JPH01196982A - 固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、固体撮像素子に関するもので、例えばＭＯ
３型固体撮像素子に利用して有効な技術に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

フォトダイオードとスイッチＭＯＳＦＥＴ　（絶縁ゲー
ト型電界効果トランジスタ）との組み合わせからなるＭ
Ｏ３型固体撮像素子が公知である。

このような固体撮像素子に関しては、例えば特開昭５６
−１５２３８２号公報がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

ＭＯ３型固体撮像素子では、スイッチＭＯＳＦＥＴを介
してフォトダイオードにより光電変換された画素信号を
読み出すものである。従来のＭＯ８型固体撮像素子では
、同じウェル領域内に二次元配列きれた画素セルからな
る画素アレイと、その信号を出力させるスイッチＭＯＳ
　Ｆ　ＥＴを同じウェル領域内に形成するものである。

この場合、ウェル領域に一定のバイアス電圧を与えるた
めのオーミックコンタクト領域を挟んで上記スイッチＭ
ＯＳ　Ｆ　ＥＴが形成される領域と画素アレイが形成さ
れる領域とを分離する等の配慮が成されているが、同じ
ウェル領域内に画素アレイと読み出し信号を出力するス
イッチＭＯＳ　Ｆ　ＥＴが形成されるものであるため、
ウェル領域を介してスイッチＭＯＳＦＥＴにおいて発生
した比較的大きなスイッチングノイズがフォトダイオー
ド側に混入し易いという問題がある。

この発明の目的は、低ノイズ化を実現した固体撮像素子
を提供することにある。

この発明の他の目的は、高い精度で被写体の動きの有無
を監視することが可能とする固体撮像素子を提供するこ
とにある。

この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は
、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであ
ろう。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記の通りである。

すなわち、二次元状に配列された複数個の画素セルから
なる画素アレイや、上記画素セルからの読み出し信号を
出力するスイッチＭＯＳ　Ｆ　ＥＴ及び上記画素セル及
びスイッチＭＯＳ　Ｆ　ＥＴの時系列的な選択信号を形
成する走査回路をそれぞれ独立したウェル領域に形成す
る。

〔作　用〕

上記した手段によれば、各回路ブロックが分離されたウ
ェル領域に形成されるから、基板側を通した相互のノイ
ズのリークを防止できる。

〔実施例〕

（実施例工） 第１図には、この発明が適用されたＴＳＬ（Ｔｒａｎｓ
ｖｅｒｓａｌ　　Ｓｉｇｎａｌ　Ｌｉｎｅ　）方式のＭ
Ｏ３型固体撮像素子の一実施例の要部回路図が示されて
いる。同図の各回路素子は、公知の半導体集積回路の製
造技術によって、特に制限されないが、単結晶シリンコ
ンのような１個の半浬体基板上において形成される。同
図における主要な回路ブロックは、半導体チップ上の実
際の幾何学的な配置にはり合わせて描かれている。この
実施例の固体撮像素子は、特に制限されないが、感度可
変機能及び２線出力機能を持つようにされる。

画素アレイＰＤは、４行、２列分が代表として例示的に
示されている。但し、図面が複雑化されてしまうのを防
ぐために、上記４行分のうち、２行分の画素セルに対し
てのみ回路記号が付加されている。１つの画素セルは、
フォトダイオードＤ１と垂直走査線ＶＬＩにそのゲート
が結合されたスイッチＭＯＳＦＥＴＱＩと、水平走査線
ＨＬＩにそのゲートが結合されたスイッチＭＯＳ　Ｆ　
ＥＴＱ２の直列回路から構成される。上記フォトダイオ
ードＤＩ及びスイッチＭＯＳＦＥＴＱ１．Ｑ２からなる
画素セルと同じ行（水平方向）に配置される他の同様な
画素セル（Ｄ２．Ｑ３．Ｑ４）　等の出力ノードは、同
図において横方向に延長される水平信号線Ｈ３Ｉに結合
される。他の行についても上記同様な画素セルが同様に
結合される。

例示的に示されている水平走査線ＨＬＩは、同図におい
て縦方向に延長され、同じ列に配置される画素セルのス
イッチＭＯＳＦＥＴＱ２．Ｑ６等のゲートに共通に結合
される。他の列に配置される画素セルも上記同様に対応
する水平走査線ＨＬ２等に結合される。

固体撮像素子に対して実質的な電子式の自動絞り機能を
付加するため、言い換えるならば、フォトダイオードに
対する実質的な蓄積時間を可変にするため、上記画素プ
レイを構成する水平信号線Ｈ３ＩないしＨ３４等の両端
に、それぞれスイッチＭＯ５ＦＥＴＱＢ、Ｑ９及びＱ２
６、Ｑ２８が設けられる。右端側に配置される上記スイ
ッチＭＯＳＦＥＴＱ８、Ｑ９は、上記水平信号線Ｈ３１
゜Ｈ３２をそれぞれ縦方向に延長される出力線ＶＳに結
合させる。この出力線ＶＳは、端子Ｓに結合され、この
端子Ｓを介して外部に設けられるプリアンプの入力に読
み出し信号が伝えられる。また、左端側に配置される上
記スイッチＭＯＳ　Ｆ　ＥＴＱ２６、Ｑ２８は、上記水
平信号線Ｈ３Ｉ、Ｈ３２をそれぞれ縦方向に延長される
ダミー（リセット）出力線ＤＶＳに結合させる。この出
力ｖＡＤＶＳは、特に制限されないが、端子ＲＶに結合
される。これによって必要なら上記ダミー出力線ＤＶＳ
の信号を外部端子ＲＶから送出できるようにしている。

特に制限されないが、上記各行の水平信号線Ｈ３１ない
しＨ３４には、端子ＲＰから水平帰線期間において供給
されるリセット信号によってオン状態にされるスイッチ
ＭＯＳＦＥＴＱ２７、Ｑ２９等が設けられる。これらの
ＭＯＳＦＥＴＱ２７、Ｑ２９等のオン状態によって、外
部端子ＲＶから上記ダミー出力線ＤＶＳを介して一定の
バイアス電圧（図示せず）が各水平信号線Ｈ３Ｉないし
Ｈ８４に与えられる。上記のようなリセット用ＭＯＳＦ
ＥＴＱ２７、Ｑ２９等が設けられる理由は、次の通りで
ある。上記水平信号線）（ＳｌないしＨ８４に結合され
るスイッチＭＯＳＦＥＴのドレイン等の半導体領域も感
光性を持つことがあり、このような寄生フォトダイオー
ドにより形成される偽信号（スメア、ブルーミング）が
、非選択時にフローティング状態にされる水平信号線に
蓄積される。そこで、上述のように水平帰線期間を利用
して、全ての水平信号線Ｈ３ＩないしＨ３４を上記所定
のバイアス電圧にリセットするものである。

これにより、選択される水平信号線に関しては、常に上
記偽信号をリセットした状態から画素信号を取り出すも
のであるため、出力される画像信号に含まれる偽信号を
大幅に低減できる。

上記水平走査線ＨＬＩないしＨＬ２等には、水平シフト
レジスタＨ３Ｒにより形成された水平走査信号が供給さ
れる。

上記画素アレイＰＤにおける垂直選択動作（水平走査動
作）を行う走査回路は、次の各回路により構成される。

この実施例では、上記画素アレイＰＤの水平信号線Ｈ８
１ないしＨＳ４等の両端に、一対のスイッチＭＯＳＦＥ
ＴＱＢ、Ｑ９等及びスイッチＭＯＳＦＥＴＱ２６、Ｑ２
Ｂ等が設けられることに対応して一対の走査回路が設け
られる。

この実施例では、産業用途にも適用可能とするため、イ
ンクレースモードの他に選択的な２行同時走査、ノンイ
ンタレースモードでの走査を可能にしている。画素アレ
イＰＤの右側には、次のような走査回路が設けられる。

垂直シフトレジスタＶＳＲは、読み出し用に用いられる
出力信号ＳＶ１、ＳＶ２等を形成する。これらの出力信
号ＳＶ１、ＳＶ２等は、インクレースゲート回路ＩＴＧ
及び駆動回路ＶＤを介して上記垂直走査線ＶＬ１ないし
ＶＬ４及びスイッチＭＯＳＦＥＴＱ８．Ｑ９等のゲート
に供給される。

上記インタレースゲート回路ＩＴＧは、インクレースモ
ードでの垂直選択動作（水平走査動作）を行うため、第
１　（奇数）フィールドでは、垂直走査線ＶＬＩないし
ＶＬ４には、隣接する垂直走査線ＶＬＩ、ＶＬ２とＶＬ
３の組み合わせで同時選択される。すなわち、奇数フィ
ールド信号ＦＡによって制御されるスイッチＭＯＳＦＥ
ＴＱ１８により、垂直シフトレジスタＶＳＲの出力信号
ＳＶｌは、水平信号！Ｈ３Ｉを選択する垂直走査線ＶＬ
Ｉに出力される。同様に、信号ＦＡによって制御される
スイッチＭＯＳＦＥＴＱ２０とＱ２２によって、垂直シ
フトレジスタＶＳＲの出力信号ＳＶ２は、水平信号線Ｈ
３２とＨ３３を同時選択するよう垂直走査線ＶＬ２とＶ
Ｌ３に出力される。

以下同様な順序の組み合わせからなる一対の水平信号線
の選択信号が形成される。

第２（偶数）フィールドでは、垂直走査線ＶＬ１ないし
ＶＬ４には、隣接する垂直走査線ＶＬＩとＶＬ２及びＶ
Ｌ３とＶＬ４の組み合わせで同時選択される。すなわぢ
、偶数フィールド信号ＦＢによって制御されるスイッチ
ＭＯＳＦＥＴＱＩ　９とＱ２１により、垂直シフトレジ
スタＶＳＲの出力信号ＳＶＩは、水平信号線Ｈ３ＩとＨ
３２を選択する垂直走査ｇｖＬｔとＶＬ２に出力される
。

同様に、信号ＦＢによって制御されるスイッチＭＯＳＦ
ＥＴＱ２３とＱ２５によって、垂直シフトレジスタＶＳ
Ｒの出力信号ＳＶ２は、水平信号線Ｈ３３とＨ３４を同
時選択するよう垂直走査線■Ｌ３とＶＬ４に出力される
。以下同様な順序の組み合わせからなる一対の水平信号
線の選択信号が形成される。

上記のようなインタレースゲート回路ＩＴＧと、次の駆
動回路ＤＶとによって、以下に説明するような複数種類
の水平走査動作が実現される。

上記１つの垂直走査線ｖＬ１に対応されたインクレース
ゲート回路ＩＴＧからの出力信号は、スイッチＭＯＳＦ
ＥＴＱＩ　４とＱ１５のゲートに供給される。これらの
スイッチＭＯＳＦＥＴＱＩ　４とＱ１５の共通化された
ドレイン電極は、端子■３に結合される。上記スイッチ
ＭＯＳＦＥＴＱＩ４は、端子ｖ３から供給される信号を
上記垂直走査線ＶＬＩに供給する。また、スイッチＭＯ
ＳＦＥＴＱ１５は、上記端子■３から供給される信号を
水平信号線）ＴＳＩを出力線ＶＳに結合させるスイッチ
ＭＯＳＦＥＴＱ８のゲートに供給される。

また、出力信号のハイレベルがスイッチＭＯ５ＦＥＴＱ
１４、Ｑ１５によるしきい値電圧分だけ低下してしまう
のを防止するため、ＭＯＳ　Ｆ　ＥＴＱ１４のゲートと
、ＭＯ５ＦＥＴＱＩ　５（７）出力側（ソース側）との
間にキャパシタＣ１が設けられる。これによって、イン
クレースゲート回路ＩＴＧからの出力信号がハイレベル
にされるとき、端子Ｖ３の電位をロウレベルにしておい
てキャパシタＣ１にプリチャージを行う。この後、端子
ｖ３の電位をハイレベルにすると、キャパシタＣ１によ
るプートストラップ作用によって上記ＭＯＳＦＥＴＱ１
４及びＱ１５のゲート電圧を昇圧させることができる。

上記垂直走査綿ｖＬ１に隣接する垂直走査′１ａｖＬ２
に対応されたインクレースゲート回路ＩＴＧからの出力
信号は、スイッチＭＯＳＦＥＴＱＩ　６とＱ１７のゲー
トに供給される。これらのスイッチＭＯＳＦＥＴＱ１６
とＱ１７の共通化されたドレイン電極は、端子ｖ４に結
合される。上記スイッチＭＯ３ＦＦ、ＴＱ１６は、端子
■４から供給される信号を上記垂直走査線ＶＬ２に供給
する。スイッチＭＯＳＦＥＴＱＩ　７は、上記端子■４
から供給される信号を水平信号ｖＡＨ８２を出力線ＶＳ
に結合させるスイッチＭＯＳＦＥＴＱ９のゲートに供給
される。出力信号のハイレベルがスイッチＭＯＳＦＥＴ
Ｑ１６、Ｑ１７によるしきい値電圧分だけ低下してしま
うのを防止するため、特に制限されないが、ＭＯＳＦＥ
ＴＱＩ　６のゲートとＭＯＳＦＥＴＱＩ　７の出力側（
ソース側）との間にキャパシタＣ２が設けられる。これ
によって、上記同様なタイミングで端子ｖ４の電位を変
化させることによりキャパシタＣ２によるブートストラ
ップ作用によって上記ＭＯＳＦＥＴＱＩ　６及びＱ１６
のゲート電圧を昇圧させることができる。

上記端子ｖ３は、奇数番目の垂直走査！！’ｊｌ　（水
平信号線）に対応した駆動用のスイッチＭＯＳＦＥＴに
対して共通に設けられ、端子Ｖ４は偶数番目の垂直走査
線（水平信号線）に対して共通に設けられる。

以上のことから理解されるように、端子■３とｖ４に択
一的にタイミング信号を供給すること及び上記インクレ
ースゲート回路ＩＴＧによる２行同時選択動作との組み
合わせによって、インクレースモードによる読み出し動
作が可能になる９例えば、端子ＦＡがハイレベルにされ
る奇数フィールドのとき、端子ｖ４をロウレベルにして
おいて、端子■３に上記垂直シフトレジスタＶＳＲの動
作と同期したタイミング信号を供給することによって、
垂直走査線（水平信号線）をＶＬＩ（Ｈ３１）　、ＶＬ
３　（Ｈ３３）の順に選択することができる。また、端
子ＦＢがハイレベルにされる偶数フィールドのとき、端
子■３をロウレベルにしておいて、端子Ｖ４に上記垂直
シフトレジスタ■ＳＲの動作と同期し７たタイミング信
号を供給することによって、垂直走査線（水平信号線）
をＶｌ２（Ｈ３２）　、Ｖｌ４　（Ｈ３４）の順に選択
することができる。

一方、上記端子ｖ３とｖ４を同時に上記同様にハイレベ
ルにすれば、上記インタレースゲート回路ＩＴＧからの
出力信号に応じて、２行同時走査を行うことができる。

この場合、上記のように２つのフィールド信号ＦＡとＦ
Ｂによる２つの画面毎に出力される２つの行の組み合わ
せが１行分上下にシフトされることにより、空間的重心
の上下シフト、言い換えるならば、等測的なインタレー
スモードが実現される。

さらに、例えば端子ＦＢのみをハイレベルにして、１つ
の垂直走査タイミングで水平シフトレジスタＨ３Ｒを２
回動作させて、それに同期して端子■３と■４をハイレ
ベルにさせることによって、ＶＬＩ、Ｖｌ２．Ｖｌ３．
Ｖｌ４（７）順のようニノンインタレースモードでの選
択動作を実現できる。

この場合、より高画質とするために、水平シフトレジス
タＨ３Ｒ及び垂直シフトレジスタＶＳＲに供給されるク
ロックが２倍の周波数にされることが望ましい。すなわ
ち、端子Ｈ１とＨ２及び端子ｖ１とｖ２から水平シフト
レジスタＨ３Ｒ及び垂直シフトレジスタＶＳＲに供給さ
れるクロック信号の周波数を２倍の高い周波数にするこ
とによって、１秒間に６０枚の画像をノンインタレース
方式により読み出すことができる。なお、端子ＨＩＮ及
びＶＩＮは、上記シフトレジスタＨ３Ｒ，ＶＳＲによっ
てそれぞれシフトされる入力信号を供給する端子であり
、入力信号が供給された時点からシフト動作が開始され
る。このため、上記インクレースゲート回路ＩＴＣ，及
び入力端子Ｖ３．Ｖ４に供給される入力信号の組み合わ
せによって、上記２行同時読み出し、インクレース走査
、ノンインクレース走査等を行う場合には、出力信号の
垂直方向の上下関係が逆転せぬよう、上記シフトレジス
タＶＳＲの入力信号の供給の際に、タイミング的な配慮
が必要である。

上記各垂直走査線ＶＬＩ及びそれに対応したスイッチＭ
ＯＳＦＥＴＱ８のゲートと回路の接地電位点との間には
、リセット用ＭＯＳＦＥＴＱＩ　ＯとＱｌｌが設けられ
る。これらのリセット用ＭＯＳＦＥＴＱＩ　ＯとＱｌｌ
は、他の垂直走査線及びスイッチＭＯＳ　Ｆ　ＥＴに対
応して設けられるリセット用ＭＯＳ　Ｆ　ＥＴと共通に
端子Ｖ２から供給されるクロック信号を受けて、上記選
択状態の垂直走査線及びスイッチＭＯＳＦＥＴのゲート
電位を高速にロウレベルに引き抜くものである。

この実施例では、前述のように感度可変機能を付加する
ために、感度制御用の垂直シフトレジスタＶＳＲＥ、イ
ンクレースゲート回路ＩＴＧＥ及び駆動回路ＤＶＥが設
けられる。これらの感度制御用の各回路は、特に制限さ
れないが、上記画素アレイＰＤに対して、左側に配置さ
れる。これらの垂直シフトレジスタＶＳＲＥ、インクレ
ースゲート回路ＩＴＧ及び駆動回路ＤＶＥは、上記読み
出し用の垂直シフトレジスタＶＳＲ，インクレースゲー
ト回路ＩＴＧ及び駆動回路ＤＶと同様な回路により構成
される。端子ＶＩＥないしＶ４Ｅ及びＶＩＮＥ並びにＦ
ＡＥ、ＡＢＥからそれぞれ上記同様なタイミング信号が
供給される。この場合、上記読み出し用の垂直シフトレ
ジスタＶＳＲと上記感度可変用の垂直シフトレジスタＶ
ＳＲＥとを同期したタイミングでのシフト動作を行わせ
るため、特に制限されないが、端子ＶＩＥとｖｌ及びＶ
２Ｅとｖ２には、同じクロック信号が供給される。した
がって、上記端子ＶＩＥとＶｌ及びｖ２ＥとＶ２とは、
内部回路により共通化するものであってもよい。上記の
ように独自の端子ＶＩＥ及びＶ２Ｅを設けた理由は、こ
の固体撮像装置を手動絞りや従来のＪＩｌ、械°的絞り
機能を持つテレビジョンカメラに適用可、能にするため
のものである。このように感度可変動作を行わない場合
、上記端子ｖｌＥ及びＶ２Ｅを回路の接地電位のような
ロウレベルにすること等によって、上記垂直シフトレジ
スタＶＳＲＥの無駄な消費電力の発生をおされるよう配
慮されている。

次に、この実施例の固体撮像装置における感度制御動作
を説明する。

説明を簡単にするために、上記ノンインクレースモード
による垂直走査動作を例にして、以下説明する。例えば
、感度制御用の垂直シフトレジスタＶＳＲＥ、インクレ
ースゲート回路ＩＴＧＥ及び駆動回路ＤＶＥによって、
読み出し用の垂直シフトレジスタＶＳＲ、インクレース
ゲート回路■ＴＧ及び駆動回路ＤＶによる第１行目（垂
直走査線ＶＬ１、水平信号線Ｈ３１）の読み出しに並行
し°ζ、第４行目（垂直走査線ＶＬ４、水平信号線Ｈ３
４）の選択動作を行わせる。これによって、水平シフト
レジスタＨ３Ｒにより形成される水平走査線ＨＬＩ、Ｈ
Ｌ２等のｉ１択動作に同期して、出力信号線ＶＳには第
１行目におけるフォトダイオードＤＩ、Ｄ２等に蓄積さ
れた光信号が時系列的に読み出される。この読み出し動
作は、端子Ｓから負荷抵抗を介した上記光信号に対応し
た電流の供給によって行われ、読み出し動作と同時にプ
リチャージ（リセット）動作が行われる。同様な動作が
、第４行目におけるフォトダイオードにおいても行われ
る。この場合、上記のような感度可変用の走査回路（Ｖ
ＳＲＥ、ＩＴＧＥ、ＤＶＥ）によって、第４行目の読み
出し動作は、ダミー出力線ＤＶＳに対して行われる。感
度制御動作のみを行う場合、端子ＲＶには端子Ｓと同じ
バイアス電圧が与えられている。これによって、第４行
目の各画素セルに既に蓄積された光信号の掃き出し、言
い換えるならば、リセット動作が行われる。

したがって、上記垂直走査動作によって、読み出し用の
垂直シフトレジスタＶＳＲ、インクレースゲート回路Ｉ
ＴＧ及び駆動回路ＤＶによる第４行目（垂直走査線ＶＬ
４、水平信号線Ｈ３４）の読み出し動作は、上記第１行
ないし第３行の読み出し動作の後に行われるから、第４
行目に配置される画素セルのフォトダイオードの蓄積時
間は、３行分の画素セルの読み出し時間となる。

上記に代えて、感度制御用の垂直シフトレジスタＶＳＲ
Ｅ、インタレースゲート回路ＩＴＧＥ及び駆動回路ＤＶ
Ｅによって、読み出し用の垂直シフトレジスタＶＳＲ，
インタレースゲート回路■ＴＧ及び駆動回路ＤＶによる
第１行目（垂直走査線ＶＬ　Ｌ水平信号線）（Ｓ　１）
の読み出しに並行して、第２行目（垂直走査線ＶＬ２、
水平信号線Ｈ３２）の選択動作を行わせる。これによっ
て、水平シフトレジスタＨ３Ｒにより形成される水平走
査！）（Ｌｌ、ＨＬ２等の選択動作に同期して、出力信
号線ＶＳには第１行目におけるフォトダイオードＤ１、
Ｄ２等に蓄積された光信号が時系列的に読み出される。

この読み出し動作は、端子Ｓから負荷抵抗を介した上記
光信号に対応した電流の供給によって行われ、読み出し
動作と同時にプリチャージ（リセット）動作が行われる
。同様な動作が、第２行目におけるフォトダイオードＤ
３、Ｄ４等においても行われる。これによって、上記第
１行目の読み出し動作と並行して第２行目の各画素セル
に既に蓄積された光信号の掃き出し動作が行われる。し
たがって、上記垂直走査動作によって、読み出し用の垂
直シフトレジスタＶＳＲ、インクレースゲート回路ＩＴ
Ｇ及び駆動回路ＤＶによる第２行目（垂直走査線ＶＬ２
、水平信号線Ｈ５２）の読み出し動作は、上記第１行の
読み出し動作の後に行われるから、第２行目に配置され
る画素セルのフォトダイオードの蓄積時間は、１行分の
画素セルの読み出し時間となる。これによって、上記の
場合に比べて、フォトダイオードの実質的な蓄積時間を
１／３に減少させること、言い換えるならば、感度を１
７３に低くできる。

上述のように、感度制御用の走査回路によって行われる
先行する垂直走査動作によってその行の画素セルがリセ
ットされるから、そのリセット動作から上記読み出し用
の走査回路による実際な読み出しが行われるまでの時間
が、フォトダイオードに対する蓄積時間とされる。した
がって、５２５行からなる画素アレイにあっては、上記
両垂直走査回路による異なるアドレス指定と共通の水平
走査回路による画素セルの選択動作によって、１行分の
読み出し時間を単位（最小）として最大２６２までの多
段階にわたる蓄積時間、言い換えるならば、２６２段階
にわたる感度の設定を行うことができる。ただし、受光
面照度の変化が、上記１画面を構成する走査時間に対し
て無視でき、実質的に一定の光がフォトダイオードに入
射しているものとする。なお、最大感度（２６２）は、
上記感度制御用の走査回路は非動作状態のときに得られ
る。

上記水平走査線ＨＬＩ、ＨＬ２等に対して、ダイオード
接続されたＭＯＳＦＥＴＱ３０．３１等を介して外部端
子ｓｐから強制的に全水平走査線を選択状態にさせる機
能が付加される。上記端子ＳＰをハイレベルにすると、
水平シフトレジスタＨ３Ｒの動作に無関係に、ダイオー
ド形態のＭＯＳＦＥＴＱ３０、Ｑ３１等が全てオン状態
になって全水平走査線ＨＬ１．ＨＬ２等にハイレベルを
供給して選択状態にさせることができる。上記ダイオー
ド形態のＭＯＳＦＥＴＱ３０．Ｑ３１等のような一方向
性素子を介して上記選択レベルを供給するものであるた
め、上記端子ＳＰをロウレベルにすれば、上記ＭＯＳＦ
ＥＴＱ３０．Ｑ３１等はオフ状態を維持する。これによ
って、上記のような強制的な同時選択回路を設けても、
水平シフトレジスタＨ３Ｒのシフト動作に従った水平走
査線ＨＬ１．ＨＬ２等が時系列的に選択レベルにされる
動作の妨げになることはない。

なお、水平シフトレジスタＨ３Ｒが、ダイナミック型回
路により構成される等によって、上記のような強制的な
水平走査線ＨＬＩ、ＨＬ２等の選択レベルによってその
シフト動作に悪影響が生じるなら、上記選択レベルが水
平シフトレジスタＨ３Ｒの内部に伝わらないようなスイ
ッチ回路等が付加される。

上記水平走査線ＨＬＩ、ＨＬ２等の同時選択動作を後述
するような水平帰線期間により行われるとともに、上記
先行する垂直走査を開始させる。

これにより、上記リセットさせるべき行の全画素の信号
を予め強制的にリセットさせることができる。したがっ
て１、上記水平シフトレジスタＨ３Ｒによる水平走査線
の選択動作に伴い画素信号の読み出しにおいて、先行す
る行からは実質的に画素信号が出力されない。これによ
って、上記基板等を介した容量結合が存在しても読み出
し信号にはゴーストのようなノイズが現れな（できる。

この実施例では、上記各回路ブロック間でのスイッチン
グノイズ等の相互リークを防止するために、各回路ブロ
ックは、同図において二点鎖線で示したような複数のウ
ェル領域ＷＥＬＬＩないしＷＥＬＬ７に分けてそれぞれ
形成される。すなわち、感度可変用の垂直走査回路であ
る垂直シフトレジスタＶ　Ｓ　ＲＦ、、インクレースゲ
ート回路ＩＴＧＥ及び駆動回路ＶＤＥは、ウェル領域Ｗ
ＥＬＬ１に形成される。上記信号掃き出し用とリセット
用のＭＯＳＦＥＴＱ２６ないしＱ２９等は、ウェル領域
ＷＥＬＬ２に形成される。フォトダイオードＤ１、スイ
ッチＭＯＳＦＥＴＱＩ、Ｑ２等からなる画素セルが二次
元状に配置されてなる画素アレイＰＤは、ウェル領域Ｗ
ＥＬＬ３に形成される。

水平走査動作を行う水平シフトレジスタＨ３Ｒは、ウェ
ル領域ＷＥＬＬ４に形成される。画素アレイの強制リセ
ットを行うスイッチＭＯＳＦＥＴＱ３０、Ｑ３１等は、
ウェル領域ＷＥＬＬ５に形成される。上記画素アレイＰ
Ｄからの読み出し信号を櫃するスイッチＭＯＳ　Ｆ　Ｅ
ＴＱ　Ｂ、Ｑ９等はウェル領域ＷＥＬＬ６に形成される
。そして、読み出し用垂直走査回路である垂直シフトレ
ジスタｖＳＲ，インターレースゲート回路ＩＴＧ及び駆
動回路ＶＤは、ウェル領域ＷＥＬＬ７に形成される。

第２図には、上記ウェル領域ＷＥＬＬＩないしＷＥＬＬ
７のレイアウト図が示され、第３図には、−点鎖線で示
したＡ−Ｂ線におけるその断面図が示されている。同図
に示すように、上記各ウェル領域ＷＥＬＬＩないしＷＥ
ＬＬ７は、それぞれ分離されて半導体基板ＳＵＢ上に形
成される。特に制限されないが、上記各スイッチＭＯＳ
ＦＥＴがＮチャンネルＭＯＳＦＥＴから構成されるため
、ウェル領域ＷＥＬＬＩないしＷＥＬＬ、７は、Ｐ型と
される。それ故、基板ＳＵＢはＮ型にされる。

なお、上記ウェル領域ＷＥＬＬＩないしＷＥＬＬ７内に
形成される各素子は、ウェル領域の大きさに比べて微細
となるため同図では省略されている。

この構成においては、上記読み出し又は掃き出し用のス
イッチＭＯＳＦＥＴのスイッチング動作において発生す
るスイッチングノイズが画素アレイの等測的にキャパシ
タとして作用するフォトダイオード等にリークするのが
防止できる。逆に、画素セルの選択動作において発生す
るノイズが上記読み出し及び掃き出し用の出力線にリー
クするのが防止できる。さらに、と記読み出し及び掃き
出し用の信号線に対して、垂直走査回路におけるシフト
レジスタ等の回路で発生するノイズがリークするのを防
止できる。なお、上記掃き出し用の出力回路は、感度可
変のために信号を掃き出すときには、それにスイッチン
グノイズが乗っても実質的な弊害はないが、後述するよ
うに上記掃き出し用信号を利用して、被写体の動きを検
出する場合、読み出し用の出力回路と掃き出し用の出力
回路が同様に分離されたウェル領域に形成されているた
め、その読み出し条件が実質的に等しくなり高精度の動
きの有無の検出が可能になる。

（実施例２） 第４図には、上記固体撮像素子を用いた監視装置の一実
施例のブロック図が示されている。

同図の固体撮像素子ＭＩＤは、上記第１図に示したよう
な感度可変機能及び２線式の出力機能を持つものである
。すなわち、固体撮像素子ＭＩＤは、その画素アレイＰ
Ｄに対して上述のような垂直シフトレジスタＶＳＲ，Ｖ
ＳＲＥ、インターレスゲート回路ＩＴＧ、ＩＴＧＥ及び
駆動回路ＶＤ。

ＶＤＥからそれぞれ構成される一対の垂直走査回路とを
持ち、それぞれの垂直走査動作によって画素アレイから
同時に異なる行を選択し、水平シフトレジスタＨ３Ｈに
よる走査動作に同期して同時に端子Ｓ、ＲＶから映像信
号を出力する。この実施例では、被写体の動きの有無を
検出する機能を実現するために、上記感度制御用等のた
めの端子ＲＶからの映像信号が利用される。これによっ
て、画像メモリ　（フレームメモリ）等を用いることな
（、後述するような筒素化された信号処理回路による直
接的な信号処理により被写体の動きの有無を判定するこ
とができる。

上記固体撮像素子ＭＩＤの端子Ｓから出力さ、れる一方
の映像信号は、一方においてプリアンプＰＡｌによって
増幅される。このプリアンプＰＡＩの出力信号Ｓ■は、
一方において特に制限されないが、加算回路ＡＤＤの一
方の入力端子に供給され、他方において演算増幅回路等
からなる減算回路ＯＰの非反転入力端子（＋）に供給さ
れる。上記端子ＲＶから出力される他方の映像信号は、
プリアンプＰＡ２によって増幅される。このプリアンプ
ＰＡ２の出力信号ＲＶＥは、上記のように垂直シフトレ
ジスタ等からなる垂直走査回路ＶＳＥＬとプリアンプＦ
ＡＩの出力信号との時間的な整合性を得るための遅延回
路ＤＬＹに供給される。

この遅延回路ＤＬＹの出力信号ＲＶＥ’　は、一方にお
いて特に制限されないが、上記加算回路ＡＤＤの他方の
入力端子に供給され、他方において上記減算回路ｏｐの
反転入力端子（−）に供給される。上記加算回路ＡＤＤ
は、上記のように時間的な整合性が得られた２つの画像
信号ＳＶとＲＶＥ′とを加算して、その信号レベルを大
きくして信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）等を改善を図るもので
ある。この加算回路ＡＤＤの加算出力信号は、映像プロ
セス回路ＶＰに入力される。映像プロセス回路ｖｐは、
上記加算出力信号と同期信号発生回路５ＹＮＣから供給
されるタイミング信号とにより録画装置ＶＴＲの入力信
号Ｖｉｎを生成する。上記加算回路ＡＤＤは、特に必要
とされるものではなく、上記プリアンプＦＡＩの出力信
号Ｓｖをそのまま映像プロセス回路ｖＰの入力に供給す
る構成としてもよい。

減算回路ＯＰは、その出力から上記両信号の差分の信号
Ｖｏを送出する。すなわち、減算回路ＯＰは、両信号が
等しいとき、言い換えるならば、被写体に動きがないと
き、両信号が相殺されて零の信号Ｖｏを形成する。また
、被写体に動きがあると、対応する映像信号が異なる結
果となるためそれに応じた出力信号Ｖｏを形成する。上
記減算回路ＯＰとしては、演算増幅回路を用いるものの
他、例えば、プリアンプＰＡ２を反転増幅動作を行わせ
るか、その出力信号又は遅延信号を反転させることによ
って、両信号を相対的に逆相とすることによって単純な
抵抗加算回路を利用することもできるものである。

上記減算回路ＯＰの出力信号Ｖｏは、カップリングコン
デンサーＣＣを介してタイマー回路ＴＭに入力される。

上記カップリングコンデンサーＣＣは、上記出力信号Ｖ
ｏの交流成分のみをタイマー回路ＴＭに伝えるものであ
る。このようにカップリングコンデンサーＣＣにより交
流成分のみを取り出す場合、′＄ｉ算回路ＯＰの再入力
に多少のレベル差があってもそれは直流成分とみなすこ
とができるからレベル整合を簡略化することができるも
のである。タイマー回路ＴＭは、上記交流成分をトリガ
ーとして一定時間の計時動作を行う。タイマー回路ＴＭ
は、トリガー人力にロジックスレッショルド電圧を持つ
ものであるため、そのロジックスレッショルド電圧を超
える一定レベルの交流信号が供給されたとき、起動が行
われる。設定された時間内に繰り返して上記トリガー信
号としての交流信号が供給される場合、その都度起動が
かけられる結果、タイマー回路ＴＭは最後のトリガー人
力に対応した計時動作の後に停止する。

上記タイマー回路ＴＭは上記のように起動がかけられて
いる間、上記録画装置ＶＴＲに対して録画ＲＢＣを指示
する制御信号を形成し、その計時動作を停止しいるとき
には録画停止ＳＴＰを指示する制御信号を形成する。

なお、上記構成に代えて、減算回路ＯＰの出力信号を整
流して、電圧比較回路によって上記整流した減算出力と
所定の基準レベルと比較することによって、直接的に録
画装置の制御信号を形成するものであってもよい。この
場合、電圧比較回路は、ヒステリシス特性を持たせるこ
とによって、基準電圧付近で整流した減算出力が一定に
維持されることによって生じる発振状態を防ぐことが望
ましい。なお、上記のようにタイマー回路ＴＭにより録
画装置ＶＴＲに対して最低の録画時間を設　　−定する
場合には、その録画状態を再生するときにコマ切れ的な
画面が連続して発生することを防ぐことができる。

また、固体撮像素子ＭＩＤの２つの出力端子ＳとＲＶか
ら出力される映像信号のレベルを等しく設定するために
、それぞれに対応した２つの垂直走査回路は、インタレ
ースモードにあっては１画面の半分である１３１行分だ
け時間的なずれが設定される。したがって、この場合に
は、上記遅延回路ＤＬＹは、その時間差に応じた遅延時
間に設定される。

上記遅延回路ＤＬＹの簡素化のために、端子ＲＶに対応
した垂直走査動作に対して１行ないし２行分の時間差を
持って端子Ｓの垂直走査動作を行うようにするものであ
ってもよい。この場合には、比較的簡単なＣＯＤ　（電
荷結合素子）によって高い精度の遅延時間を得ることが
できる。しかしなから、この場合には、端子ＲＶから出
力される映像信号に対して端子Ｓから出力される映像信
号にレベル差が生じてしまう。このように両信号にレベ
ル差が生じる場合には、上記減算回路ＯＰの入力に、レ
ベル整合用の減衰回路又は増幅回路を挿入して、両信号
のレベルの整合を行うようにすればよい。

録画装置ＶＴＲには、被写体中に動きがある場合のみ、
それを録画するものであるため、録画テープを効率よく
使用することができ、その再生チエツクも容易になる。

上記のように２つの出力端子ＳとＲＶを持つ固体撮像素
子ＭＩＤから出力される２つの映像信号を時間的に対応
させて比較する方式に代えて、単純に２つの信号の平滑
レベルの差を求めるものであってもよい。この場合には
、画面の明るさの変化によって被写体の動きの有無が検
出できる。さらに、上記のように単純に２つの信号の平
滑レベルの差を求めるものに代えて、被写体の輪郭を示
す高周波数成分の差を求めることによって動きのある被
写体の有無を検出するものとしてもよい。

この構成では、監視画面中に監視すべき状態が発生した
とき、言い換えるならば、画面中に異なる被写体が入っ
てきたり、その被写体の動きに応じて画面全体の線画に
相当する高周波数成分が異なることに着目してそれを検
出するものである。

以上のような監視装置を実現する場合、上記のように２
つの出力線とそれに対応したスイッチＭＯＳＦＥＴが設
けられる出力回路を、それぞれ独立したウェル領域に形
成して、両者の読み出し条件を同じくすることにより、
スイッチングノイズの影響が軽減できるから、高精度に
被写体の動きの有無を検出することができる。

上記の実施例から得られる作用効果は、下記の通りであ
る。すなわち、 （１）二次元状に配列された複数個の画素セルからなる
画素アレイや、上記画素セルからの読み出し信号を出力
するスイッチＭＯＳ　Ｆ　ＥＴ及び上記画素セル及びス
イッチＭＯＳ　Ｆ　ＥＴの時系列的な選択信号を形成す
る走査回路をそれぞれ独立したウェル領域に形成するこ
とにより、ウェルを通した相互のノイズのリークを防止
できるという効果が得られる。

（２）感度可変機能及び２線式の出力機能を持つ固体撮
像素子において、その読み出しと掃き出しの出力ＭＯＳ
ＦＥＴをそれぞれ独立したウェル領域に形成することに
より、上記ノイズの低減が図られるとともに、上記読み
出し信号と掃き出し信号とを比較することにより、被写
体の動きの有無を検出する場合、その信号の読み出し条
件が等しくできる。これによって、検出精度を高くでき
るという効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。例えば、感度可変機能は
省略するものであってもよい。この場合には、上記感度
可変用の垂直走査回路及び信号掃き出し用の出力回路並
びに強制リセット回路等が省略される。また、垂直走査
回路と水平走査回路とは１．同じウェル頌域内に形成し
てもよい。

また、この発明に係る固体撮像素子を監視装置に利用す
る場合、上記明るさの変化と、輪郭を示す高周波数成分
の変化を検出して、いずれか１つの変化を検出すると動
く被写体があると判定する等種々の実施形態を採ること
ができる。

この発明は、ＭＯ５型固体撮像素子に広く利用できる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。すなわち、二次元状に配列された複数個の画素セルか
らなる画素アレイや、上記画素セルからの読み出し信号
を出力するスイッチＭＯ５ＦＥＴ及び上記画素セル及び
スイッチＭＯＳＦＥＴの時系列的な選択信号を形成する
走査回路をそれぞれ独立したウェル領域に形成すること
により、ウェルを通した相互のスイッチングノイズのリ
ークを防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係る固体撮像素子の一実施例を示
す要部回路図、 第２図は、そのウェル領域の一実施例を示すレイアウト
図、 第３図は、その素子構造断面図 第４図は、上記固体撮像素子を利用した監視装置の一実
施例を示すブロック図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、二次元状に配列された複数個の画素セルが形成され
   る第１のウェル領域と、上記画素セルからの読み出し信
   号を出力するスイッチＭＯＳＦＥＴが形成される第２の
   ウェル領域と、上記画素セル及びスイッチＭＯＳＦＥＴ
   の時系列的な選択信号を形成する走査回路が形成される
   第３のウェル領域とを含むことを特徴とする固体撮像素
   子。 ２、上記走査回路は、水平走査回路と垂直走査回路から
   なり、上記第３のウェル領域は、それぞれに対応して分
   離された２つのウェル領域から構成されるものであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の固体撮像素
   子。 ３、上記画素セルからの読み出し信号を出力するスイッ
   チＭＯＳＦＥＴは、読み出し信号を出力させる第１のス
   イッチ回路と、信号掃き出し用の第２のスイッチ回路か
   らなり、第２のウェル領域はそれぞれに対応して分離さ
   れた２つのウェル領域から構成されるとともに、上記第
   １及び第２のスイッチ回路に対して独立して垂直走査方
   向の選択動作を行う第１及び第２の垂直走査回路が設け
   られるものであることを特徴とす特許請求の範囲第１又
   は第２項記載の固体撮像素子。 ４、上記第１と第２のスイッチ回路の出力信号は、早い
   タイミングで出力される出力信号を遅延させて遅いタイ
   ミングで出力される出力信号との相対的な時間合わせを
   行うとともに、その信号レベルを一致させて両者の差分
   を出力させる信号処理回路に供給されるものであること
   を特徴とする特許請求の範囲第３項記載の固体撮像素子
   。