JPH04877A - 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、電荷変調素子（Ｃｈａｒｇｅ　Ｍｏｄｕｌ
ａｔｉｏｎＤｅｖｉｃｅ　：以下ＣＭＤと略称する）を
画素として用いた固体撮像装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、ＭＩＳ型受光受光積部を有し、且つ内部増幅機能
を有する受光素子の一つとしてＣＭＤが知られている。

このＣＭＤは、半導体層の表面に、該表面と平行にソー
ス・ドレイン電流が流れるようにソース領域及びドレイ
ン領域を形成し、該ソース・ドレイン領域間の半導体層
の表面に絶縁層を介してゲート電極を設けて構成されて
いる。

かかるＣＭＤを画素として用い、これをマトリクス状に
配列してなる固体撮像装置が提案されている。この固体
撮像装置における画素選択方式には、ドレイン・ゲート
選択方式、ソース・ゲート選択方式及びソース・ドレイ
ン選択方式の３つの選択方式があり、そのうちソース・
ゲート選択方式がアレイ面積の縮小化の点で最も有望と
されている。

ソース・ゲート選択方式を用いてソースフォロワ−読み
出し構成としたＣＭＤ固体撮像装置に関しては、例えば
特開昭６１−１３６３８８号、特開昭６１−２４５６７
７号において本件発明者らにより提案がなされており、
次にその構成について説明を行う。

第４図は、上記提案された固体撮像装置を示す回路構成
図である。各画素を構成するＣＭＤＩｌｌｌ、　１１−
１２．・・・・・１１−ｎはマトリクス状に配列し、そ
の各ドレインには共通にビデオ電圧Ｖａｎ（＞０）を印
加する。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１２−Ｌ　１２−２．・・・・・１２−
にそれぞれ接続し、Ｙ方向に配列されたＣＭＤ群のソー
ス端子は、列ライン１３−１．１３−２．・・・・・１
３−ｎにそれぞれ接続する０列ライン１３−１．１３−
２．・・・・・１３−ｎは、それぞれ列選択用トランジ
スタ１４−１．１４２、・・・・・１４−ｎ及び反選択
用トランジスタ１５−１．１５−２．・・・・・１５−
ｎを介して、ビデオライン１６及び電圧■（≧０）が印
加されたライン１７にそれぞれ共通に接続する。ビデオ
ライン１６は負荷抵抗１８を介して接地し、その負荷抵
抗１８とビデオライン１６との接続点から出力端子１９
を経て信号を読み出すようにしている。

また、行ライン１２−１．１２−２．・・・・・１２−
は垂直走査回路２０に接続して、それぞれ信号φ。１．
φ０゜・・・・・・φＧ、を印加し、列選択用トランジ
スタ１４−１゜１４−２．・・・・・１４−ｎ及び反選
択用トランジスタ１５−１゜１５−２．・・・・・１５
−ｎのゲート端子は、水平走査回路２１に接続して、そ
れぞれ水平走査信号φ３８．φ、。

、・・・・・φ３７及び各々の反転信号を印加する。な
お、各ＣＭＤは同一基板上に形成し、その基板には基板
電圧Ｖ−ｂ＋（＜Ｏ）を印加する。

第５図は、第４図に示す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０行ライン１２−１゜１２−２
．・・・・・１２−一に印加する行選択ゲート印加信号
φモ！、−Ｇｚ、・・・・・φ軸は、小さい振幅の読み
出しゲート電圧Ｖ　ｓｒと、それより大きい振幅のリセ
ット電圧Ｖｍよりなり、一つの行ラインの走査期間１．
０間は■、Ｆ、次の行ラインの水平走査に移るまでの水
平ブランキング期間ｔｌＬは■ヨの値になるように設定
されている。更に水平ブランキング期間ｔｌＬにおいて
、読み出し行ライン以外の行ラインにば、偽信号抑圧の
ためＶｌ、、の近傍の電圧を印加し、読み出し時に不必
要な正孔を基板に掃き出すようにしている。（特開昭６
１−１３６３８８号参照） また、列選択用トランジスタ１４−１．１４−２．・・
・・・１４−ｎのゲート端子に印加する水平走査信号φ
３．。

φ３！、・・・・・φｈは、列ライン１３−１．１３−
２．・・・・・１３ｎを選択するための信号で、低レベ
ルは列選択用トランジスタ１４−１．１４−２．・・・
・・１４−ｎをオフ、反選択用トランジスタ１５−１．
１５−２．・・・・・１５−ｎをオン、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
する電圧便になるように設定する。なお、第５図に示す
信号波形図はライン１７に印加する電圧Ｖが０ボルトの
とき、すなわちライン１７を接地したときのもので、ｖ
＞ｏのときは信号φ幻、φ■、・・・・・φ・、の波形
において、リセット電圧■、は正の方に大きくする。

次にこのように構成されている固体撮像装置の動作につ
いて説明する。垂直走査回路２ｏの作動により、信号φ
Ｇ＋が読み出しゲート電圧Ｖ　ｅｒになると、行うイｙ
１２−１ニ接続サレタＣＭＤＩＩ−１１，１１１２、・
・・・・・１ｌ−Ｉｎが選択され、水平走査回路２１よ
り出力される信号φｊｌ＋　　φｓｔ、・・・・・φｈ
により、列選択用トランジスタ１４−１．１４−２．・
・・・・１４−ｎがｊｌ［次オンすると、ＣＭＤＩＩ−
１１，１１−１２，−−−・・・１ｌ−１ｎの光蓄積信
号がビデオライン１６を経て出力端子１９がら順次出力
される。続いて、このＣＭＤ群は、信号φＧ１がリセッ
ト電圧ｖ詭になった時に一斉にリセットされる０次いで
、信号φ。がｖｌ、となると、行ライン１２−２に接続
されたＣ　Ｍ　Ｄ　１１−１１．１１−１２゜、・・・
・１ｌ−２ｎが選択され、信号φｓＩ、φｓ寞、・・・
・・φ３゜により、ＣＭＤＩＩ−１１，１１−１２，・
・−・・・１ｌ−２ｎの光蓄積信号が順次読み出され、
続いて一斉にリセットされる。以下同様にして順次各画
素の信号が読み出され、１フイールドのビデオ信号が得
られるようになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のＣＭＤ固体撮像装置によれば、水平ブランキング
期間ｔｓｔにおいて、読み出し動作を行った行の行ライ
ンにはリセット電圧ｖｌが印加され、その他の行の行ラ
インには、読み出しゲート電圧■１．付近のオーバーフ
ロー電圧が印加される。

その結果、水平ブランキング期間ｔｌＬは、少なくとも
全画素において読み出し時に流れるソース電流が流れる
ことになり、ＣＭＤ固体撮像装置の消費電力の増大を招
く結果となっていた。

本発明は、上記従来のＣＭＤを画素として用いた固体撮
像装置における上記問題点を解消するためなされたもの
で、水平ブランキング期間における消費電流を低減でき
るようにした固体撮像装置を提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、ＣＭＤを多数マトリクス状に配
列したアレイと、該アレイの各ＣＭＤをソース・ゲート
選択方式により順次選択して出力信号を読み出す走査手
段とを備えた固体撮像装置において、前記走査手段は、
水平ブランキング期間中に、読み出された直後の行選択
ゲート印加電位を正のリセットゲート電位にし、その他
の行選択ゲート印加電位を、負の蓄積ゲート電位以上で
負の読み出しゲート電位未満になるように構成し、且つ
水平ブランキング期間中に印加基板電位を、読み出し時
の印加基板電位より負側に大きい電位とする手段を設け
るものである。

第１図は、画素ＣＭＤの暗時ソース電流−ゲート電圧特
性（Ｉｓ　　Ｖｇ特性）を、基板電位をパラメータとし
て表したもので、縦軸はソース電流■。

の対敵（ｌｏｇ　Ｉ　ｓ）、横軸はゲート電圧■。とじ
、曲線ａは基板電位■、□を印加した場合の特性、曲線
すはＶ　ｓｕｍより低い基板電位■。、′を印加した場
合の特性を示している。なお横軸において、ｖｌＩ＋　
　Ｌｌは、それぞれ蓄積時及び読み出し時のゲート電圧
を表している。この第１図かられかるように、ゲート電
圧がＶ　ｓｒの場合、基板電位が負に大きくなるにつれ
て、ソース電流が減少することがわかる。

したがって、本発明において、走査手段を上記のように
構成し、基板電位切換印加手段を設けることにより、リ
セット動作及びオーバーフロー動作を行う水平ブランキ
ング期間内にＣＭＤに流れるソース電流は小さくなり、
消費電流を低減することが可能となる。

〔実施例〕

次に実施例について説明する０本発明に係る固体撮像装
置の回路構成図は、第４図に示した従来のものと同一で
あり、その駆動波形を異にするのみであるから、回路構
成図については省略し、駆動波形についてのみ説明する
。

第１図は、本発明の第１実施例における駆動波形を示す
図である。φ６３．φｆｔ　！　＋　　φＧ３及びφ、
ｌ。

φ、８．φ８．は従来のものと同一の行選択ゲート印加
信号及び水平選択信号であり、■１．．は基板電位の印
加パルス列を示しており、画素ＣＭＤの読み出し期間（
ｔ　Ｎ）中はＶ□１、水平ブランキング期間（ｔ　ｍｔ
）中はＶ□、が基板に印加されるようになっている。な
おここで■、。、〉■□、の関係に設定されている。

このような駆動信号が印加される場合、水平ブランキン
グ期間（ｔ　ｍｔ）においては、読み出し動作を行った
行の行ラインにはリセット電圧ｖＩＩが印加され、その
他の行ラインには、従来例と同様に、読み出しゲート電
圧Ｖ　ｅｒ近傍の電圧が印加される。

しかしながら同一の読み出しゲート電圧■、１近傍の電
圧が印加されても、基板には、基板印加パルス列Ｖ　ｓ
ｕｂに示すように、水平ブランキング期間（ｔ　ａｔ）
には読み出し時の基板電位Ｖ　ｓｗｂｌより低い、すな
わち負の方向に大きな電位Ｖ□、が印加される、これに
より水平ブランキング期間に流れるソース電流は小さく
なり、したがって消費電流を低減することができる。

第３図は、第２実施例の駆動信号波形を示す図である。

φＧ１．　　φ１．φ。、はＣＭＤアレイの行選択ゲー
ト印加信号であり従来例及び第１実施例と比べて、リセ
ット動作を行う行については同様であるが、その他の行
の水平ブランキング期間（ｔ■Ｌ）における印加ゲート
電圧は、蓄積ゲート電位となっている。オーバーフロー
動作の補助のために水平ブランキング期間のゲート電圧
■、は、■１．≦■。

〈■、、の範囲としてよいが、この実施例では上記のよ
うにＶ、−Ｖ、、に設定している。

φ１１＋　　φ３雪、φ、３はソース選択のための水平
走査信号であり、従来例及び第１実施例と同一のもので
ある＊Ｖ＊＊ｂは基板電位の印加パルス列であり、画素
ＣＭＤの読み出し期間（１ｇ）中はＶ　＠ｍｂｌで、水
平ブランキング期間（Ｌ　ｍＬ）内には、第１実施例に
おける■□□よりも更に負に大きい電位７口ｈｔ″とな
っている。

第２実施例においては、上記のように、基板電位■、□
を水平ブランキング期間中に、第１実施例よりも更に負
側に大きくすることによって、ＣＭＤ表面に蓄積された
不要な正孔を基板側にオーバーフローさせる。このよう
に水平ブランキング期間中に印加する基板電位を更に負
側に大きくすることにより、水平ブランキング期間に、
読み出し行以外の行のゲート電圧■、をＶ　ｓｒより低
く設定できるため（この実施例ではＶ＊＝Ｖｅ−）、従
来例に比べ、大幅な消費電流の低減が達成可能となる。

上記各実施例では、Ｎチャネルデバイスを例として説明
を行ったが、極性を変えることにより、Ｐチャネルデバ
イスにも当てはめることができる。

〔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
、蓄積電荷のリセット動作及び過剰に蓄積された電荷の
オーバーフロー動作を行う際に流れる電流が低減される
ため、従来の固体撮像装置に比べて低消費電力化が図れ
るのみならず、最適な蓄積電荷のリセット動作及び過剰
に蓄積された電荷のオーバーフロー動作が行われる固体
撮像装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、画素ＣＭＤの暗時ソース電流−ゲート電圧特
性を示す図、第２ｒｊ！Ｊは、本発明に孫る固体撮像装
置の第１実施例における駆動信号波形を示す図、第３図
は、第２実施例における駆動信号波形を示す図、第４図
は、ＣＭＤを画素として用いた固体撮像装置の構成例を
示す回路構゛成図、第５図は、第４図に示した固体撮像
装置を動作させるための駆動信号波形を示す図である。 図において、１１−１１．１１−１２．・−＝−１１−
＊ｎは画素ＣＭＤ、　１２−１．１２−２．・・・・・
１２−ｍは行ライン、１．３−１゜１３−２．、、、、
．１３−ｎは列ライン、１４−１．１４−２．・−・・
−１４−ｎは列選択用トランジスタ、１５−１．１５−
２．・・・・・１５−ｎは反選択用トランジスタ、１６
はビデオライン、２０は垂直走査回路、２１は水平走査
回路を示す。 特許出願人　オリンパス光学工業株式会社第１図 第２図 第３図 Ｖｓｕｂ ““ｂ＋−７−’− ５ｕｂ２ 第４図 １−ｍｌ １−ｍＺ １−ｍｎ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体層の表面に、該表面と平行にソース・ドレイ
   ン電流が流れるようにソース領域及びドレイン領域を形
   成し、該ソース・ドレイン領域間の半導体層の表面に絶
   縁層を介してゲート電極を設けて構成した電荷変調素子
   を多数マトリクス状に配列したアレイと、該アレイの各
   素子をソース・ゲート選択方式により順次選択して出力
   信号を読み出す走査手段とを備えた固体撮像装置におい
   て、前記走査手段は、水平ブランキング期間中に、読み
   出された直後の行選択ゲート印加電位を正のリセットゲ
   ート電位にし、その他の行選択ゲート印加電位を、負の
   蓄積ゲート電位以上で負の読み出しゲート電位未満にな
   るように構成し、且つ水平ブランキング期間中に印加基
   板電位を、読み出し時の印加基板電位より負側に大きい
   電位とする手段を設けたことを特徴とする固体撮像装置
   。 ２、前記走査手段は、水平ブランキング期間中のその他
   の行選択ゲート印加電位を、読み出しゲート電位近傍に
   設定していることを特徴とする請求項１記載の固体撮像
   装置。 ３、前記走査手段は、水平ブランキング期間中のその他
   の行選択ゲート印加電位を、蓄積ゲート電位に設定して
   いることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。