッター効果を得ることも可能である。
【０００６】
図５はＥ、Ｒ、Fossum等による従来のＭＯＳ型イメージセンサのピクセル部レイアウト例を示す構成図である(Ｅ、Ｒ、Fossum、ＳＰＩＥ、1900、pp2-14、1993)。この例では、信号リセット線Ｒと、行選択線Ｓとが光電変換部ＰＧの一端に隣り合って配置されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来例では、信号リセット線Ｒと行選択線Ｓとが隣接して配置され、かつ両者は同一配線素材で配線の太さ・厚さもほぼ同一なため、読み出しタイミング図４において、信号の立ち上がり立下り時に、配線間容量によりお互いがカップリングノイズ４３を受けてしまう。特に、行選択線Ｓの活性化時に、信号リセット線Ｒがカップリングノイズ４３により誤動作してしまうと、光電変換部ＰＧで光電変換された信号が破壊されてしまうという問題がある。
【０００８】
また、本発明とは逆に、行選択線と信号リセット線とを、水平方向選択線の走査方向に対し上側を信号リセット線、下側を行選択線とし、それらをピクセルの光電変換部を挟んでピクセルの上下に配置する例を考えると、読み出し前のピクセルの信号リセット線にカップリングノイズが生ずると、読み出し前に光電変換部で光電変換された信号が破壊されてしまうという問題がある。
【０００９】
本発明は上述する課題を解決するもので、読み出し動作時に光電変換された信号が破壊されない構造のＭＯＳ型イメージセンサを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明のＭＯＳ型イメージセンサは、行方向に対して直交する列方向を予め定められた走査方向とし、行列状に配置された複数のピクセルを有するＭＯＳ型イメージセンサの各ピクセルにおいて、該列方向に第１及び第２ピクセルが隣接配置され、前記第１及び第２ピクセルの中央にそれぞれ配置され、光電変換した信号を出力する第１及び第２光電変換部と、前記第１光電変換部に対して前記走査方向の上流に離され、前記行方向に配設された第１行選択線と、前記第１光電変換部に対して前記走査方向の下流に離され、前記行方向に配設された第１信号リセット線と、前記第２光電変換部に対して前記走査方向の上流に離され、前記行方向に配設された第２行選択線と、前記第２光電変換部に対して前記走査方向の下流に離され、前記行方向に配設された第２信号リセット線と、を備え、前記第１信号リセット線と前記第２行選択線とは近接配置されており、前記第２行選択線が選択されている期間は、前記第１リセット線が非選択とされていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明は、前記第２ピクセルの前記光電変換部が出力する前記信号は、前記第１ピクセルが選択されている際に、既に読み出されていることを特徴とするＭＯＳ型イメージセンサである。
また、本発明は、前記第１及び第２行選択線を前記第１及び第２信号リセット線よりも高抵抗とすることを特徴とするＭＯＳ型イメージセンサである。
また、本発明は、前記第１及び第２行選択線を多結晶ポリシリコン系の配線とし、前記第１及び第２信号リセット線をアルミニウム系の配線とすることを特徴とするＭＯＳ型イメージセンサである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施の形態を説明するピクセル部のレイアウト構成図である。図において、ピクセル６を横切る２本の水平方向配線、行選択線２および信号リセット線３のうち、水平方向選択線の走査方向に対し上側を行選択線２、下側を信号リセット線３とし、それらをピクセルの光電変換部５を挟んでピクセル６の上下に配置する。
【００１３】
図中のピクセル６において、行選択線２、信号リセット線３、および光電変換部５以外には、電源線、読み出し線、増幅アンプ、リセットスイッチ、選択スイッチ等が実際にはレイアウトされるが、それらの構成は当業者にとってよく知られており、また本発明とは直接関係しないので、その詳細な構成は省略する。
【００１４】
このように構成された装置の動作を次に説明する。以下、本実施例の動作について説明する。図２は図１の装置における信号タイミング図である。ＭＯＳ型イメージセンサでは、走査方向に従って水平方向配線が順次選択され、信号のリセットおよび行選択が行われていく。信号線の立ち上がり立下り時には配線間の相互作用でカップリングノイズ７が生じる。図１の配置のように、行選択線２と信号リセット線３を配置することによって、ピクセル６内では行選択線２と信号リセット線３とは光電変換部５を挟んで配置されているため、距離的に遠く相互にカップリングノイズ７を生ずることがない。
【００１５】
隣接するピクセル間では、走査方向に対し上側ピクセルの信号リセット線１が行選択線２と近接し、また、走査方向に対し下側ピクセルの行選択線４が信号リセット線３と近接し、それらは動作時に相互にカップリングノイズ７を生ずる場合がある。しかし、ピクセル６が選択されている時、上側のピクセルは既に信号が読み出された後であり、信号リセット線１にカップリングノイズ７を生じても１画面静止画読み出しおよび電子シャッター併用の動画読み出し時には問題とならない。また、このとき、下側のピクセルは信号読み出し前になるが、行選択線４にカップリングノイズ７を生じたとしても、読み出し前のピクセルの信号が破壊されることがないので、やはり問題とはならない。
【００１６】
本発明の他の実施例として、その基本的構成は上記の通りであるが、行選択線２および信号リセット線３について、行選択線２を信号リセット線３より高抵抗とすることにより、さらに工夫している。これは、たとえば、行選択線２を多結晶ポリシリコン系の配線、信号リセット線３をアルミニウム系の配線とすることにより、容易に実現可能である。このように構成することにより、信号リセット線１へのカップリングノイズ７を小さくすることが可能であり、電子シャッターを併用しない動画読み出し時にも問題が生じにくくなる。
【００１７】
尚、上記実施例においては行選択線２と信号リセット線３とは、同一層の配線とする場合は配線層節約の観点からは好ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく、異なった層の配線で形成してもよい。また、配線の素材についても、一般にはアルミニウム系の素材が用いられているが、他の導電性材料であっても良い。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、このように、ピクセルを横切る2本の水平方向配線、行選択線および信号リセット線のうち、水平方向選択線の走査方向に対し上側を行選択線、下側を信号リセット線とし、それらをピクセルの光電変換部を挟んでピクセルの上下に配置しているので、動作時に、配線間で相互にカップリングノイズが生じたとしても、信号破壊の問題は生じない。
【００１９】
たとえば、信号リセット線にカップリングノイズを生じても、上側のピクセルは既に信号が読み出された後であるから、１画面静止画読み出しおよび電子シャッター併用の動画読み出し時には支障を生じない。また、行選択線にカップリングノイズを生じたとしても、読み出し前のピクセルの信号が破壊されることがないので、やはり支障を生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態を説明するピクセル部のレイアウト構成図である。
【図２】 図１の装置における信号タイミング図である。
【図３】 ＭＯＳ型イメージセンサのピクセル部回路構成図の一例を示す構成ブロック図である。
【図４】 図３のＭＯＳ型イメージセンサの読み出しタイミングを示す波形図である。
【図５】 従来のＭＯＳ型イメージセンサのピクセル部レイアウト例を示す構成図である。
【符号の説明】
２、４ 行選択線
１、３ 信号リセット線
５ 光電変換部
６ ピクセル
Claims (4)
- 行方向に対して直交する列方向を予め定められた走査方向とし、行列状に配置された複数のピクセルを有するＭＯＳ型イメージセンサの各ピクセルにおいて、
該列方向に第１及び第２ピクセルが隣接配置され、前記第１及び第２ピクセルの中央にそれぞれ配置され、光電変換した信号を出力する第１及び第２光電変換部と、
前記第１光電変換部に対して前記走査方向の上流に離され、前記行方向に配設された第１行選択線と、
前記第１光電変換部に対して前記走査方向の下流に離され、前記行方向に配設された第１信号リセット線と、
前記第２光電変換部に対して前記走査方向の上流に離され、前記行方向に配設された第２行選択線と、
前記第２光電変換部に対して前記走査方向の下流に離され、前記行方向に配設された第２信号リセット線と、
を備え、
前記第１信号リセット線と前記第２行選択線とは近接配置されており、
前記第２行選択線が選択されている期間は、前記第１リセット線が非選択とされていることを特徴とするＭＯＳ型イメージセンサ。 - 前記第２ピクセルの前記第２光電変換部が出力する前記信号は、前記第１ピクセルが選択されている際に、既に読み出されていることを特徴とする請求項１に記載のＭＯＳ型イメージセンサ。
- 前記第１及び第２行選択線を前記第１及び第２信号リセット線よりも高抵抗とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＭＯＳ型イメージセンサ。
- 前記第１及び第２行選択線を多結晶ポリシリコン系の配線とし、前記第１及び第２信号リセット線をアルミニウム系の配線とすることを特徴とする請求項３に記載のＭＯＳ型イメージセンサ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000387134A JP4597354B2 (ja) | 2000-12-20 | 2000-12-20 | Ｍｏｓ型イメージセンサ |
| KR1020010075233A KR20020050101A (ko) | 2000-12-20 | 2001-11-30 | 금속 산화막 반도체형 이미지 센서 |
| US10/012,405 US7274395B2 (en) | 2000-12-20 | 2001-12-12 | MOS-type image sensor configured to reduce coupling noise |
| TW090131416A TW548970B (en) | 2000-12-20 | 2001-12-18 | MOS-type image sensor |
| FR0116462A FR2818441A1 (fr) | 2000-12-20 | 2001-12-19 | Capteur d'image de type mos |
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