JPH0486166A - 固体撮像装置 - 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、固体撮像装置に係わり、特に各画素の蓄積
時間及び耐プルーミング性が受光領域の画素位置に依存
せず一定になるようにした固体撮像装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

最近、増幅型受光素子を画素として用いた固体撮像装置
が提案されている。増幅型受光素子としては、例えば電
荷変調素子（Ｃｈａｒｇｅ　ＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＤｅ
ｖｉｃｅ　：以下ＣＭＤと略称する〕と呼ばれるものが
ある。このＣＭＤ受光素子は例えば、１９８６年に開催
されたＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　　Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎ　　ＤｅｖｉｃｅＭｅｅｔｉｎｇ　　（Ｉ　Ｅ　Ｄ　
Ｍ　）の予稿集のＰ　３５３〜３５６の“Ａ　ＮＥ縁Ｍ
ＯＳ　ＩＭＡＧＥ　５ＥＮＳＯＲ０ＰＥＲＡＴＩＮＧ　
ＩＮ　Ａ　Ｎ０Ｎ−ＤＥＳＴＲυＣＴＩＶＥ　Ｒ［！Ａ
ＤＯＵＴ　ｌｌ０ＤＥ”　と題する論文に詳細に説明さ
れている。

次にがかるＣＭＤ受光素子を画素として用いた固体撮像
装置の構成例を第４図に示す、各画素を構成するＣＭＤ
５１−１１．５１−１２．・−−−・５１−ｍｎをマト
リックス状に配列し、その各ドレインには共通にビデオ
電圧■。（〉０）を印加する。χ方向に配列された各行
のＣＭＤ群のゲートｉ子は行ライン５２１　５２−２．
・・・・・５２１にそれぞれ接続し、Ｙ方向に配列され
た各列のＣＭＤ群のソース端子は列ライン５３．．１．
５３−２．・・、・・５３−ｎにそれぞれ接続する。列
ライン５３−１．５３−２．・・・・、５３−ｒｉは、
それぞれ列選択用トランジスタ５４−１．５４−２．・
・・・・５４−ｎ、及び反選択用トランジスタ５５−１
．５５−２．・・・・・５５　ｎを介して、ビデオライ
ン５６及びＧＮＤに接地されたライン５７にそれぞれ共
通に接続する。ビデオライン５６は入力が仮想接地され
た電流−電圧変換型のプリアンプ５８に接続され、プリ
アンプ５８の出力＃Ａ５９には介、極性の映像信号が時
系列で読み出されるようになっている。

また、行ライン５２−１．５２−２．・・・・・５２−
１は垂直走査回路６０に接続して、それぞれ信号φ。１
．φＧ□、・・、φ０を印加し、列選択用トランジスタ
５４−１゜５４−２．・・・・・５４−ｎ、及び反選択
用トランジスタ５５−１５５−２．・、・・５５−ｎの
ゲーＢｔｉ子は水平走査回路６１に接続して、それぞれ
信号φ３１．　　φＳ２＋・・・・・φｓ、Ｉ及び各々
の反転信号を印加するように構成されている。なお、各
ＣＭＤは同一基板上に形成され、その基板には電圧Ｖ’
１１□（〈０）を印加するようになっている。

第５図は、第４図に示した構成の固体撮像装置の動作を
説明するための信号波形図である。行ライン５２４．５
２−２．・・・、・５２１に印加する信号φ、１φ５１
．・・・・、φ。、は、読み出しゲート電圧ＶＩＤとリ
セット電圧ｖ、５．オーバーフロー電圧Ｖ。７．蓄積電
圧ＶＩＮ工よりなり、非選択行においては水平帰線期間
１．．１中は■。１、水平映像有効期間ｔ８中はＶＩＮ
？となり、選択行においては水平映像有効期間ｔ０中は
■、。、それに引き続く水平帰線期間ｔＩｌ−中は■１
となる。また、列選択用トランジスタ５４１　５４−２
．・・・・・５４−ｎのゲート端子に印加する信号φ、
１．φ３ｔ＋　”　”　’φ８．は列ライン５３−１．
５３−２．・・・・・５３−ｎを選択するための信号で
、その低レベルは列選択用トランジスタ５４−１．５４
−２．・・・・・５４−ｎをオフ、反選択用トランジス
タ５５−１．５５−２．・１．・・５５−ｎをオンとし
、その高レベルは列選択用トランジスタをオン、反選択
用トランジスタをオフとする電圧値になるように設定さ
れている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記構成の固体撮像装置においては、次
のような問題点がある。その第１は、同一行にある画素
は全て同時にリセフトされるが、一方、信号の読み出し
は順次走査で行われるため、受光面の左側に位置する画
素と右側に位置する画素では、積分時間が異なってくる
ことである。この積分時間の差は、高速の素子シャンタ
ーを実現する上で大きな障害となる。

また第２の問題点としては、耐ブルーミング性の向上の
ためのオーバーフロー動作が水平帰線期間中に一斉に行
われるのに対し、信号の読み出しは上記のように順次走
査で行われるため、受光面上の画素の位置により、オー
バーフロー動作終了後、画素からの信号を読み出すまで
の露光量が異なってしまい、その結果画素の水平位置に
より耐ブルーミング性が異なってくることである。

本発明は、従来の増幅型受光素子を用いた固体撮像装置
における上記問題点を解決するためになされたものであ
り、各画素の積分時間及び耐ブルーミング性が、受光領
域の画素位置に依存ゼず一定となるような固体撮像装置
を擾供することを目的とする。

［課題を解決するための手段及び作用］上記問題点を解
決するため、本発明は、増幅型受光素子を画素とし該画
素をマトリックス状に配置して、水平及び垂直走査回路
により映像信号電流を出力するようにした固体撮像装置
において、前記映像信号電流を、列方向に配列された各
画素の出力端子を共通に接続した各列ライン毎に同時に
記憶する手段を設け、前記記憶手段に列ライン毎に同時
に記憶された映像信号電流を順次出力させるように構成
するものである。

このように構成した固体撮像装置においては、記憶手段
に映像信号電流を各列ライン毎に同時に記憶させ、該記
憶手段より順次出力させることにより、マトリックス状
に配置した全ての画素の蓄積時間及び耐ブルーミング性
が均一化される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図は、本発明による固体撮像装置の実施例の回路構成図
である。この実施例では、説明を簡単にするため、３行
３列のマトリックス構成のものを示している。　各画素
を構成するＣＭＤ　１１１、　１−１２．・・・・１−
３３をマトリックス状に配列し、その各ドレイン端子に
は共通にビデオ電圧Ｖｏｏ（〉０）を印加している。Ｘ
方向に配列された各行のＣＭＤ群のゲート端子は行ライ
ン２−１．　２−２゜２−３にそれぞれ接続され、Ｙ方
向に配列された各列のＣＭＤ群のソース端子は列ライン
３−１．　３−２３−３にそれぞれ接続されている。

列ライン３〜１．３−２．３−３は、それぞれリセット
用スイッチトランジスタ（Ｎ−ＭＯＳトランジスタ）４
−１．４−２．４−３及びサンプル用スイッチトランジ
スタ（Ｎ−ＭＯＳトランジスタ）５−１．　５２．５−
３を介して、ＧＮＤに接地されたリセットライン１５及
び電流記憶回路６−１．６−２．６−３の各入力端子７
−１．７−２．７−３に接続されている。スイッチトラ
ンジスタ４−１．４−２．４−３及び５−１゜５−２．
５−３のゲート端子は、それぞれ制御信号線１４及び１
Ｇに接続されて、それぞれ制御信号φ、Ｎ７！φ。丁、
が印加されるようになっている。また電流記憶回路６−
１．６−２．６−３の各制御入力端子には、制御信号線
１７が接続されて、制御信号φＨＥＮが印加されるよう
になっている。

電流記憶回路６−１．６−２．６−３の各出力端子８１
　８−２　８−３は、それぞれ選択用トランジスタ（Ｎ
−ＭＯＳ）ランジスタ）９−Ｌ　　９−２．９−３及び
非選択用トランジスタ（Ｎ−ＭＯＳトランジスタ）１０
−１．１０−２．１０−３を介して、ビデオライン２０
及び電圧■、に固定された非選択用ライン２１にそれぞ
れ共通に接続されている。ビデオライン２０は、入力が
Ｖ＾に仮想接続された電流−電圧変換型のプリアンプ２
２に接続され、映像信号が時系列で読み出されるように
なっている。電流記憶回路６−１６−２．６−３は、制
御信号線１７に印加される制御信号φ、Ｅイの電位によ
り、電流記憶・保持動作を行うように構成されている。

また、行ライン２−１．２−２．２−３は垂直走査回路
１８に接続して、それぞれ信号φ、１．φ、２．φ、。

を印加し、選択用トランジスタ９−１．　９−２．　９
−３及び非選択用トランジスタ１０−１．１０−２．１
０−３のゲート端子は、信号１ｆ！１１−１．１１−２
．１１−３ヲ介Ｌ７水平走査回路１９に接続して、それ
ぞれ信号φ１．φ、２φｓ３及び各々の反転信号１２−
１．１２−２．１２−３と制御信号線１６の制御信号φ
。Ｔ１とのＡＮＤ出力１３−１．１３−２．１３−３を
印加するように構成されている。なお、各ＣＭＤは同一
基板上に形成され、その基板には電圧Ｖｓｏｉ（＜Ｏ）
を印加するようになっている。

第２図は、第１図に示した構成の固体撮像装置の動作を
説明するためのタイミングチャートで、ＨＢＬＡＮＫは
水平ブランキング信号である。行ライン２−１．２−２
．２−３に印加する信号φ、１．φ、。

φ６．は、読み出し電圧ＶＩＤＩ　　リセット電圧■ｌ
　Ｓ　＋オーバーフロー電圧■。、及び蓄積電圧ＶＩＮ
Ｔとで構成されている。そして、非選択行においては、
水平帰線期間中はＶＩＮ？％水平映像期間中は■。。

となる、一方、選択行においては、水平帰線期間中は■
。が与えられた後■。の電位が与えられ、水平映像期間
中は■。、となるように設定されている。

次に動作について説明する。水平帰線期間の読み出し期
間に入ると制御信号線１４（φＣＷ？□）及び１６（φ
ＣＩＩＴＩ）がそれぞれ低レベル及び高レベルとなり、
ＣＭＤのソース端子と電流記憶回路６−１．　６−２゜
６−３の各入力端子７−１．７−２．７−３が接続され
る。

行ラインには、選択行は■。、非選択行はＶｌｌｒが印
加され、選択された行の各ＣＭＤのソース電流が各電流
記憶回路６−１．６−２．６−３に一斉に入力される。

そして、制御信号線１７（φＭｉｌｌ）が−旦高レベル
になってから低レベルになることにより、各電流記憶回
路６−１．６，２．６−３にソース電流が記憶される。

その後、制御信号線１４（φ、Ｎ□）及び１６（φＣＮ
ＴＩ）をそれぞれ高レベル及び低レベルとし、選択行の
行ラインに■□を印加することにより、選択行の各ＣＭ
Ｄを同時にをリセットする。各列ライン毎に記憶された
電流は、引き続く水平映像期間中に、水平走査回路１９
からの制御信号φ、。

φ３２．φｓｓにより、ビデオライン２０に順次読み出
され、プリンアンプ２２の出力端子２３より出力される
。このとき、各行ラインにはＶ。、が印加される。

このように、各行ラインに接続されている各画素のリセ
ット、読み出し、オーバーフローの各動作は同時に一斉
に行われるため、各画素の蓄積時間は同一となり、また
耐ブルーミング性も均一となり、高品質の映像信号が得
られる。

次に、Ｆ記実施例で用いた各電流記憶回路の構成例を第
３図に示す。この回路は、Ｓ、　Ｊ、　ＤＡＵＢＥＲＴ
等によりＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ５ＬＥＴＴＢＲ５８ｔｈ
　　Ｄｅｃｅｍｂｅｒ１９８８　Ｖｏｌ　２４　Ｎｏ、
２５　ｐ１５６０〜ｐ１５６２に°ＣＩＩＲＲＥＮＴＣ
ＯＰＩＥＲＣＥＬＬＳ“と題する論文で発表されている
ものである。図において、破線内の回路が第１図の電流
記憶回路６−１．６−２．６−３に、スイッチトランジ
スタ１００及び１０１が第１回のスイッチトランジスタ
５−１．５−２．５−３及び９−１．９−２．９−３に
それぞれ対応する。また、スイッチトランジスタ１０４
のゲート入力信号線１０７は、第１図の制御信号線１７
に対応する。

次に、動作について説明する。まず、スイッチトランジ
スタ１０４及び１００をオン、１０１をオフの状態にし
て、記憶させる電流１　ｒｏｔを入力端１０５より流す
。このとき、ＭＯＳ　トランジスタ１０２のゲート端子
には、Ｉ　ｒｅｆに応した電位が現れ、キャパシタ１０
３を充電する。この状態でスイッチトランジスタ１０４
をオフすれば、ＭＯＳトランジスタ１０２のゲート電位
はＩ　ｒａｆを流し込むだけの電位に固定される。しま
たがって、その後スイッチトランジスタ１００をオフ、
１０１をオンとすれば、トランジスタ１０１を介して出
力端１０９からｌ　ｒｅｆ　と等しい電流Ｉ　ＣＯｐ？
を吸い込むことができる。

なお上記実施例では、画素としてＣＭＤを用いたものを
示したが、本発明は、静Ｉ！誘導トランジスタ（Ｓｔａ
ｔｉｃ　Ｉｒ１ｄｕｃｔｉｏｎ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ
　：　Ｓ　Ｉ　Ｔと略称されている）を画素として用い
た固体撮像装置にも適用することが可能である。

（発明の効果） 以上実施例に基づいて説明したように、本発明によれば
、映像信号電流を各列ライン毎に同時に記憶する手段を
設け、記憶された映像信号電流を各列ライン毎に順次出
力させるように構成したので、各画素の蓄積時間及び耐
ブルーミング性が受光領域の画素位置に依存せず一定と
なり、高品質の映像信号を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係わる固体撮像装置の一実施例を示
す回路構成図、第２図は、その動作を説明するための信
号波形図、第３０は、第１図における電流記憶回路の構
成例を示す図、第４図は、ＣＭＤを用いた従来の固体撮
像装置の一例を示す回路構成図、第５図は、その動作を
説明するための信号波形図である。 図において、１−１ｆ　　Ｉ〜１２．・・・・１−３３
は画素を構成するＣＭＤ、２−１．２−２．２−３は行
ライン、３−１．３−２．３−３は列ライン、４−１．
　４−２．　４−３はリセット用スイッチトランジスタ
、５−１．　５−２５−３はサンプル用スイッチトラン
ジスタ、６−１６−２．６−３は電流記憶回路、９−１
．９−２．９−３は選択用トランジスタ、１０−１．１
０−２．１０−３は非選択用トランジスタ、１４．１６
．１７は制御信号線、１５はリセットライン、１８は垂
直走査回路、１９は水平走査回路、２０はビデオライン
、２１は非選択用ライン、２２は電流−電圧変換型プリ
アンプを示す。 特許出願人　オリンパス光学工業株式会社代理人弁理士
　　最　　上　　健　　治−１；モづ・　ｊ：ノ ＼、、−１ 〜 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、増幅型受光素子を画素とし該画素をマトリックス状
   に配置して、水平及び垂直各走査回路により映像信号電
   流を出力するようにした固体撮像装置において、前記映
   像信号電流を、列方向に配列された各画素の出力端子を
   共通に接続した各列ライン毎に同時に記憶する手段を設
   け、前記記憶手段に列ライン毎に同時に記憶された映像
   信号電流を順次出力させるように構成したことを特徴と
   する固体撮像装置。 ２、上記増幅型受光素子は、電荷変調素子であることを
   特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。