JPH03119873A - 固体撮像素子 - Google Patents
固体撮像素子Info
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- JPH03119873A JPH03119873A JP1257597A JP25759789A JPH03119873A JP H03119873 A JPH03119873 A JP H03119873A JP 1257597 A JP1257597 A JP 1257597A JP 25759789 A JP25759789 A JP 25759789A JP H03119873 A JPH03119873 A JP H03119873A
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Links
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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、例えば光ダイオード
の信号蓄積時間を制御する機能を有する固体撮像素子に
利用して有効な技術に関するものである。
の信号蓄積時間を制御する機能を有する固体撮像素子に
利用して有効な技術に関するものである。
固体撮像素子の感度を変える手段として、選択行の不要
電荷をまず水平ブランキング期間に一行同時に掃き出し
、信号蓄積時間を均一にするため映像期間に信号読み出
しと同期して上記選択行の不要電荷を再び掃き出す方式
がある。
電荷をまず水平ブランキング期間に一行同時に掃き出し
、信号蓄積時間を均一にするため映像期間に信号読み出
しと同期して上記選択行の不要電荷を再び掃き出す方式
がある。
上記の構成の悪魔制御方式では、−時に不要電荷を掃き
出すものであるため、個々の光ダイオードの不要電荷は
小さくとも、それがいっせいに掃き出されることにより
過大な電流が流れることになる。この結果、寄生効果に
より特に光ダイオードアレイが形成されるウェル電圧の
変動をもたらし、読み出される映像信号を劣化させると
いう問題がある。
出すものであるため、個々の光ダイオードの不要電荷は
小さくとも、それがいっせいに掃き出されることにより
過大な電流が流れることになる。この結果、寄生効果に
より特に光ダイオードアレイが形成されるウェル電圧の
変動をもたらし、読み出される映像信号を劣化させると
いう問題がある。
この発明の目的は、感度可変動作に伴う映像信号の劣化
を防止した固体撮像素子を提供することるある。
を防止した固体撮像素子を提供することるある。
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、−次元又は二次元状に配置された光ダイオー
ドのリセットして蓄積信号を外部に取り出すためのスイ
ッチMO3FETをオン状態に維持して所定の電位に保
持しつづける。そして、有効蓄積期間に入ると上記リセ
ット用のスイッチMO3FETをオフ状態にして光ダイ
オードの信号蓄積を開始させる。
ドのリセットして蓄積信号を外部に取り出すためのスイ
ッチMO3FETをオン状態に維持して所定の電位に保
持しつづける。そして、有効蓄積期間に入ると上記リセ
ット用のスイッチMO3FETをオフ状態にして光ダイ
オードの信号蓄積を開始させる。
上記した手段によれば、不要電荷の蓄積が行われないか
ら不要電荷掃き出しに伴う映像信号の劣化を防止できる
。
ら不要電荷掃き出しに伴う映像信号の劣化を防止できる
。
〔実施例〕
第1図には、この発明が適用されたカラー用の画素増幅
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2行、2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。
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2行、2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
された光ダイオード(以下、フォトダイオードと称する
)Dlと、そのフォトダイオードD1のカソード側電極
にゲートが結合された増幅MO3FETQ2と、上記フ
ォトダイオードD1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MOS F ETQ 2のソース側に設けら
れた選択用のスイッチMO5FETQ3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
された光ダイオード(以下、フォトダイオードと称する
)Dlと、そのフォトダイオードD1のカソード側電極
にゲートが結合された増幅MO3FETQ2と、上記フ
ォトダイオードD1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MOS F ETQ 2のソース側に設けら
れた選択用のスイッチMO5FETQ3とから構成され
る。
増幅MO3FETQ2のドレインとスイッチMO3FE
TQIのドレインは、横方向に延長して配置される電源
ラインVPD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MO3FETQ5とスイッチMO3
FETQ4のドレインも上記電源ラインVPDにに結合
される。プリチャージ用のスイッチMOS F ETQ
1のゲートは、横方向に延長して配置される第1の行
選択線(垂直走査線)HGII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MOS F ETQ 4も上記第1の行選択1%9
1HG11に結合される。
TQIのドレインは、横方向に延長して配置される電源
ラインVPD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MO3FETQ5とスイッチMO3
FETQ4のドレインも上記電源ラインVPDにに結合
される。プリチャージ用のスイッチMOS F ETQ
1のゲートは、横方向に延長して配置される第1の行
選択線(垂直走査線)HGII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MOS F ETQ 4も上記第1の行選択1%9
1HG11に結合される。
上記読み出し用のスイッチMOSFETQ3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v
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等の
ソースは、それぞれ同様な列信号線v2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v
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等の
ソースは、それぞれ同様な列信号線v2に結合される。
上記各列信号線v1〜v2と電源ラインVRVとの間に
は、リセット用のスイッチMOS F ETQ23〜Q
24がそれぞれ設けられる。上記電源ライン(端子)V
RVには、外部端子から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MO3FETQ23〜Q2
4のゲートは、共通接続されて端子VRPに結合される
。この端子VRPには、読み出し用のキャパシタCVI
〜Cv2をリセットさせるリセット信号が供給される。
は、リセット用のスイッチMOS F ETQ23〜Q
24がそれぞれ設けられる。上記電源ライン(端子)V
RVには、外部端子から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MO3FETQ23〜Q2
4のゲートは、共通接続されて端子VRPに結合される
。この端子VRPには、読み出し用のキャパシタCVI
〜Cv2をリセットさせるリセット信号が供給される。
この実施例の画素セルには、カラー撮影を行うために、
第1行目の第1列目の画素セルにはイエローYeのカラ
ーフィルタが形成され、第1行目の第2列目の画素セル
にはシアンCyのカラーフィフィルタが形成され、第2
行目の第1列目の画素セルにはグリーンGのカラーフィ
ルタが形成され、第2行目の第2列目の画素セルにはホ
ワイト(透明)Wのフィルタが形成される。上記構成を
基本パターンとして同様なパターンの繰り返してにより
、各カラーフィルタが形成される。
第1行目の第1列目の画素セルにはイエローYeのカラ
ーフィルタが形成され、第1行目の第2列目の画素セル
にはシアンCyのカラーフィフィルタが形成され、第2
行目の第1列目の画素セルにはグリーンGのカラーフィ
ルタが形成され、第2行目の第2列目の画素セルにはホ
ワイト(透明)Wのフィルタが形成される。上記構成を
基本パターンとして同様なパターンの繰り返してにより
、各カラーフィルタが形成される。
この実施例では、上記のようなカラーフィルタに対応し
た各カラー画素信号の独立読み出しを行うため、上記代
表として例示的に示されている奇数行の第1の行選択線
HG11.HG21は、それぞれスイッチMO3FET
QI 1、Ql2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R
3に結合される。この端子R5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行選択線HG11、HG
21は、スイッチMO3FETQI 1゜Ql2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。
た各カラー画素信号の独立読み出しを行うため、上記代
表として例示的に示されている奇数行の第1の行選択線
HG11.HG21は、それぞれスイッチMO3FET
QI 1、Ql2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R
3に結合される。この端子R5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行選択線HG11、HG
21は、スイッチMO3FETQI 1゜Ql2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R3に結合される。この端
子R3には、上記のような奇数行及び偶数行の画素セル
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
。
子R3には、上記のような奇数行及び偶数行の画素セル
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
。
なお、第1図において、上記第2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。
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v1〜■2は、キャパシタC■1〜CV
2の一方の電極に結合される。これらのキャパシタCV
1〜CV2の他方の電極は、一方においてスイッチMO
3FETQI 5.Ql 8を介して横方向に延長され
る制御線に結合される。
2の一方の電極に結合される。これらのキャパシタCV
1〜CV2の他方の電極は、一方においてスイッチMO
3FETQI 5.Ql 8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−CV2をリセットするためと
、画素セルからの読み出しをキャパシタCVI〜CV2
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MO3FETQI5、Ql8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C■
1〜CV2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−CV2をリセットするためと
、画素セルからの読み出しをキャパシタCVI〜CV2
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MO3FETQI5、Ql8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C■
1〜CV2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CVlの他方の電極は、他方においで
スイッチMO3FETQI 3とQl4をそれぞれ介し
てキャパシタC8lとC32の一方の電極に接続される
。これらのキャパシタC31とC32の他方の電極は、
上記端子CRVに結合された制御線に結合される。上記
キャパシタC81とC52の一方の電極は、スイッチM
O3FETQ19及びC20を介して横方向に延長され
る出力信号線にそれぞれ結合される。上記スイッチMO
3FETQ19に対応された出力信号線は、端子S1に
結合される。端子S1はイエローYeのカラー画素信号
を出力する。上記スイッチMO3FETQ20に対応さ
れた出力信号線は、端子S2に結合される。端子S2は
グリーンGのカラー画素信号を出力する。上記スイッチ
MO5FETQ19及びC20のゲートには、水平シフ
トレジスタにより形成される垂直選択信号H3Iが供給
される。
スイッチMO3FETQI 3とQl4をそれぞれ介し
てキャパシタC8lとC32の一方の電極に接続される
。これらのキャパシタC31とC32の他方の電極は、
上記端子CRVに結合された制御線に結合される。上記
キャパシタC81とC52の一方の電極は、スイッチM
O3FETQ19及びC20を介して横方向に延長され
る出力信号線にそれぞれ結合される。上記スイッチMO
3FETQ19に対応された出力信号線は、端子S1に
結合される。端子S1はイエローYeのカラー画素信号
を出力する。上記スイッチMO3FETQ20に対応さ
れた出力信号線は、端子S2に結合される。端子S2は
グリーンGのカラー画素信号を出力する。上記スイッチ
MO5FETQ19及びC20のゲートには、水平シフ
トレジスタにより形成される垂直選択信号H3Iが供給
される。
上記のキャパシタCV2の他方の電極は、他方において
スイッチMO3FETQI 6とQl7をそれぞれ介し
てキャパシタC53とC54の一方の電極に接続される
。これらのキャパシタC33とC34の他方の電極は、
上記端子CRVに結合された制御線に結合される。上記
キャパシタC83とC34の一方の電極は、スイッチM
O3FETQ21及びG22を介して横方向に延長され
る出力信号線にそれぞれ結合される。上記スイッチMO
3FETQ21に対応された出力信号線は、端子S3に
結合される。端子S3はシアンcyのカラー画素信号を
出力する。上記スイッチMO3FETQ22に対応され
た出力信号線は、端子S4に結合される。端子S4はホ
ワイトWのカラー画素信号を出力する。上記スイッチM
O3FETQ21及びG22のゲートには、水平シフト
レジスタにより形成される垂直選択信号H32が供給さ
れる。
スイッチMO3FETQI 6とQl7をそれぞれ介し
てキャパシタC53とC54の一方の電極に接続される
。これらのキャパシタC33とC34の他方の電極は、
上記端子CRVに結合された制御線に結合される。上記
キャパシタC83とC34の一方の電極は、スイッチM
O3FETQ21及びG22を介して横方向に延長され
る出力信号線にそれぞれ結合される。上記スイッチMO
3FETQ21に対応された出力信号線は、端子S3に
結合される。端子S3はシアンcyのカラー画素信号を
出力する。上記スイッチMO3FETQ22に対応され
た出力信号線は、端子S4に結合される。端子S4はホ
ワイトWのカラー画素信号を出力する。上記スイッチM
O3FETQ21及びG22のゲートには、水平シフト
レジスタにより形成される垂直選択信号H32が供給さ
れる。
上記第1図の固体撮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Di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、端子VRV
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、端子VRV
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MO3FETQ15
とQ23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ることによって
リセットされる。これにより、キャパシタCVlの出力
側電極の電位Vaは回路の接地電位にされる。このこと
は、図示しない他の全てのキャパシタCV2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MO3FETQ15
とQ23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ることによって
リセットされる。これにより、キャパシタCVlの出力
側電極の電位Vaは回路の接地電位にされる。このこと
は、図示しない他の全てのキャパシタCV2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MO3FETQ23がオフ状態にされた後に、垂直シ
フトレジスタがらのタイミング信号でHCl2がハイレ
ベルにされる。上記タイミング信号HG12のハイレベ
ルに同期して、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D1
に蓄積された光電変換電圧は、ソースフォロワ増幅M0
SFETQ2のゲート、ソースとスイッチMO3FBT
Q3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。
チMO3FETQ23がオフ状態にされた後に、垂直シ
フトレジスタがらのタイミング信号でHCl2がハイレ
ベルにされる。上記タイミング信号HG12のハイレベ
ルに同期して、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D1
に蓄積された光電変換電圧は、ソースフォロワ増幅M0
SFETQ2のゲート、ソースとスイッチMO3FBT
Q3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。
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DI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DI、D
2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MO3FETQ3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CVl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DI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DI、D
2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MO3FETQ3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CVl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M
O3FETQ15をオフ状態にする。これにより、キャ
パシタCv1の出力側はフローティング状態になる。こ
の後に、端子RPにハイレベルのタイミング信号を供給
する。
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M
O3FETQ15をオフ状態にする。これにより、キャ
パシタCv1の出力側はフローティング状態になる。こ
の後に、端子RP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、垂直選択信号VLIがハイレベルである
ことからスイッチMO5FETQI 1及びQl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VPDが供給される。
ことからスイッチMO5FETQI 1及びQl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VPDが供給される。
したがって、キャパシタCv1の信号線側Vl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Cvl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Cvl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MO3FBTQI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MO3FBTQI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。
このような光電変換電圧は、上記キャパシタCVIと直
列形成に接続されるキャパシタC3Iに取り込まれるも
のとなる。
列形成に接続されるキャパシタC3Iに取り込まれるも
のとなる。
したがって、水平走査信号H3IによりスイッチMO3
FETQI 9をオン状態にしたとき、スイッチMO3
FETQ19を介して端子s1には、上記キャパシタC
3Iに保持されている上記フォトダイオードDIにより
形成された光電変換電圧のみが得られるものとなる。
FETQI 9をオン状態にしたとき、スイッチMO3
FETQ19を介して端子s1には、上記キャパシタC
3Iに保持されている上記フォトダイオードDIにより
形成された光電変換電圧のみが得られるものとなる。
キャパシタCVI等は、スイッチMO3FETQ3等の
ソース側に結合される。MOS F ETのソースは、
寄生フォトダイオードを構成するためスメアといったよ
うな偽信号がたまり易い。この実施例では、読み出し用
のキャパシタcs1等を選択的に接続するスイッチMO
3FETQI 3を上記信号電荷を取り込んだ後にオフ
状態にさせることによって、上記偽信号の影響を受けな
くすることができる。
ソース側に結合される。MOS F ETのソースは、
寄生フォトダイオードを構成するためスメアといったよ
うな偽信号がたまり易い。この実施例では、読み出し用
のキャパシタcs1等を選択的に接続するスイッチMO
3FETQI 3を上記信号電荷を取り込んだ後にオフ
状態にさせることによって、上記偽信号の影響を受けな
くすることができる。
第2図の等価回路図では、1つの画素セルの読み出しの
説明を行うものであるため、キャパシタC5Iとキャパ
シタ■C1との間に設けられるスイッチMO3FETQ
I 3を省略して示している。
説明を行うものであるため、キャパシタC5Iとキャパ
シタ■C1との間に設けられるスイッチMO3FETQ
I 3を省略して示している。
図示しない他のキャパシタCV2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、そ
れと直列に接続さるキャパシタに保持された信号電圧が
水平走査信号H32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。
レルに光電変換電圧の読み出しが行われているから、そ
れと直列に接続さるキャパシタに保持された信号電圧が
水平走査信号H32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。
図示しないが、上記画素セルからキャパシタへの信号読
み出しを行う各タイミング信号は、水平帰線期間におい
て発生される。
み出しを行う各タイミング信号は、水平帰線期間におい
て発生される。
第4図には、第1図の実施例回路におけるカラー画素の
独立読み出し動作の一例を示すタイミング図が示されて
いる。
独立読み出し動作の一例を示すタイミング図が示されて
いる。
上記の4つのカラー画素により1つの画素を構成するた
め、垂直シフトレジスタVSRは、2つの行L1とR2
を同時選択状態にする。また、第1図では、垂直シフト
レジスタの出力部にインクレース回路を設けて、奇数フ
ィールドでは上記1行Llと2行を同時選択し、偶数フ
ィールドでは第2行R2と第3行R3を同時選択するも
のとしている。このように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、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ものとなる。
め、垂直シフトレジスタVSRは、2つの行L1とR2
を同時選択状態にする。また、第1図では、垂直シフト
レジスタの出力部にインクレース回路を設けて、奇数フ
ィールドでは上記1行Llと2行を同時選択し、偶数フ
ィールドでは第2行R2と第3行R3を同時選択するも
のとしている。このように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、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ものとなる。
したがって、水平帰線期間の前半において上記同様にタ
イミング信号CDP 1、VLI及びR3を前記同様な
順序で発生させて第1行目R1の画素セルの信号をキャ
パシタC81、C33、C85等に保持させる。この後
、タイミング信号VRP、CRPを一端ロウレベルにし
た後に再びハイレベルにして前記同様なプリチャージ動
作を行った後に、タイミング信号CDP2、VL2及び
R8を上記同様な順序で発生させる。これにより、第2
行目R2の信号がキャパシタC32、C34及びC36
等に保持される。
イミング信号CDP 1、VLI及びR3を前記同様な
順序で発生させて第1行目R1の画素セルの信号をキャ
パシタC81、C33、C85等に保持させる。この後
、タイミング信号VRP、CRPを一端ロウレベルにし
た後に再びハイレベルにして前記同様なプリチャージ動
作を行った後に、タイミング信号CDP2、VL2及び
R8を上記同様な順序で発生させる。これにより、第2
行目R2の信号がキャパシタC32、C34及びC36
等に保持される。
そして、上記のような水平帰線期間が終了して映像期間
に入ると、水平シフトレジスタH3Rのシフト動作に対
応して水平走査信号H81〜H53等が時系列的に形成
される。したがって、水平走査信号HS 1に同期して
端子S1と82からキャパシタC3IとC32に保持さ
れていたイエローYeとグリーンGの信号が、水平走査
信号H32に同期して端子S3と84からキャパシタC
83とC34に保持されていたシアンcyとホワイトW
の信号が出力される。以下、上記水平走査動作に同期し
て同様な順序で各カラー画素信号がそれぞれ独立して出
力される。
に入ると、水平シフトレジスタH3Rのシフト動作に対
応して水平走査信号H81〜H53等が時系列的に形成
される。したがって、水平走査信号HS 1に同期して
端子S1と82からキャパシタC3IとC32に保持さ
れていたイエローYeとグリーンGの信号が、水平走査
信号H32に同期して端子S3と84からキャパシタC
83とC34に保持されていたシアンcyとホワイトW
の信号が出力される。以下、上記水平走査動作に同期し
て同様な順序で各カラー画素信号がそれぞれ独立して出
力される。
ここで、端子R3から供給されるタイミングパルスによ
りリセットMO3FETQI、Q4がオン状態にされた
後に、第4図のタイミング図に示すように、垂直シフト
レジスタからのパルスVL1を端子R3から供給される
タイミングパルスに先立ちロウレベルに変化させる。こ
れにより水平ゲート線HGIIはハイレベルを保持する
ことになる。このように水平ゲート線HGIIをハイレ
ベルに保持させることにより、リセットMO3FETQ
1.Q4はオン状態を維持するものとなる。
りリセットMO3FETQI、Q4がオン状態にされた
後に、第4図のタイミング図に示すように、垂直シフト
レジスタからのパルスVL1を端子R3から供給される
タイミングパルスに先立ちロウレベルに変化させる。こ
れにより水平ゲート線HGIIはハイレベルを保持する
ことになる。このように水平ゲート線HGIIをハイレ
ベルに保持させることにより、リセットMO3FETQ
1.Q4はオン状態を維持するものとなる。
言い換えるならば、水平ゲート線HGIIがロウレベル
になり、リセットMO3FETQ1.Q4がオン状態か
らオフ状態に切り換えられるまでは、それに対応したフ
ォトダイオードD1.D2の電圧はにはプリチャージ電
圧VPDにより固定され、信号蓄積が行われないことな
る。
になり、リセットMO3FETQ1.Q4がオン状態か
らオフ状態に切り換えられるまでは、それに対応したフ
ォトダイオードD1.D2の電圧はにはプリチャージ電
圧VPDにより固定され、信号蓄積が行われないことな
る。
フォトダイオードの蓄積時間の開始は、E/E(感度制
御用)垂直シフトレジスタがらのパルスVELIによっ
て決められる。つまり、E/E垂直レジスタの動作によ
り、水平ゲート線HG11に対応したパルスVELIが
ハイレベルにされると、MOS F ETQ 9がオン
状態になり、タイミングパルスvDlがMO3FETQ
7のゲートに供給される。MO3FETQ7のソース電
位を回路の接地電位のようなロウレベルに固定して置く
ことによす、水平ゲート線HGIIのハイレベルに保持
されていた電位が接地電位のようなロウレベルに落とさ
れる。この水平ゲート線HGIIのロウレベルへの変化
に応じて、リセットMO3FETQI、Q4がオフ状態
となり、フォトダイオードD1.D2が信号蓄積動作を
開始することになる。
御用)垂直シフトレジスタがらのパルスVELIによっ
て決められる。つまり、E/E垂直レジスタの動作によ
り、水平ゲート線HG11に対応したパルスVELIが
ハイレベルにされると、MOS F ETQ 9がオン
状態になり、タイミングパルスvDlがMO3FETQ
7のゲートに供給される。MO3FETQ7のソース電
位を回路の接地電位のようなロウレベルに固定して置く
ことによす、水平ゲート線HGIIのハイレベルに保持
されていた電位が接地電位のようなロウレベルに落とさ
れる。この水平ゲート線HGIIのロウレベルへの変化
に応じて、リセットMO3FETQI、Q4がオフ状態
となり、フォトダイオードD1.D2が信号蓄積動作を
開始することになる。
上記E/E垂直シフトレジスタからの出力パルスVEL
I、VEL2等のタイミングを制御することにより、任
意の信号蓄積時間を設定することが可能になる。すなわ
ち、上記垂直シフトレジスタによる読み出し走査動作に
先行して、上記E/E垂直シフトレジスタの走査動作を
行わせる。すなわち、上記E/E垂直シフトレジスタが
垂直シフトレジスタに対してN行分先行して走査動作(
シフト動作)を行うときには、上記N行分のシフト動作
に対応した時間がフォトダイオードの信号蓄積時間にな
るものである。
I、VEL2等のタイミングを制御することにより、任
意の信号蓄積時間を設定することが可能になる。すなわ
ち、上記垂直シフトレジスタによる読み出し走査動作に
先行して、上記E/E垂直シフトレジスタの走査動作を
行わせる。すなわち、上記E/E垂直シフトレジスタが
垂直シフトレジスタに対してN行分先行して走査動作(
シフト動作)を行うときには、上記N行分のシフト動作
に対応した時間がフォトダイオードの信号蓄積時間にな
るものである。
上記のような感度制御動作、言い換えるならば、実質的
な信号蓄積時間制御動作のための不要電荷の掃き出しに
おいて、フォトダイオードがプリチャージ電位に固定さ
れることにより行われるものである。このため、この実
施例による信号蓄積時間制御動作においては、従来のよ
うに全フォトダイオードの不要電荷をいっせいに掃き出
すことに伴う過大電流によるノイズの発生を防止するこ
とができる。
な信号蓄積時間制御動作のための不要電荷の掃き出しに
おいて、フォトダイオードがプリチャージ電位に固定さ
れることにより行われるものである。このため、この実
施例による信号蓄積時間制御動作においては、従来のよ
うに全フォトダイオードの不要電荷をいっせいに掃き出
すことに伴う過大電流によるノイズの発生を防止するこ
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)−次元又は二次元状に配置された光ダイオードの
リセットして蓄積信号を外部に取り出すためのスイッチ
MO3FETをオン状態に維持して所定の電位に保持し
つづけ、有効蓄積期間に入ると感度制御用の選択回路に
より上記リセット用のスイッチMO3FETをオフ状態
にして光ダイオードの信号蓄積を開始させる。この構成
により、不要電荷の蓄積が行われないから不要電荷掃き
出しに伴う映像信号の劣化を防止できるという効果が得
られる。
る。すなわち、 (1)−次元又は二次元状に配置された光ダイオードの
リセットして蓄積信号を外部に取り出すためのスイッチ
MO3FETをオン状態に維持して所定の電位に保持し
つづけ、有効蓄積期間に入ると感度制御用の選択回路に
より上記リセット用のスイッチMO3FETをオフ状態
にして光ダイオードの信号蓄積を開始させる。この構成
により、不要電荷の蓄積が行われないから不要電荷掃き
出しに伴う映像信号の劣化を防止できるという効果が得
られる。
(2)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
ングにおいて第1のキャパシタに伝え、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と共に第
1のキャパシタに予めリセットされた第2のキャパシタ
を直接接続して第2のキャパシタから画素信号を得るこ
とにより、読み出し信号にはプリチャージMOS F
ETや増幅MO5FETの素子特性のバラツキによる画
質低下が生じないから上記(11の感度可変機能を付加
しつつ、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。
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
ングにおいて第1のキャパシタに伝え、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と共に第
1のキャパシタに予めリセットされた第2のキャパシタ
を直接接続して第2のキャパシタから画素信号を得るこ
とにより、読み出し信号にはプリチャージMOS F
ETや増幅MO5FETの素子特性のバラツキによる画
質低下が生じないから上記(11の感度可変機能を付加
しつつ、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。
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、スイッチMO3FETQ9〜Q12に容
量CBI〜CB4を付加したが、これは各MOS F
ETのゲート電圧を昇圧するためのブートストラップ容
量である。そのため、この容量を省略することものであ
ってもよい。また、MOS F ETはJFETやBJ
T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、スイッチMO3FETQ9〜Q12に容
量CBI〜CB4を付加したが、これは各MOS F
ETのゲート電圧を昇圧するためのブートストラップ容
量である。そのため、この容量を省略することものであ
ってもよい。また、MOS F ETはJFETやBJ
T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。
画素セルとしては、前記実施例のように個々の画素セル
に増幅素子を設けた画素増幅型のものの他、スイッチM
O3FET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とが構成されるMO3型
固体撮像素子に用いられるものであってもよい。前記実
施例ではカラー撮像素子を例にして説明したが、モノク
ロ撮像素子として利用するものであってもよい。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。
に増幅素子を設けた画素増幅型のものの他、スイッチM
O3FET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とが構成されるMO3型
固体撮像素子に用いられるものであってもよい。前記実
施例ではカラー撮像素子を例にして説明したが、モノク
ロ撮像素子として利用するものであってもよい。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。
この発明は、固体撮像素子として広く利用できるもので
ある。
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、−次元又は二次元状に配置された光ダイオ
ードのりセントして蓄積信号を外部に取り出すためのス
イッチMO3FETをオン状態に維持し一ζ所定の電位
に保持しつづけ、有効蓄積期間に入ると感度制御用の選
択回路により上記リセット用のスイッチMOS F E
Tをオフ状態にして光ダイオードの信号蓄積を開始させ
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、−次元又は二次元状に配置された光ダイオ
ードのりセントして蓄積信号を外部に取り出すためのス
イッチMO3FETをオン状態に維持し一ζ所定の電位
に保持しつづけ、有効蓄積期間に入ると感度制御用の選
択回路により上記リセット用のスイッチMOS F E
Tをオフ状態にして光ダイオードの信号蓄積を開始させ
る。
この構成により、不要電荷の蓄積が行われないから不要
電荷掃き出しに伴う映像信号の劣化を防止できる。
電荷掃き出しに伴う映像信号の劣化を防止できる。
第1図は、この発明が適用された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、カラー画像信号の読み出し動作の一例を説明
するためのタイミング図である。
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、カラー画像信号の読み出し動作の一例を説明
するためのタイミング図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、一次元又は二次元状に配置された光ダイオードアレ
イからなる受光部と、上記光ダイオードの蓄積信号を外
部に取り出すための走査回路と、上記光ダイオードの実
質的な信号蓄積時間を制御する感度制御回路と、上記感
度制御回路により決定される光ダイオードの不要電荷蓄
積期間中光ダイオード電位を所定の電位に固定するバイ
アス回路とを備えてなることを特徴とする固体撮像素子
。 2、上記光ダイオードの蓄積信号を外部に取り出す信号
経路は、スイッチMOSFETを含むものであることを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の固体撮像素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1257597A JPH03119873A (ja) | 1989-10-02 | 1989-10-02 | 固体撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1257597A JPH03119873A (ja) | 1989-10-02 | 1989-10-02 | 固体撮像素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03119873A true JPH03119873A (ja) | 1991-05-22 |
Family
ID=17308481
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1257597A Pending JPH03119873A (ja) | 1989-10-02 | 1989-10-02 | 固体撮像素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03119873A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011072028A (ja) * | 2010-12-09 | 2011-04-07 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | イメージセンサ、及び電子機器 |
-
1989
- 1989-10-02 JP JP1257597A patent/JPH03119873A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011072028A (ja) * | 2010-12-09 | 2011-04-07 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | イメージセンサ、及び電子機器 |
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