JPH0248874A - 固体撮像素子 - Google Patents
固体撮像素子Info
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- JPH0248874A JPH0248874A JP63199492A JP19949288A JPH0248874A JP H0248874 A JPH0248874 A JP H0248874A JP 63199492 A JP63199492 A JP 63199492A JP 19949288 A JP19949288 A JP 19949288A JP H0248874 A JPH0248874 A JP H0248874A
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- voltage
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Links
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- 101000752304 Haloarcula marismortui (strain ATCC 43049 / DSM 3752 / JCM 8966 / VKM B-1809) 50S ribosomal protein L18Ae Proteins 0.000 description 1
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Landscapes
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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。
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、固体撮像素子に関し、フォトダイオードの
光電変換信号を増幅する増幅素子とその選択動作とプリ
チャージ動作を行うスイッチ素子をMOSFET (絶
縁ゲート型電界効果トランジスタ)を用いた画素増幅型
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
。
光電変換信号を増幅する増幅素子とその選択動作とプリ
チャージ動作を行うスイッチ素子をMOSFET (絶
縁ゲート型電界効果トランジスタ)を用いた画素増幅型
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
。
固体撮像素子の高感度及び高SN比の要求に答えるもの
として、例えば1986年のテレビジョン学会全国大会
予稿集PP、51−52で報告されているように、フォ
トダイオードにより形成した光電変換信号をソースフォ
ロワアンプにより直接外部に読み出すものがある。
として、例えば1986年のテレビジョン学会全国大会
予稿集PP、51−52で報告されているように、フォ
トダイオードにより形成した光電変換信号をソースフォ
ロワアンプにより直接外部に読み出すものがある。
上記構成の画素セルでは、フォトダイオードに対してプ
リチャージを行うMOSFETと、フォトダイオードの
信号を読み出しMOS F ETとが異なるものである
。半導体集積回路に形成されるMOSFETのコンダク
タンスやしきい値電圧といった素子特性は比較的大きな
プロセスバラツキを持つ。それ故、各画素からの読み出
し信号が上記素子特性のバラツキの影響を受けるものと
なり、画像劣化として映像信号に現れてしまうという問
題を有する。
リチャージを行うMOSFETと、フォトダイオードの
信号を読み出しMOS F ETとが異なるものである
。半導体集積回路に形成されるMOSFETのコンダク
タンスやしきい値電圧といった素子特性は比較的大きな
プロセスバラツキを持つ。それ故、各画素からの読み出
し信号が上記素子特性のバラツキの影響を受けるものと
なり、画像劣化として映像信号に現れてしまうという問
題を有する。
この発明の目的は、プロセスバラツキの影響を受けると
なく、高感度及び高品質の画像信号を得ることができる
固体撮像素子を提供することにある。
なく、高感度及び高品質の画像信号を得ることができる
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。
、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。
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。
を簡単に説明すれば、下記の通りである。
すなわち、第1のタイミングにおいてキャパシタの両端
に所定の電位を与えておき、第2のタイミングにおいて
上記キャパシタの一方の電極に選択された画素セルから
の実質的な光電変換信号に対応した電圧を与えるととも
に他方の電極をフローティング状態にしてそこから出力
信号を得る。
に所定の電位を与えておき、第2のタイミングにおいて
上記キャパシタの一方の電極に選択された画素セルから
の実質的な光電変換信号に対応した電圧を与えるととも
に他方の電極をフローティング状態にしてそこから出力
信号を得る。
上記した手段によれば、キャパシタを介して光電変換信
号を取り出すものであるため、フォトダイオードの容量
値と読み出し用のキャパシタとの容量比に従って出力さ
れる画素信号の増幅が行われるとともに、選択経路にお
ける素子の特性のバラツキによる画像への悪影響を防止
することができる。
号を取り出すものであるため、フォトダイオードの容量
値と読み出し用のキャパシタとの容量比に従って出力さ
れる画素信号の増幅が行われるとともに、選択経路にお
ける素子の特性のバラツキによる画像への悪影響を防止
することができる。
(実施例1)
第1図には、この発明が適用された画素増幅型固体撮像
素子の一実施例の要部回路図が示されている。同図では
、代表として例示的に示された3行、3列分の画素アレ
イとその選択回路及び信号読み出し回路が示されている
。上記固体撮像素子を構成する各回路素子は、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個の半導体基板上におい
て形成される。
素子の一実施例の要部回路図が示されている。同図では
、代表として例示的に示された3行、3列分の画素アレ
イとその選択回路及び信号読み出し回路が示されている
。上記固体撮像素子を構成する各回路素子は、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個の半導体基板上におい
て形成される。
上記固体撮像素子は、次の各回路より構成される。1つ
の画素セルは、アノード側電極が回路の接地電位に結合
されたフォトダイオードDIと、そのフォトダイオード
DIのカソード側電極にゲートが結合された増幅MO3
FETQ2と、上記フォトダイオードDIのカソード側
電極にプリチャージ(リセット)電圧を供給するスイッ
チMO3FETQI及び上記増幅MO3FBTQ2のソ
ース側に設けられた選択用のスイッチMO3FETQ3
とから構成される。
の画素セルは、アノード側電極が回路の接地電位に結合
されたフォトダイオードDIと、そのフォトダイオード
DIのカソード側電極にゲートが結合された増幅MO3
FETQ2と、上記フォトダイオードDIのカソード側
電極にプリチャージ(リセット)電圧を供給するスイッ
チMO3FETQI及び上記増幅MO3FBTQ2のソ
ース側に設けられた選択用のスイッチMO3FETQ3
とから構成される。
増幅MO3FETQ2のドレインとスイッチMO3FE
TQ3のゲートは、横方向に延長して配置される第2の
行選択線(垂直走査線)HL12に結合される。同じ行
に配置された他の画素セルの同様な増幅MO3FETQ
5.Q8のドレイン及びスイッチMO3FETQ6.Q
9のゲートも上記第2の行選択vAHL12に結合され
る。プリチャージ用のスイッチMO3FETQIのゲー
トは、横方向に延長して配置されせる第1の行選択線(
垂直走査′1lIA)HLIIに結合される。同様に同
じ行に配置された他の画素セルのプリチャージ用のスイ
ッチMO3FETQ4及びQ7も上記第1の行選択線H
LIIに結合される。
TQ3のゲートは、横方向に延長して配置される第2の
行選択線(垂直走査線)HL12に結合される。同じ行
に配置された他の画素セルの同様な増幅MO3FETQ
5.Q8のドレイン及びスイッチMO3FETQ6.Q
9のゲートも上記第2の行選択vAHL12に結合され
る。プリチャージ用のスイッチMO3FETQIのゲー
トは、横方向に延長して配置されせる第1の行選択線(
垂直走査′1lIA)HLIIに結合される。同様に同
じ行に配置された他の画素セルのプリチャージ用のスイ
ッチMO3FETQ4及びQ7も上記第1の行選択線H
LIIに結合される。
上記読み出し用のスイッチMO3FETQ3のソースは
、縦方向に延長して配置される列信号線(垂直信号線)
Vlに結合される。同じ列に配置される他の画素セルの
同様なスイッチMO3FETのソースも上記列信号線■
1に結合される。このことは、他の列の画素セルにおい
ても、上記読み出し用のスイッチMO3FETQ6、Q
9等のソースは、それぞれ同様な列信号線V2.V3に
結合される。
、縦方向に延長して配置される列信号線(垂直信号線)
Vlに結合される。同じ列に配置される他の画素セルの
同様なスイッチMO3FETのソースも上記列信号線■
1に結合される。このことは、他の列の画素セルにおい
ても、上記読み出し用のスイッチMO3FETQ6、Q
9等のソースは、それぞれ同様な列信号線V2.V3に
結合される。
特に制限されないが、プリチャージ用のMO3FETQ
Iのドレイン側は、縦方向に延長されるプリチャージ線
VPIに結合される。同じ列に配置される他の画素セル
の同様なスイッチMO3FETのドレインも上記プリチ
ャージ線VPIに結合される。このことは、他の列の画
素セルにおいても、上記プリチャージ用のスイッチMO
3FETQ4、Q7等のドレインは、それぞれ同様なプ
リチャージ線VP2.VP3に結合される。上記各プリ
チャージ線VPI〜VP3は、その上端で横方向に延長
される配線により共通化されて端子PDRVに結合され
る。この端子PDRVからは上記フォトダイオードD1
等をリセット(プリチャージ)させる電圧が供給される
。
Iのドレイン側は、縦方向に延長されるプリチャージ線
VPIに結合される。同じ列に配置される他の画素セル
の同様なスイッチMO3FETのドレインも上記プリチ
ャージ線VPIに結合される。このことは、他の列の画
素セルにおいても、上記プリチャージ用のスイッチMO
3FETQ4、Q7等のドレインは、それぞれ同様なプ
リチャージ線VP2.VP3に結合される。上記各プリ
チャージ線VPI〜VP3は、その上端で横方向に延長
される配線により共通化されて端子PDRVに結合され
る。この端子PDRVからは上記フォトダイオードD1
等をリセット(プリチャージ)させる電圧が供給される
。
上記各列信号線v1〜V3と端子VRVとの間には、リ
セット用のスイッチMOSFETQI 6〜Q18がそ
れぞれ設けられる。端子VRVには、リセット電圧が供
給される。これらのリセット用のスイッチMO3FET
QI 6〜Q18のゲー・トは、共通接続されて端子V
RPに結合される。この端子VRPには、後述する読み
出し用のキャパシタCVI〜CV3をリセットさせるリ
セット信号が供給される。
セット用のスイッチMOSFETQI 6〜Q18がそ
れぞれ設けられる。端子VRVには、リセット電圧が供
給される。これらのリセット用のスイッチMO3FET
QI 6〜Q18のゲー・トは、共通接続されて端子V
RPに結合される。この端子VRPには、後述する読み
出し用のキャパシタCVI〜CV3をリセットさせるリ
セット信号が供給される。
上記代表として例示的に示されている第1の行選択線H
LII、HL21及びHL31は、それぞれスイッチM
O3FETQI O,Ql 2及びQ14を介して縦方
向に延長されるタイミング信号線に結合される。このタ
イミング信号線は端子PDRに結合される。この端子P
RDには、画素セルをリセットさせるリセットタイミン
グ信号が供給される。
LII、HL21及びHL31は、それぞれスイッチM
O3FETQI O,Ql 2及びQ14を介して縦方
向に延長されるタイミング信号線に結合される。このタ
イミング信号線は端子PDRに結合される。この端子P
RDには、画素セルをリセットさせるリセットタイミン
グ信号が供給される。
上記代表として例示的に示されている第2の行選択線H
L12.HL22及びHL32は、それぞれスイッチM
OSFETQI 1.Ql 3及びQ15を介して縦方
向に延長されるタイミング信号線に結合される。このタ
イミング信号線は端子VDに結合される。この端子VD
には、画素セルの読み出しを行うタイミング信号が供給
される。
L12.HL22及びHL32は、それぞれスイッチM
OSFETQI 1.Ql 3及びQ15を介して縦方
向に延長されるタイミング信号線に結合される。このタ
イミング信号線は端子VDに結合される。この端子VD
には、画素セルの読み出しを行うタイミング信号が供給
される。
上記同じ行ノスイッチMO3FETQIO,Q11、Q
12.Q13及びQ14.Q15のゲートは、それぞれ
共通化されて、垂直シフトレジスタVSRにより形成さ
れる垂直選択信号VS 1゜VS2及びVS3が供給さ
れる。
12.Q13及びQ14.Q15のゲートは、それぞれ
共通化されて、垂直シフトレジスタVSRにより形成さ
れる垂直選択信号VS 1゜VS2及びVS3が供給さ
れる。
なお、第1図において、上記第2行目及び第3行目に配
置される画素セルを構成する各素子には、図面が複雑に
なってしまうのを防止するため、回路記号を付加するの
を省略するものである。
置される画素セルを構成する各素子には、図面が複雑に
なってしまうのを防止するため、回路記号を付加するの
を省略するものである。
この実施例では、上記のようなフォトダイオードD1等
の光電変換信号をソースフォロワ増幅MO3FETQ2
、スイッチMO3FETQ3及びプリチャージMO3F
ETQIにおける素子特性のプロセスバラツキの影響を
受けることなく取り出すために、次の読み出し回路が付
加される。
の光電変換信号をソースフォロワ増幅MO3FETQ2
、スイッチMO3FETQ3及びプリチャージMO3F
ETQIにおける素子特性のプロセスバラツキの影響を
受けることなく取り出すために、次の読み出し回路が付
加される。
上記各列信号線Vl〜■3は、キャパシタCV1〜CV
3の一方の電極に結合される。これらのキャパシタCV
I〜CV’3の他方の電極は、一方におイテスイッチM
O3FETQ20〜Q22を介して横方向に延長される
制御線に結合される。
3の一方の電極に結合される。これらのキャパシタCV
I〜CV’3の他方の電極は、一方におイテスイッチM
O3FETQ20〜Q22を介して横方向に延長される
制御線に結合される。
この制御線は端子CRVに結合される。この端子CRV
には、キャパシタCVI〜CV3をリセットするためと
、画素セルからの読み出しをキャバシタCV1〜CV3
にそれぞれ取り込むための電圧が供給される。上記スイ
ッチMO3FETQ20〜Q22のゲートは、共通に結
合されて端子CRPから供給される制御信号によりスイ
ッチ制御される。端子CRPには、上記キャパシタCV
1〜CV3をリセットさせるためのタイミング信号が供
給される。
には、キャパシタCVI〜CV3をリセットするためと
、画素セルからの読み出しをキャバシタCV1〜CV3
にそれぞれ取り込むための電圧が供給される。上記スイ
ッチMO3FETQ20〜Q22のゲートは、共通に結
合されて端子CRPから供給される制御信号によりスイ
ッチ制御される。端子CRPには、上記キャパシタCV
1〜CV3をリセットさせるためのタイミング信号が供
給される。
上記のキャパシタCVI〜CV3の他方の電極は、他方
においてスイッチMO3FETQ23〜Q25を介して
横方向に延長される出力信号線に結合される。この出力
信号線は端子Slに結合される。この端子S1から画素
信号が出力される。
においてスイッチMO3FETQ23〜Q25を介して
横方向に延長される出力信号線に結合される。この出力
信号線は端子Slに結合される。この端子S1から画素
信号が出力される。
上記スイッチMO3FETQ23〜Q25のゲートには
、水平シフトレジスタH3Rにより形成される垂直選択
信号H3I、H32及びH33が供給される。
、水平シフトレジスタH3Rにより形成される垂直選択
信号H3I、H32及びH33が供給される。
上記第1図の固体盪像素子の読み出し動作の一例を第2
図に示した等価回路図と第3図及び第4図に示したタイ
ミング図を参照して説明する。
図に示した等価回路図と第3図及び第4図に示したタイ
ミング図を参照して説明する。
第2図には、フォトダイオードD1とMO3FETQI
ないしQ3からなる画素セルに着目した読み出し等価回
路図が示されている。この等価回路図では0、端子VR
VとCRVには、回路の接地電位が与えられいる。
ないしQ3からなる画素セルに着目した読み出し等価回
路図が示されている。この等価回路図では0、端子VR
VとCRVには、回路の接地電位が与えられいる。
画素セルの読み出しの前に、タイミング信号CRPとV
RPがハイレベルにされ、スイッチMO3FETQ20
とQ16がオン状態にされる。それ故、キャパシタCV
Iの両端には回路の接地電位が与えられリセットされる
。これにより、キャパシタVCIの出力側電極の電位V
aは回路の接地電位にされる。このことは、他の全ての
キャパシタCV2.CV3等においても同様である。
RPがハイレベルにされ、スイッチMO3FETQ20
とQ16がオン状態にされる。それ故、キャパシタCV
Iの両端には回路の接地電位が与えられリセットされる
。これにより、キャパシタVCIの出力側電極の電位V
aは回路の接地電位にされる。このことは、他の全ての
キャパシタCV2.CV3等においても同様である。
上記タイミング信号VRPがロウレベルにされてスイッ
チMO3FETQI 6がオフ状態にされた後に、タイ
ミング信号VDがハイレベルにされる。このとき、垂直
シフトレジスタVSRは、第1行目の垂直選択信号VS
Iをハイレベルにしているものとする。上記タイミング
信号VDのハイレベルに同期して、増幅MOS F E
TQ 2のドレインには動作電圧が与えられるとともに
、読み出し用のスイッチMOSFETQ3がオン状態に
なる。したがって、フォトダイオードDIに蓄積された
光電変換電圧は、ソースフォロワ増幅MO3FETQ2
のゲート ソースとスイッチMO3FETQ3を介して
キャ゛パシタCVIに伝えられる。
チMO3FETQI 6がオフ状態にされた後に、タイ
ミング信号VDがハイレベルにされる。このとき、垂直
シフトレジスタVSRは、第1行目の垂直選択信号VS
Iをハイレベルにしているものとする。上記タイミング
信号VDのハイレベルに同期して、増幅MOS F E
TQ 2のドレインには動作電圧が与えられるとともに
、読み出し用のスイッチMOSFETQ3がオン状態に
なる。したがって、フォトダイオードDIに蓄積された
光電変換電圧は、ソースフォロワ増幅MO3FETQ2
のゲート ソースとスイッチMO3FETQ3を介して
キャ゛パシタCVIに伝えられる。
なお、同様に他のキャパシタCV2.CV3等において
も対応する画素セルの光電変換電圧が伝えられる。
も対応する画素セルの光電変換電圧が伝えられる。
上記キャパシタCVIに取り込まれた光電変換電圧は、
フォトダイオードD1に対して行われたプリチャージ動
作によるプリチャージ電圧がフォトダイオードD1〜D
3で発生した光電流により放電された残り電圧に対応し
たものである。このとき、上記プリチャージ電圧にはM
O3FETQ1等のコンダクタンス特性のバラツキに対
応したバラツキが発生するとともに、上記残り電圧を読
み出させる増幅MO3FETQ2等のゲート、ソース間
のしきい値電圧及びスイッチMOS F ETQ3等の
コンダクタンス特性にバラツキが発生する。それ故、上
記キャパシタCVIに取り込まれた電圧には、上記のよ
うな各素子のプロセスバラツキの影響を受けたものとな
る。
フォトダイオードD1に対して行われたプリチャージ動
作によるプリチャージ電圧がフォトダイオードD1〜D
3で発生した光電流により放電された残り電圧に対応し
たものである。このとき、上記プリチャージ電圧にはM
O3FETQ1等のコンダクタンス特性のバラツキに対
応したバラツキが発生するとともに、上記残り電圧を読
み出させる増幅MO3FETQ2等のゲート、ソース間
のしきい値電圧及びスイッチMOS F ETQ3等の
コンダクタンス特性にバラツキが発生する。それ故、上
記キャパシタCVIに取り込まれた電圧には、上記のよ
うな各素子のプロセスバラツキの影響を受けたものとな
る。
この実、施例では、上記キャパシタCVIに取り込まれ
た電圧をそのまま出力させるのではなく、端子CRPに
供給されるタイミング信号をロウレベルにしてスイッチ
MO3FETQ20をオフ状態になる。これにより、キ
ャパシタCVIの出力側はフローティング状態になる。
た電圧をそのまま出力させるのではなく、端子CRPに
供給されるタイミング信号をロウレベルにしてスイッチ
MO3FETQ20をオフ状態になる。これにより、キ
ャパシタCVIの出力側はフローティング状態になる。
この後に、端子PDRVにプリチャージ電圧を供給して
、端子PDRにハイレベルのタイミング信号を供給する
。
、端子PDRにハイレベルのタイミング信号を供給する
。
これによって、上記のように垂直選択信号VSIのハイ
レベルであることからスイッチMO3FETQIがオン
状態になり、フォトダイオードDIにはプリチャージ電
圧が供給される。
レベルであることからスイッチMO3FETQIがオン
状態になり、フォトダイオードDIにはプリチャージ電
圧が供給される。
したがって、キャパシタCVIの信号線側■1にはプリ
チャージ電圧に従°った電圧となり、これに応じてキャ
パシタCVIの出力側もレベルシフトされる。言い換え
るならば、キャパシタCVIの出力側電極にはフォトダ
イオードDiにより形成された光電変換電圧のみが現れ
るものとなる。
チャージ電圧に従°った電圧となり、これに応じてキャ
パシタCVIの出力側もレベルシフトされる。言い換え
るならば、キャパシタCVIの出力側電極にはフォトダ
イオードDiにより形成された光電変換電圧のみが現れ
るものとなる。
なぜなら、上記のプリチャージ電圧を基準にしているた
め、プリチャージMO5FETQIのプロセスバラツキ
分が相殺されて零にできる。また、回路の接地電位では
なく上記のようなプリチャージ電圧を基準電圧として出
力信号を形成するため、増幅MO3FETQ2やスイッ
チMO3FETQ3のプロセスバラツキが相殺される。
め、プリチャージMO5FETQIのプロセスバラツキ
分が相殺されて零にできる。また、回路の接地電位では
なく上記のようなプリチャージ電圧を基準電圧として出
力信号を形成するため、増幅MO3FETQ2やスイッ
チMO3FETQ3のプロセスバラツキが相殺される。
したがって、水平走査信号H3IによりスイッチMO3
FETQ23をオン状態にしたとき、スイッチMO3F
ETQ23を介して端子S1には、フォトダイオードD
1により形成された光電変換電圧のみが得られるものと
なる。この構成におていは、実質的に出力される光電変
換信号量は、キャパシタCvに蓄積された電荷量であり
、実質的にフォトダイオードの持つ接合容量と上記キャ
パシタCVの容量との容量比に従った増幅作用を行わせ
ることができる。
FETQ23をオン状態にしたとき、スイッチMO3F
ETQ23を介して端子S1には、フォトダイオードD
1により形成された光電変換電圧のみが得られるものと
なる。この構成におていは、実質的に出力される光電変
換信号量は、キャパシタCvに蓄積された電荷量であり
、実質的にフォトダイオードの持つ接合容量と上記キャ
パシタCVの容量との容量比に従った増幅作用を行わせ
ることができる。
上記のように他のキャパシタCV2、CV3にも、上記
同様にパラレルに光電変換電圧の読み出しが行われてい
るから、水平走査信号H32、H83に同期して、それ
ぞれがシリアルに出力されるものとなる。
同様にパラレルに光電変換電圧の読み出しが行われてい
るから、水平走査信号H32、H83に同期して、それ
ぞれがシリアルに出力されるものとなる。
上記のようにキャパシタを介した電圧信号を読み出すも
のであるため、端子S1の信号を受けるプリアンプは、
その入力インピーダンスが高くされたジャンクションF
ET等のような電圧駆動型の増幅素子が用いられる。ま
た、端子S1と回路の接地電位点との間の寄生容量の容
量値が、上記キャパシタCV1等の容量値に対して無視
できない場合、上記のような水平走査信号H3I〜HS
3の到来毎に、逐一リセットさせるものとすればよい。
のであるため、端子S1の信号を受けるプリアンプは、
その入力インピーダンスが高くされたジャンクションF
ET等のような電圧駆動型の増幅素子が用いられる。ま
た、端子S1と回路の接地電位点との間の寄生容量の容
量値が、上記キャパシタCV1等の容量値に対して無視
できない場合、上記のような水平走査信号H3I〜HS
3の到来毎に、逐一リセットさせるものとすればよい。
また、負帰還形のプリアンプで電流として信号を読み出
してもよい。
してもよい。
上記のように画素セルからのキャパシタへの読み出し動
作は、第4図のタイミング図に示すように、水平帰線期
間において行われ、映像期間に入ると水平シフトレジス
タH3Rが動作状態になって水平走査信号H3I、H3
2等を形成して、各列のキャパシタCVI、CVI等に
上記水平帰線期間に読み出された信号の時系列的な出力
が行われるものである。
作は、第4図のタイミング図に示すように、水平帰線期
間において行われ、映像期間に入ると水平シフトレジス
タH3Rが動作状態になって水平走査信号H3I、H3
2等を形成して、各列のキャパシタCVI、CVI等に
上記水平帰線期間に読み出された信号の時系列的な出力
が行われるものである。
(実施例2)
第5図には、この発明が適用された画素増幅型固体撮像
素子の他の一実施例の要部回路図が示されている。
素子の他の一実施例の要部回路図が示されている。
この実施例回路においては、フォトダイオードに対する
プリチャージ電圧と増幅MO3FETQ2等のドレイン
電圧を端子PDRVから供給する構成とするものである
。この構成においては、端子PDRVのハイレベルへの
立ち上がりを第3図に示したタイミング図より早く、信
号VDとはソ゛同じタイミングで所定の電位にするすれ
ばよい。
プリチャージ電圧と増幅MO3FETQ2等のドレイン
電圧を端子PDRVから供給する構成とするものである
。この構成においては、端子PDRVのハイレベルへの
立ち上がりを第3図に示したタイミング図より早く、信
号VDとはソ゛同じタイミングで所定の電位にするすれ
ばよい。
他の構成は前記第1図の実施例回路と同様であるので、
その説明を省略する。
その説明を省略する。
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、 (11フオトダイオードにより光電変換された電圧を受
けるソースフォロワ増幅素子、この増幅素子のソース側
に設けらる読み出し用のスイッチ素子及び上記フォトダ
イオードをプリチャージさせるプリチャージ用スイッチ
素子とを含む画素セルからの読み出しを、第1のタイミ
ングにおいて一方の電極に所定の電位が与えられた状態
で他方の電極に上記選択された画素セルからの信号が一
方の電極に供給されるキャパシタを設け、第2のタイミ
ングで上記画素セルに対してプリチャージを行うものと
してこれを基準電圧として、上記一方の電極から読み出
し信号を得ることにより、読み出し信号にはプリチャー
ジMO3FETや増幅MO3FETの素子特性のバラツ
キによる画質劣化を伴うことがないから高感度化と高画
質化を実現できるという効果が得られる。
る。すなわち、 (11フオトダイオードにより光電変換された電圧を受
けるソースフォロワ増幅素子、この増幅素子のソース側
に設けらる読み出し用のスイッチ素子及び上記フォトダ
イオードをプリチャージさせるプリチャージ用スイッチ
素子とを含む画素セルからの読み出しを、第1のタイミ
ングにおいて一方の電極に所定の電位が与えられた状態
で他方の電極に上記選択された画素セルからの信号が一
方の電極に供給されるキャパシタを設け、第2のタイミ
ングで上記画素セルに対してプリチャージを行うものと
してこれを基準電圧として、上記一方の電極から読み出
し信号を得ることにより、読み出し信号にはプリチャー
ジMO3FETや増幅MO3FETの素子特性のバラツ
キによる画質劣化を伴うことがないから高感度化と高画
質化を実現できるという効果が得られる。
(2)上記のように増幅トランジスタの出力信号を外部
に送出する構成においては、従来のように信号電荷の転
送に伴う雑音の発生やスメアやブルーミングといった偽
信号の混入を防止できるから、低ノイズ化が可能となり
、上記増幅作用と相俟って低ノイズで高感度化を実現で
きるという効果が得られる。
に送出する構成においては、従来のように信号電荷の転
送に伴う雑音の発生やスメアやブルーミングといった偽
信号の混入を防止できるから、低ノイズ化が可能となり
、上記増幅作用と相俟って低ノイズで高感度化を実現で
きるという効果が得られる。
(3)1行分の画素セルからの画素信号を水平帰線期間
にパラレルに同時に読み出し用のキャパシタに転送させ
るものであるため、水平選択回路の負荷が1つのスイッ
チMOS F ETだけと軽くなり、水平シフトレジス
タの簡素化が可能になるという効果が得られる。
にパラレルに同時に読み出し用のキャパシタに転送させ
るものであるため、水平選択回路の負荷が1つのスイッ
チMOS F ETだけと軽くなり、水平シフトレジス
タの簡素化が可能にな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、第1図の実施例
回路において、端子VRVとCRVは共通化して外部端
子数を減らすものとしてもよい。また、プリチャージM
O3FETQ1のドレインは、第2の行選択線に接続し
て、増幅MOS F ETの動作電圧をプリチャージ電
圧として利用するものとしてもよい。この構成ではプリ
チャージ%1VP1〜VP3等やそれを共通接続する配
線及び端子PDRVを省略できるものである。このよう
に、タイミング信号や端子の共通化により回路の簡素化
が可能となる。また、MOSFETはJFETやBJT
を用いるものであってもよい。このように、増幅トラン
ジスタやスイッチ素子としては高入力インピーダンスの
ものであればよい。
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、第1図の実施例
回路において、端子VRVとCRVは共通化して外部端
子数を減らすものとしてもよい。また、プリチャージM
O3FETQ1のドレインは、第2の行選択線に接続し
て、増幅MOS F ETの動作電圧をプリチャージ電
圧として利用するものとしてもよい。この構成ではプリ
チャージ%1VP1〜VP3等やそれを共通接続する配
線及び端子PDRVを省略できるものである。このよう
に、タイミング信号や端子の共通化により回路の簡素化
が可能となる。また、MOSFETはJFETやBJT
を用いるものであってもよい。このように、増幅トラン
ジスタやスイッチ素子としては高入力インピーダンスの
ものであればよい。
読み出し方式としては、第1のタイミングでフォトダイ
オード及び読み出し用のキャパシタの一方の電極に予め
対応された電位に設定しておき、第2のタイミングでキ
ャパシタの一方の電極を画素セルに接続させて、フロー
ティング状態にされた他方の電極から光電変換信号に対
応した信号を取り出すものであってもよい。
オード及び読み出し用のキャパシタの一方の電極に予め
対応された電位に設定しておき、第2のタイミングでキ
ャパシタの一方の電極を画素セルに接続させて、フロー
ティング状態にされた他方の電極から光電変換信号に対
応した信号を取り出すものであってもよい。
画素セルとしては、前記実施例のような個々の画素セル
に増幅素子を設けた画素増幅型のものの他、スイッチM
OS F ETとフォトダイオードとが直列形態にされ
てプリチャージ経路と読み出し経路が構成される従来の
MO3型固体撮像素子に対しても、その読み出し出力部
に上記のようなキャパシタを設ける構成としてもよい。
に増幅素子を設けた画素増幅型のものの他、スイッチM
OS F ETとフォトダイオードとが直列形態にされ
てプリチャージ経路と読み出し経路が構成される従来の
MO3型固体撮像素子に対しても、その読み出し出力部
に上記のようなキャパシタを設ける構成としてもよい。
この構成においては、上記画素セルの信号電圧を読み出
し用の比較的大きな容量値を持つキャパシタを介して取
り出すことにより、個々の画素セルに増幅素子を設ける
ことなく、フォトダイオードの接合容量と読み出し用の
キャパシタとの容量比に対応した増幅作用を実現するこ
とができる。
し用の比較的大きな容量値を持つキャパシタを介して取
り出すことにより、個々の画素セルに増幅素子を設ける
ことなく、フォトダイオードの接合容量と読み出し用の
キャパシタとの容量比に対応した増幅作用を実現するこ
とができる。
画素アレイの垂直方向の選択動作は、インクレースゲー
ト回路を設けて奇数フィールドと偶数フィールドとで1
本分づらせて一対づつ選択状態にするようにしてもよい
。これにより、インクレースに対応した空間的重心が上
下に移動させた画像信号を得ることができる。
ト回路を設けて奇数フィールドと偶数フィールドとで1
本分づらせて一対づつ選択状態にするようにしてもよい
。これにより、インクレースに対応した空間的重心が上
下に移動させた画像信号を得ることができる。
感度設定用の垂直シフトレジスタを設けて、第1の行選
択線を前記垂直シフトレジスタVSRの選択動作に先行
させて選択状態にしてフォトダイオードのプリチャージ
動作を行うものとしてもよい。これにより、上記両垂直
シフトレジスタの垂直走査時間差がフォトダイオードの
蓄積時間となり、上記感度設定用の垂直シフトレジスタ
の走査タイミングを変更することにより、フォトダイオ
ードの蓄積時間を可変にすることができる。
択線を前記垂直シフトレジスタVSRの選択動作に先行
させて選択状態にしてフォトダイオードのプリチャージ
動作を行うものとしてもよい。これにより、上記両垂直
シフトレジスタの垂直走査時間差がフォトダイオードの
蓄積時間となり、上記感度設定用の垂直シフトレジスタ
の走査タイミングを変更することにより、フォトダイオ
ードの蓄積時間を可変にすることができる。
また、画素セルを実質的に1行に配置してラインセンサ
を構成するものであってもよい。
を構成するものであってもよい。
この発明は、増幅機能を持つ固体過像素子として広く利
用できるものである。
用できるものである。
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、フォトダイオードにより光電変換された電
圧を受けるソースフォロワ増幅素子、この増幅素子のソ
ース側に設けらる読み出し用のスイッチ素子及び上記フ
ォトダイオードをプリチャージさせるプリチャージ用ス
イッチ素子とを含む画素セルからの読み出しを、第1の
タイミングにおいて一方の電極に所定の電位が与えられ
た状態で他方の電極に上記選択された画素セルからの信
号が一方の電極に供給されるキャパシタを設け、第2の
タイミングで上記画素セルに対してプリチャージを行う
ものとしてこれを基準電圧として、一方の電極から読み
出し信号を得ることにより、キャパシタを介した読み出
し信号にはプリチャージMOS F ETや増幅MO3
FETの素子特性のバラツキによる固定パターンのノイ
ズを発生させることないから高感度化と高画質化を実現
できる。
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、フォトダイオードにより光電変換された電
圧を受けるソースフォロワ増幅素子、この増幅素子のソ
ース側に設けらる読み出し用のスイッチ素子及び上記フ
ォトダイオードをプリチャージさせるプリチャージ用ス
イッチ素子とを含む画素セルからの読み出しを、第1の
タイミングにおいて一方の電極に所定の電位が与えられ
た状態で他方の電極に上記選択された画素セルからの信
号が一方の電極に供給されるキャパシタを設け、第2の
タイミングで上記画素セルに対してプリチャージを行う
ものとしてこれを基準電圧として、一方の電極から読み
出し信号を得ることにより、キャパシタを介した読み出
し信号にはプリチャージMOS F ETや増幅MO3
FETの素子特性のバラツキによる固定パターンのノイ
ズを発生させることないから高感度化と高画質化を実現
できる。
第1図は、この発明が適用された画素増幅型固体撮像素
子の一実施例を示す要部回路図、第2図は、その読み出
し動作を説明するための等価回路図、 第3図は、その読み出し動作の一例を説明するためのタ
イミング図、 第4図は、上記読み出し動作の一例を説明するためのタ
イミング図、 第5図は、この発明が適用された画素増幅型固体を静像
素子の他の一実施例を示す要部回路図である。 VSR・・垂直シフトレジスタ、H3P・・水平シフト
レジスタ
子の一実施例を示す要部回路図、第2図は、その読み出
し動作を説明するための等価回路図、 第3図は、その読み出し動作の一例を説明するためのタ
イミング図、 第4図は、上記読み出し動作の一例を説明するためのタ
イミング図、 第5図は、この発明が適用された画素増幅型固体を静像
素子の他の一実施例を示す要部回路図である。 VSR・・垂直シフトレジスタ、H3P・・水平シフト
レジスタ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、第1のタイミングにおいて両端に所定の電位が与え
られ、第2のタイミングにおいて一方の電極に選択され
た画素セルからの実質的な光電変換信号に対応した電圧
が与えらるとともに他方の電極がフローティング状態に
される読み出し用のキャパシタを含み、上記読み出し用
のキャパシタの他方の電極の電圧に基づいて出力信号を
得ることを特徴とする固体撮像素子。 2、上記画素セルは、光電変換用のフォトダイオード、
このフォトダイオードにより光電変換された電圧を受け
るソースフォロワ増幅素子、この増幅素子のソース側に
設けらる読み出し用のスイッチ素子及びフォトダイオー
ドをプリチャージさせるプリチャージ用スイッチ素子と
を含み、第1のタイミングにおいて上記キャパシタの他
方の電極に所定の電位を与えた状態で上記一方の電極に
選択された画素セルからの信号を供給するものであり、
第2のタイミングにおいて上記画素セルに対してプリチ
ャージを行わせるとともに上記キャパシタの他方の電極
における電位に基づいて出力信号を形成するものである
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、上記画素セルは複数個がマトリックス状に配置され
、同一の横の行に配置される画素セルの読み出し用スイ
ッチ素子とプリチャージ用のスイッチ素子とは垂直シフ
トレジスタの出力信号に基づいて形成される選択信号に
よりそれぞれスイッチ制御され、同一の縦の列に配置さ
れる画素セルの読み出し用スイッチを介した読み出し端
子は、縦方向に走る信号線に共通に接続され、各列の信
号線に対応してそれぞれ上記キャパシタが設けられると
ともに、各列に対応したキャパシタには水平シフトレジ
スタの出力信号に基づいて形成される選択信号によりス
イッチ制御されるスイッチ素子を介して読み出し信号の
出力がなされるものであることを特徴とする特許請求の
範囲第2項記載の固体撮像素子。 4、上記スイッチ素子と増幅素子とは、MOSFETに
より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2又は第3項記載の固体撮像素子。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63199492A JPH0248874A (ja) | 1988-08-10 | 1988-08-10 | 固体撮像素子 |
US07/389,549 US5122881A (en) | 1988-08-10 | 1989-08-04 | Solid-state imaging device with an amplifying FET in each pixel and an output capacitor in each row |
KR1019890011334A KR920010510B1 (ko) | 1988-08-10 | 1989-08-09 | 고체촬상소자 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63199492A JPH0248874A (ja) | 1988-08-10 | 1988-08-10 | 固体撮像素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0248874A true JPH0248874A (ja) | 1990-02-19 |
Family
ID=16408714
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63199492A Pending JPH0248874A (ja) | 1988-08-10 | 1988-08-10 | 固体撮像素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0248874A (ja) |
-
1988
- 1988-08-10 JP JP63199492A patent/JPH0248874A/ja active Pending
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