JPH0556213A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPH0556213A JPH0556213A JP3215174A JP21517491A JPH0556213A JP H0556213 A JPH0556213 A JP H0556213A JP 3215174 A JP3215174 A JP 3215174A JP 21517491 A JP21517491 A JP 21517491A JP H0556213 A JPH0556213 A JP H0556213A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 感度，光電変換タイミングなどの改善。
【構成】 フォトダイオード１０Ａ〜１０Ｆは一直線状
に並べられ画素を構成する。隣には、ＭＯＳスイッチ１
１Ａ〜１１Ｆ，蓄積用容量素子１３Ａ〜１３Ｆ，ＭＯＳ
スイッチ１２Ａ〜１２Ｆが近接配置されている。ビデオ
ライン１５をかいして積分器部２０につながれている。
積分器部２０は蓄積用容量素子１３Ａ〜１３Ｆそれぞれ
の電圧を電圧増幅して信号後処理回路２１に出力し、信
号後処理回路２１は積分器の出力とリセット時のレベル
との差を増幅することでリセットノイズを相殺して出力
する。制御回路１８は、制御信号ｓｅｌＡ〜ｓｅｌＦ，
制御信号ｄａｔａ，積分器部２０及び信号後処理回路２
１への制御信号を出力し、この装置全体の動作を制御す
るものである。
に並べられ画素を構成する。隣には、ＭＯＳスイッチ１
１Ａ〜１１Ｆ，蓄積用容量素子１３Ａ〜１３Ｆ，ＭＯＳ
スイッチ１２Ａ〜１２Ｆが近接配置されている。ビデオ
ライン１５をかいして積分器部２０につながれている。
積分器部２０は蓄積用容量素子１３Ａ〜１３Ｆそれぞれ
の電圧を電圧増幅して信号後処理回路２１に出力し、信
号後処理回路２１は積分器の出力とリセット時のレベル
との差を増幅することでリセットノイズを相殺して出力
する。制御回路１８は、制御信号ｓｅｌＡ〜ｓｅｌＦ，
制御信号ｄａｔａ，積分器部２０及び信号後処理回路２
１への制御信号を出力し、この装置全体の動作を制御す
るものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複数の受光素子で構成
されたアレイを備えている固体撮像装置に関するもので
ある。
されたアレイを備えている固体撮像装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】固体撮像装置は、走査方式（電荷転送方
式）でＣＣＤ（チャージカップルドデバイス）タイプ
と、ＭＯＳイメージセンサタイプの２つに大別され、現
在のところ、Ｓ／Ｎ比が高いなどの利点により前者が主
流である。しかし、画素についてランダムアクセスする
ような場合など、用途によってはＭＯＳイメージセンサ
の方が有利なことがある。ＭＯＳイメージセンサの場
合、アレイ上の受光素子の選択に用いられるシフトレジ
スタをデコーダに置き換え、デコーダのアドレスライン
を外部から制御することにより、部分的な読み出しが可
能となる。
式）でＣＣＤ（チャージカップルドデバイス）タイプ
と、ＭＯＳイメージセンサタイプの２つに大別され、現
在のところ、Ｓ／Ｎ比が高いなどの利点により前者が主
流である。しかし、画素についてランダムアクセスする
ような場合など、用途によってはＭＯＳイメージセンサ
の方が有利なことがある。ＭＯＳイメージセンサの場
合、アレイ上の受光素子の選択に用いられるシフトレジ
スタをデコーダに置き換え、デコーダのアドレスライン
を外部から制御することにより、部分的な読み出しが可
能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のこの種
のＭＯＳイメージセンサは、フォトダイオードに蓄積さ
れた電荷を単にビデオラインに移しかえる方式であるた
め、光に対する感度が小さい。また、フォトダイオード
の電荷は、それぞれ読み出される毎にリセットされ、そ
こから次に読み出されるまでが情報蓄積期間となるた
め、情報蓄積開始の瞬間がフォトダイオード毎に異な
る。積分時間に換算するための手段が必要がある。この
ように、ＭＯＳイメージセンサタイプの固体撮像装置
は、フレキシビリティがあるのだが、感度，光電変換タ
イミング，電荷の制御方法など多くの解決すべき課題を
有していた。
のＭＯＳイメージセンサは、フォトダイオードに蓄積さ
れた電荷を単にビデオラインに移しかえる方式であるた
め、光に対する感度が小さい。また、フォトダイオード
の電荷は、それぞれ読み出される毎にリセットされ、そ
こから次に読み出されるまでが情報蓄積期間となるた
め、情報蓄積開始の瞬間がフォトダイオード毎に異な
る。積分時間に換算するための手段が必要がある。この
ように、ＭＯＳイメージセンサタイプの固体撮像装置
は、フレキシビリティがあるのだが、感度，光電変換タ
イミング，電荷の制御方法など多くの解決すべき課題を
有していた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の固体撮像装置は、読み取るべき画像からの
光が画素単位でそれぞれに入射する複数のフォトダイオ
ードと、各フォトダイオード毎にそれぞれ設けられた複
数の容量素子とを備えたことを特徴とする。
に、本発明の固体撮像装置は、読み取るべき画像からの
光が画素単位でそれぞれに入射する複数のフォトダイオ
ードと、各フォトダイオード毎にそれぞれ設けられた複
数の容量素子とを備えたことを特徴とする。
【０００５】また、各フォトダイオードとそれに対応す
る容量素子との間をそれぞれオン−オフする複数の転送
スイッチ素子と、これら転送スイッチ素子を転送期間中
オンさせ、転送期間経過後の読出期間に読出スイッチ素
子を順次オンさせる制御回路と、一端が前記容量素子に
つながれ、他端がビデオラインに共通に接続された複数
の読出スイッチ素子をさらに備えることを特徴としても
良い。
る容量素子との間をそれぞれオン−オフする複数の転送
スイッチ素子と、これら転送スイッチ素子を転送期間中
オンさせ、転送期間経過後の読出期間に読出スイッチ素
子を順次オンさせる制御回路と、一端が前記容量素子に
つながれ、他端がビデオラインに共通に接続された複数
の読出スイッチ素子をさらに備えることを特徴としても
良い。
【０００６】そして、容量素子の容量よりも小さな容量
の積分コンデンサを有するとともにビデオラインにその
入力がつながれたリセット可能な積分器をさらに備え、
制御回路が、さらに、読出スイッチ素子を順次オンさせ
る前に積分器をリセットすることを特徴としても良い。
の積分コンデンサを有するとともにビデオラインにその
入力がつながれたリセット可能な積分器をさらに備え、
制御回路が、さらに、読出スイッチ素子を順次オンさせ
る前に積分器をリセットすることを特徴としても良い。
【０００７】また、積分器が、少なくとも並列に２系統
設けられ、その入出力に選択スイッチ素子を有し、制御
回路が、さらに、選択スイッチ素子を積分器について交
互にオン−オフさせることを特徴としても良い。
設けられ、その入出力に選択スイッチ素子を有し、制御
回路が、さらに、選択スイッチ素子を積分器について交
互にオン−オフさせることを特徴としても良い。
【０００８】さらに、積分器の出力と積分器のリセット
時のレベルとの差を増幅する信号後処理回路をさらに備
えたことを特徴ととしても良い。
時のレベルとの差を増幅する信号後処理回路をさらに備
えたことを特徴ととしても良い。
【０００９】
【作用】各フォトダイオードで光電変換によって生じた
電荷は、対応する容量素子に出力される。これを詳述す
ると、リセットされた段階では、フォトダイオードと容
量素子の接続端子はリセット電位に保たれている。その
後、フォトダイオードへの光の照射強度に応じて発生す
る電荷により、 Ｖ６ ＝ 発生電荷量 ／ （フォトダイオード自体の容量 ＋ 容量素子） 分の電圧だけ、接続端子の電位が下がる。Ｑ＝Ｃ・Ｖの
関係により、この場合に於いてリセット電位×容量値が
最大飽和電荷量であるので、容量素子分の電荷量だけ飽
和電荷量を増やすことができることは自明である。
電荷は、対応する容量素子に出力される。これを詳述す
ると、リセットされた段階では、フォトダイオードと容
量素子の接続端子はリセット電位に保たれている。その
後、フォトダイオードへの光の照射強度に応じて発生す
る電荷により、 Ｖ６ ＝ 発生電荷量 ／ （フォトダイオード自体の容量 ＋ 容量素子） 分の電圧だけ、接続端子の電位が下がる。Ｑ＝Ｃ・Ｖの
関係により、この場合に於いてリセット電位×容量値が
最大飽和電荷量であるので、容量素子分の電荷量だけ飽
和電荷量を増やすことができることは自明である。
【００１０】また、転送スイッチ素子などが設けられた
場合、転送期間中各転送スイッチ素子がオンになること
によって電荷が対応する容量素子に出力され、電荷が出
力されるまでの間の各フォトダイオードの光電変換時間
は、等しいものになっている。これら各容量素子に出力
された電荷は、ビデオラインからシーケンシャルに出力
される。
場合、転送期間中各転送スイッチ素子がオンになること
によって電荷が対応する容量素子に出力され、電荷が出
力されるまでの間の各フォトダイオードの光電変換時間
は、等しいものになっている。これら各容量素子に出力
された電荷は、ビデオラインからシーケンシャルに出力
される。
【００１１】積分器をさらに備えた場合、積分コンデン
サに電荷が転送され、およそ「積分コンデンサ／容量素
子」倍の電圧増幅がなされる。積分器が２系統以上の場
合は、選択スイッチ素子で積分器をインターリーブして
動作させ、積分器のリセット時のセトリングタイムがカ
バーされる。
サに電荷が転送され、およそ「積分コンデンサ／容量素
子」倍の電圧増幅がなされる。積分器が２系統以上の場
合は、選択スイッチ素子で積分器をインターリーブして
動作させ、積分器のリセット時のセトリングタイムがカ
バーされる。
【００１２】信号後処理回路をさらに備えた場合、積分
器のリセットノイズはリセット時のレベルに加算されて
おり、積分器の出力とリセット時のレベルとの差を増幅
することでリセットノイズが相殺される。
器のリセットノイズはリセット時のレベルに加算されて
おり、積分器の出力とリセット時のレベルとの差を増幅
することでリセットノイズが相殺される。
【００１３】
【実施例】本発明の一実施例を図１乃至図５を用いて説
明する。図１には、本発明の固体撮像装置の基板レイア
ウトの概要が示されている。
明する。図１には、本発明の固体撮像装置の基板レイア
ウトの概要が示されている。
【００１４】受光素子であるフォトダイオード１０Ａ〜
１０Ｆは、一直線状に並べられ、それぞれで画素を構成
している。この隣には、転送スイッチ素子であるＭＯＳ
スイッチ１１Ａ〜１１Ｆ，蓄積用容量素子１３Ａ〜１３
Ｆ，読出スイッチ素子であるＭＯＳスイッチ１２Ａ〜１
２Ｆが近接配置されている。ＭＯＳスイッチ１２Ａ〜１
２Ｆの隣には、ビデオライン１５が設けられ、積分器部
２０につながれている。ＭＯＳスイッチ１１Ａ〜１１Ｆ
は、フォトダイオード１０Ａ〜１０Ｆと蓄積用容量素子
１３Ａ〜１３Ｆとの電気的接続の制御するもので制御信
号ｄａｔａによって制御されている。ＭＯＳスイッチ１
２Ａ〜１２Ｆは、蓄積用容量素子１３Ａ〜１３Ｆとビデ
オライン１５との電気的接続の制御するもので制御信号
ｓｅｌＡ〜ｓｅｌＦによって制御されている。積分器部
２０は、蓄積用容量素子１３Ａ〜１３Ｆそれぞれの電圧
を電圧増幅して信号後処理回路２１に出力するものであ
る。信号後処理回路２１は、積分器の出力とリセット時
のレベルとの差を増幅することでリセットノイズを相殺
して出力する。制御回路１８は、制御信号ｓｅｌＡ〜ｓ
ｅｌＦを出力するシフトレジスタ１６と、制御信号ｄａ
ｔａ，積分器部２０及び信号後処理回路２１への制御信
号を出力するタイミングジェネレータ１７を有し、この
装置全体の動作を制御するものである。
１０Ｆは、一直線状に並べられ、それぞれで画素を構成
している。この隣には、転送スイッチ素子であるＭＯＳ
スイッチ１１Ａ〜１１Ｆ，蓄積用容量素子１３Ａ〜１３
Ｆ，読出スイッチ素子であるＭＯＳスイッチ１２Ａ〜１
２Ｆが近接配置されている。ＭＯＳスイッチ１２Ａ〜１
２Ｆの隣には、ビデオライン１５が設けられ、積分器部
２０につながれている。ＭＯＳスイッチ１１Ａ〜１１Ｆ
は、フォトダイオード１０Ａ〜１０Ｆと蓄積用容量素子
１３Ａ〜１３Ｆとの電気的接続の制御するもので制御信
号ｄａｔａによって制御されている。ＭＯＳスイッチ１
２Ａ〜１２Ｆは、蓄積用容量素子１３Ａ〜１３Ｆとビデ
オライン１５との電気的接続の制御するもので制御信号
ｓｅｌＡ〜ｓｅｌＦによって制御されている。積分器部
２０は、蓄積用容量素子１３Ａ〜１３Ｆそれぞれの電圧
を電圧増幅して信号後処理回路２１に出力するものであ
る。信号後処理回路２１は、積分器の出力とリセット時
のレベルとの差を増幅することでリセットノイズを相殺
して出力する。制御回路１８は、制御信号ｓｅｌＡ〜ｓ
ｅｌＦを出力するシフトレジスタ１６と、制御信号ｄａ
ｔａ，積分器部２０及び信号後処理回路２１への制御信
号を出力するタイミングジェネレータ１７を有し、この
装置全体の動作を制御するものである。
【００１５】図２には、この装置の光検出信号処理にか
かる回路図が示されている。フォトダイオード１０Ａ〜
１０Ｆ，ＭＯＳスイッチ１１Ａ〜１１Ｆ，蓄積用容量素
子１３Ａ〜１３Ｆ，ＭＯＳスイッチ１２Ａ〜１２Ｆにつ
いては、図面のスペースの関係上その一部に限って掲載
している。また、制御回路１８からは、図３若しくは図
４に示すような制御信号が与えられている。図３，図４
もまたスペースの関係上ＭＯＳスイッチ１１Ａ〜１１
Ｆ，ＭＯＳスイッチ１２Ａ〜１２Ｆにかかる制御信号に
ついてはその一部に限られている。図２を用いて積分器
部２０及び信号後処理回路２１について説明を追加す
る。
かる回路図が示されている。フォトダイオード１０Ａ〜
１０Ｆ，ＭＯＳスイッチ１１Ａ〜１１Ｆ，蓄積用容量素
子１３Ａ〜１３Ｆ，ＭＯＳスイッチ１２Ａ〜１２Ｆにつ
いては、図面のスペースの関係上その一部に限って掲載
している。また、制御回路１８からは、図３若しくは図
４に示すような制御信号が与えられている。図３，図４
もまたスペースの関係上ＭＯＳスイッチ１１Ａ〜１１
Ｆ，ＭＯＳスイッチ１２Ａ〜１２Ｆにかかる制御信号に
ついてはその一部に限られている。図２を用いて積分器
部２０及び信号後処理回路２１について説明を追加す
る。
【００１６】積分器部２０は、２系統の積分器２０Ａ，
２０Ｂを有する。これらの積分器２０Ａ，２０Ｂに設け
られた選択スイッチＭＳ１，ＭＳ２は、制御信号Ｓ１
Ａ，Ｓ２Ａ，Ｓ１Ｂ，Ｓ２Ｂによってオン−オフされて
積分器２０Ａ，２０Ｂの入力及び出力を制御するもので
ある。リセットスイッチＭＱ３は、制御信号ｒｅｓｅｔ
Ａ，ｒｅｓｅｔＢがハイのとき、積分コンデンサＣｆを
ショートして積分器をリセットし、オペアンプＡ１，Ａ
２の出力を基準電圧Ｖref1にする。制御回路１８から図
３の制御信号がくる場合は、１系統の積分器で動作し、
図４の制御信号がくる場合は、２系統の積分器で動作す
る。
２０Ｂを有する。これらの積分器２０Ａ，２０Ｂに設け
られた選択スイッチＭＳ１，ＭＳ２は、制御信号Ｓ１
Ａ，Ｓ２Ａ，Ｓ１Ｂ，Ｓ２Ｂによってオン−オフされて
積分器２０Ａ，２０Ｂの入力及び出力を制御するもので
ある。リセットスイッチＭＱ３は、制御信号ｒｅｓｅｔ
Ａ，ｒｅｓｅｔＢがハイのとき、積分コンデンサＣｆを
ショートして積分器をリセットし、オペアンプＡ１，Ａ
２の出力を基準電圧Ｖref1にする。制御回路１８から図
３の制御信号がくる場合は、１系統の積分器で動作し、
図４の制御信号がくる場合は、２系統の積分器で動作す
る。
【００１７】信号後処理回路２１は、制御信号ｃｌａｍ
ｐ，ｈｏｌｄで制御される。制御信号ｃｌａｍｐがハイ
のときトランジスタＭＱ４，５が導通して積分器２０Ａ
又は２０Ｂのリセット時のレベルと基準レベルＶref2と
の差をコンデンサＣS1に保持し、制御信号ｈｏｌｄがハ
イのときトランジスタＭＱ６が導通してその時のレベル
をコンデンサＣS2に保持する。これによって、積分器２
０Ａ又は２０Ｂの出力とリセット時のレベルとの差を出
力している。この動作については後述する。
ｐ，ｈｏｌｄで制御される。制御信号ｃｌａｍｐがハイ
のときトランジスタＭＱ４，５が導通して積分器２０Ａ
又は２０Ｂのリセット時のレベルと基準レベルＶref2と
の差をコンデンサＣS1に保持し、制御信号ｈｏｌｄがハ
イのときトランジスタＭＱ６が導通してその時のレベル
をコンデンサＣS2に保持する。これによって、積分器２
０Ａ又は２０Ｂの出力とリセット時のレベルとの差を出
力している。この動作については後述する。
【００１８】つぎに、積分器を１系統とした場合のこの
装置の動作について、光信号蓄積動作時（図３のｔ1 〜
ｔ3 ），その信号の読み出し動作時（図３のｔ4 〜
ｔ15）に分けて説明する。
装置の動作について、光信号蓄積動作時（図３のｔ1 〜
ｔ3 ），その信号の読み出し動作時（図３のｔ4 〜
ｔ15）に分けて説明する。
【００１９】光信号蓄積動作の最初に、図３の左側に示
すように、蓄積用容量素子１３Ａ〜１３Ｆのリセットが
行われる。この際、ＭＯＳスイッチ１１Ａ〜１１Ｆ，Ｍ
ＯＳスイッチ１２Ａ〜１２Ｆがオンとなり、フォトダイ
オード１０Ａ〜１０Ｆ，蓄積用容量素子１３Ａ〜１３
Ｆ，ビデオライン１５がつながる。また、制御信号ｒｅ
ｓｅｔＡによってオペアンプＡ１の出力と反転入力がつ
ながり、積分器がリセットされ、出力が基準電圧Ｖref1
になる。この基準電圧Ｖref1が、ビデオライン１５を介
して、蓄積用容量素子１３Ａ〜１３Ｆに印加され、充電
されてリセットが完了する（図３のｔ1 〜ｔ2 ）。
すように、蓄積用容量素子１３Ａ〜１３Ｆのリセットが
行われる。この際、ＭＯＳスイッチ１１Ａ〜１１Ｆ，Ｍ
ＯＳスイッチ１２Ａ〜１２Ｆがオンとなり、フォトダイ
オード１０Ａ〜１０Ｆ，蓄積用容量素子１３Ａ〜１３
Ｆ，ビデオライン１５がつながる。また、制御信号ｒｅ
ｓｅｔＡによってオペアンプＡ１の出力と反転入力がつ
ながり、積分器がリセットされ、出力が基準電圧Ｖref1
になる。この基準電圧Ｖref1が、ビデオライン１５を介
して、蓄積用容量素子１３Ａ〜１３Ｆに印加され、充電
されてリセットが完了する（図３のｔ1 〜ｔ2 ）。
【００２０】このリセット完了後、制御信号ｓｅｌＡ〜
ｓｅｌＦがローになり、蓄積用容量素子１３Ａ〜１３Ｆ
がビデオライン１５と切り離され、蓄積動作になる。フ
ォトダイオード１０Ａ〜１０Ｆと蓄積用容量素子１３Ａ
〜１３Ｆとはつながれており、初期状態において、基準
電圧Ｖref1に応じた電荷が充電されている。各フォトダ
イオード１０Ａ〜１０Ｆには、入射した光強度に応じた
光電流が流れ、充電されている電荷が減少する。即ち、
蓄積用容量素子１３Ａ〜１３Ｆの両端電圧は、フォトダ
イオード１０Ａ〜１０Ｆに流れた電流の分だけ減少す
る。一定の時間後、制御信号ｄａｔａがローとなること
によってＭＯＳスイッチ１１Ａ〜１１Ｆは一斉にオフと
なる。蓄積用容量素子１３Ａ〜１３Ｆがフォトダイオー
ド１０Ａ〜１０Ｆと切り離され、電荷即ちそれらの各端
子電圧が保持され（図３のｔ2 〜ｔ3 ）、光信号蓄積動
作（積分動作）が完了する。
ｓｅｌＦがローになり、蓄積用容量素子１３Ａ〜１３Ｆ
がビデオライン１５と切り離され、蓄積動作になる。フ
ォトダイオード１０Ａ〜１０Ｆと蓄積用容量素子１３Ａ
〜１３Ｆとはつながれており、初期状態において、基準
電圧Ｖref1に応じた電荷が充電されている。各フォトダ
イオード１０Ａ〜１０Ｆには、入射した光強度に応じた
光電流が流れ、充電されている電荷が減少する。即ち、
蓄積用容量素子１３Ａ〜１３Ｆの両端電圧は、フォトダ
イオード１０Ａ〜１０Ｆに流れた電流の分だけ減少す
る。一定の時間後、制御信号ｄａｔａがローとなること
によってＭＯＳスイッチ１１Ａ〜１１Ｆは一斉にオフと
なる。蓄積用容量素子１３Ａ〜１３Ｆがフォトダイオー
ド１０Ａ〜１０Ｆと切り離され、電荷即ちそれらの各端
子電圧が保持され（図３のｔ2 〜ｔ3 ）、光信号蓄積動
作（積分動作）が完了する。
【００２１】信号の読み出し動作は、つぎに示すよう
に、蓄積用容量素子１３Ａ〜１３Ｆに蓄えられた電荷を
順次読み出すことによって行われる。この場合、制御信
号Ｓ１Ａ，Ｓ２Ａは常にハイであり、制御信号Ｓ１Ｂ，
Ｓ２Ｂは常にローになっていて、積分器２０ＡのＭＯＳ
スイッチＭＳ１，ＭＳ２は常にオン、積分器２０Ｂの選
択スイッチＭＳ１，ＭＳ２は常にオフになっている。
に、蓄積用容量素子１３Ａ〜１３Ｆに蓄えられた電荷を
順次読み出すことによって行われる。この場合、制御信
号Ｓ１Ａ，Ｓ２Ａは常にハイであり、制御信号Ｓ１Ｂ，
Ｓ２Ｂは常にローになっていて、積分器２０ＡのＭＯＳ
スイッチＭＳ１，ＭＳ２は常にオン、積分器２０Ｂの選
択スイッチＭＳ１，ＭＳ２は常にオフになっている。
【００２２】蓄積用容量素子１３Ａの電荷を読みだす前
に、制御信号ｒｅｓｅｔＡがハイとなって積分コンデン
サＣｆが短絡され、積分器２０Ａがリセットされる。ビ
デオライン１５は、選択スイッチＭＳ１を介して基準電
圧Ｖref1が出力され、この基準電圧Ｖref1の電位にな
る。また、制御信号ｈｏｌｄがローに、制御信号ｃｌａ
ｍｐがハイになって信号後処理回路２１がリセットされ
る。積分器２０Ａのリセット時のレベルが選択スイッチ
ＭＳ２を介して信号後処理回路２１に出力される。続い
て、制御信号ｒｅｓｅｔＡがローとなると、積分器２０
Ａの出力にリセットスイッチＭＱ３のスイッチングノイ
ズが重畳された出力があらわれる。制御信号ｈｏｌｄが
ハイに、制御信号ｃｌａｍｐがローになって、この積分
器２０Ａの出力がコンデンサＣｓ1 に保持される。（図
３のｔ4 〜ｔ7 ）。
に、制御信号ｒｅｓｅｔＡがハイとなって積分コンデン
サＣｆが短絡され、積分器２０Ａがリセットされる。ビ
デオライン１５は、選択スイッチＭＳ１を介して基準電
圧Ｖref1が出力され、この基準電圧Ｖref1の電位にな
る。また、制御信号ｈｏｌｄがローに、制御信号ｃｌａ
ｍｐがハイになって信号後処理回路２１がリセットされ
る。積分器２０Ａのリセット時のレベルが選択スイッチ
ＭＳ２を介して信号後処理回路２１に出力される。続い
て、制御信号ｒｅｓｅｔＡがローとなると、積分器２０
Ａの出力にリセットスイッチＭＱ３のスイッチングノイ
ズが重畳された出力があらわれる。制御信号ｈｏｌｄが
ハイに、制御信号ｃｌａｍｐがローになって、この積分
器２０Ａの出力がコンデンサＣｓ1 に保持される。（図
３のｔ4 〜ｔ7 ）。
【００２３】制御信号ｓｅｌＡがハイになって、蓄積用
容量素子１３Ａがビデオライン１５を介して積分器２０
Ａに接続され、蓄積用容量素子１３Ａに蓄えられた電荷
が積分コンデンサＣｆに移し変えられる。このとき、オ
ペアンプＡ１の増幅作用により、この動作は非常に高速
なものになっている。蓄積用容量素子１３Ａの電圧は、
リセット状態の基準電圧Ｖref1になる。また、積分器の
出力電圧ＶO は、 ＶO ＝Ｖref1＋Ｉｓｈ・Δｔ／Ｃｆ （ただし、Ｉｓｈは光電流、Δｔは積分時間（ｔ2 〜ｔ
3 ）である。）信号後処理回路２１の出力Ｖout は、電
荷保存則を用いてつぎの式であらわせる。 （Ｖoff ＋Ｖref2−Ｖreset −ΔＶn ）×ＣS1 ＋（Ｖoff ＋Ｖref2−Ｖref2）×ＣS2 ＝（Ｖoff ＋Ｖref2−Ｖo −ΔＶn ）×ＣS1 ＋（Ｖoff ＋Ｖref2−Ｖout ）×ＣS2 ここで、Ｖreset ：オペアンプＡ１のリセット時の出力 Ｖoff ：オペアンプＡ１のオフセット電圧 ΔＶn ：リセットスイッチＭＱ３のスイッチングノイズ この左辺はリセット時のコンデンサＣS1，ＣS2の状態、
右辺は蓄積用容量素子から電荷が読み出された時の状態
を示している。
容量素子１３Ａがビデオライン１５を介して積分器２０
Ａに接続され、蓄積用容量素子１３Ａに蓄えられた電荷
が積分コンデンサＣｆに移し変えられる。このとき、オ
ペアンプＡ１の増幅作用により、この動作は非常に高速
なものになっている。蓄積用容量素子１３Ａの電圧は、
リセット状態の基準電圧Ｖref1になる。また、積分器の
出力電圧ＶO は、 ＶO ＝Ｖref1＋Ｉｓｈ・Δｔ／Ｃｆ （ただし、Ｉｓｈは光電流、Δｔは積分時間（ｔ2 〜ｔ
3 ）である。）信号後処理回路２１の出力Ｖout は、電
荷保存則を用いてつぎの式であらわせる。 （Ｖoff ＋Ｖref2−Ｖreset −ΔＶn ）×ＣS1 ＋（Ｖoff ＋Ｖref2−Ｖref2）×ＣS2 ＝（Ｖoff ＋Ｖref2−Ｖo −ΔＶn ）×ＣS1 ＋（Ｖoff ＋Ｖref2−Ｖout ）×ＣS2 ここで、Ｖreset ：オペアンプＡ１のリセット時の出力 Ｖoff ：オペアンプＡ１のオフセット電圧 ΔＶn ：リセットスイッチＭＱ３のスイッチングノイズ この左辺はリセット時のコンデンサＣS1，ＣS2の状態、
右辺は蓄積用容量素子から電荷が読み出された時の状態
を示している。
【００２４】Ｖreset は基準電圧Ｖref1に等しいので、 Ｖout ＝−（ＣS1／ＣS2）・（Ｉｓｈ・Δｔ／Ｃｆ）＋Ｖref2 となる。さらに、ＣS1＝ＣS2とすると、 Ｖout ＝Ｖref2−Ｉｓｈ・Δｔ／Ｃｆ となり、オペアンプ回路Ａ１のオフセット電圧や、リセ
ットスイッチＭＱ３のスイッチングノイズ等の要素に影
響されずに、正確に基準電圧Ｖref2に対する光信号情報
即ち光の強度に応じた信号が信号後処理回路２１から出
力される（図３のｔ8 〜ｔ9 ）。
ットスイッチＭＱ３のスイッチングノイズ等の要素に影
響されずに、正確に基準電圧Ｖref2に対する光信号情報
即ち光の強度に応じた信号が信号後処理回路２１から出
力される（図３のｔ8 〜ｔ9 ）。
【００２５】蓄積用容量素子１３Ｂ以降についても、同
様の動作で蓄えられた電荷が順に読みだされ、光の強度
に応じた信号が出力される（図３のｔ14〜ｔ19）。
様の動作で蓄えられた電荷が順に読みだされ、光の強度
に応じた信号が出力される（図３のｔ14〜ｔ19）。
【００２６】積分器２０Ａのリセットの際（図３のｔ5
〜ｔ6 ）に、オペアンプＡ１の出力にリンギングが発生
しやすく、制御信号ｒｅｓｅｔＡがハイとなっている期
間を十分長いものにする必要があり、高速動作の妨げと
なる場合がある。この場合、積分器を２系統以上とし、
これらの積分器を切り替えることによってこの問題は解
決される。
〜ｔ6 ）に、オペアンプＡ１の出力にリンギングが発生
しやすく、制御信号ｒｅｓｅｔＡがハイとなっている期
間を十分長いものにする必要があり、高速動作の妨げと
なる場合がある。この場合、積分器を２系統以上とし、
これらの積分器を切り替えることによってこの問題は解
決される。
【００２７】図４は、積分器を２系統とした場合の制御
信号のタイミングチャートである。光信号蓄積動作時
（図４のｔ1 〜ｔ3 ）では、前述の図３と同じ動作で蓄
積用容量素子１３Ａ〜１３Ｆに電荷が蓄積されている。
信号の読み出し動作時（図４の右側）には、制御信号Ｓ
１Ａ及びＳ２ＡとＳ１Ｂ及びＳ２Ｂとで積分器２０Ａ，
２０Ｂを切り替えている。また、片方の積分器が蓄積用
容量素子の電荷を入力しているときに、もう片方の積分
器をリセットしている。そのため、制御信号ｒｅｓｅｔ
Ａ，Ｂがハイとなっている期間（図４のｔ28〜ｔ29，ｔ
38〜ｔ39）が十分長いものになり、オペアンプＡ１のリ
ンギングがあらわれても、それが出力されるのを防止し
ている。
信号のタイミングチャートである。光信号蓄積動作時
（図４のｔ1 〜ｔ3 ）では、前述の図３と同じ動作で蓄
積用容量素子１３Ａ〜１３Ｆに電荷が蓄積されている。
信号の読み出し動作時（図４の右側）には、制御信号Ｓ
１Ａ及びＳ２ＡとＳ１Ｂ及びＳ２Ｂとで積分器２０Ａ，
２０Ｂを切り替えている。また、片方の積分器が蓄積用
容量素子の電荷を入力しているときに、もう片方の積分
器をリセットしている。そのため、制御信号ｒｅｓｅｔ
Ａ，Ｂがハイとなっている期間（図４のｔ28〜ｔ29，ｔ
38〜ｔ39）が十分長いものになり、オペアンプＡ１のリ
ンギングがあらわれても、それが出力されるのを防止し
ている。
【００２８】前述の固体撮像装置をカラー化することが
可能である。図５には、カラー化した場合の基板レイア
ウトの概要が示されている。赤色フォトダイオード列４
１０Ｒ，緑色フォトダイオード列４１０Ｇ，青色フォト
ダイオード列４１０Ｂは、図１のフォトダイオード１０
Ａ〜Ｆと同等のもので、互いに隣接して配置されてい
る。これらに対応する蓄積用容量素子，ＭＯＳスイッチ
などは、符号４１２Ｒ，４１２Ｇ，４１２Ｂで示される
部分に設けられている。各蓄積用容量素子の電荷は、そ
れぞれ赤色用ビデオライン４１５Ｒ，緑色用ビデオライ
ン４１５Ｇ，青色用ビデオライン４１５Ｂに出力され、
赤色用積分器４２０Ｒ，緑色用積分器４２０Ｇ，青色用
積分器４２０Ｂ及び赤色用信号後処理回路４２１Ｒ，緑
色用信号後処理回路４２１Ｇ，青色用信号後処理回路４
２１Ｂで増幅され、出力される。図６には赤色フォトダ
イオード列４１０Ｒ，緑色フォトダイオード列４１０
Ｇ，青色フォトダイオード列４１０Ｂの配置されている
領域の拡大図が示されている。各フォトダイオード列４
１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂを構成する赤色用フォトダ
イオード６１０Ｒ，緑色用フォトダイオード６１０Ｇ，
青色用フォトダイオード６１０Ｂが近接配置され，アル
ミ配線パターン６１１Ｒ，６１１Ｇ，６１１ＢでＭＯＳ
スイッチを介して各蓄積用容量素子につながれている。
可能である。図５には、カラー化した場合の基板レイア
ウトの概要が示されている。赤色フォトダイオード列４
１０Ｒ，緑色フォトダイオード列４１０Ｇ，青色フォト
ダイオード列４１０Ｂは、図１のフォトダイオード１０
Ａ〜Ｆと同等のもので、互いに隣接して配置されてい
る。これらに対応する蓄積用容量素子，ＭＯＳスイッチ
などは、符号４１２Ｒ，４１２Ｇ，４１２Ｂで示される
部分に設けられている。各蓄積用容量素子の電荷は、そ
れぞれ赤色用ビデオライン４１５Ｒ，緑色用ビデオライ
ン４１５Ｇ，青色用ビデオライン４１５Ｂに出力され、
赤色用積分器４２０Ｒ，緑色用積分器４２０Ｇ，青色用
積分器４２０Ｂ及び赤色用信号後処理回路４２１Ｒ，緑
色用信号後処理回路４２１Ｇ，青色用信号後処理回路４
２１Ｂで増幅され、出力される。図６には赤色フォトダ
イオード列４１０Ｒ，緑色フォトダイオード列４１０
Ｇ，青色フォトダイオード列４１０Ｂの配置されている
領域の拡大図が示されている。各フォトダイオード列４
１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂを構成する赤色用フォトダ
イオード６１０Ｒ，緑色用フォトダイオード６１０Ｇ，
青色用フォトダイオード６１０Ｂが近接配置され，アル
ミ配線パターン６１１Ｒ，６１１Ｇ，６１１ＢでＭＯＳ
スイッチを介して各蓄積用容量素子につながれている。
【００２９】本発明は、前述の実施例に限らず様々な変
形が可能である。
形が可能である。
【００３０】例えば、蓄積用容量素子のリセット時の充
電電圧を基準電圧Ｖref1としたが、別個に充電用電源
と、この電源とビデオラインとの間にスイッチを設け
て、この電源から蓄積用容量素子へ充電しても良い。こ
の場合、電源を可変にすることができ、レベル調節が可
能となる。また、光強度の高いときは、積分器に代えて
ＦＥＴによるバッファアンプにすることができる。さら
に、シフトレジスタをデコーダに置き換え、任意のフォ
トダイオードから読み出すようにしても良い。
電電圧を基準電圧Ｖref1としたが、別個に充電用電源
と、この電源とビデオラインとの間にスイッチを設け
て、この電源から蓄積用容量素子へ充電しても良い。こ
の場合、電源を可変にすることができ、レベル調節が可
能となる。また、光強度の高いときは、積分器に代えて
ＦＥＴによるバッファアンプにすることができる。さら
に、シフトレジスタをデコーダに置き換え、任意のフォ
トダイオードから読み出すようにしても良い。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の固体撮像
装置によれば、同じ期間中各転送スイッチ素子がオンに
なるため各フォトダイオードでの光電変換時間は等しい
ものになり、出力信号の条件が等しくなり、外部でのレ
ベル補正が不要である。また、容量素子をフォトダイオ
ード毎に備えており、しかも画素情報である容量素子の
端子電圧を読出スイッチ素子から順次読み出し、積分器
で電圧増幅するので、高い感度の画素情報を得ることが
できる。さらに、積分器を２系統にすると高速動作にす
ることができる。また、装置内に内蔵された信号後処理
回路を介して電流増幅手段の出力を取り出すので、Ｓ／
Ｎ比の高い信号を取り出すことができ、かつ、外部に複
雑な信号処理回路が不要となるので、使い勝手がよい。
装置によれば、同じ期間中各転送スイッチ素子がオンに
なるため各フォトダイオードでの光電変換時間は等しい
ものになり、出力信号の条件が等しくなり、外部でのレ
ベル補正が不要である。また、容量素子をフォトダイオ
ード毎に備えており、しかも画素情報である容量素子の
端子電圧を読出スイッチ素子から順次読み出し、積分器
で電圧増幅するので、高い感度の画素情報を得ることが
できる。さらに、積分器を２系統にすると高速動作にす
ることができる。また、装置内に内蔵された信号後処理
回路を介して電流増幅手段の出力を取り出すので、Ｓ／
Ｎ比の高い信号を取り出すことができ、かつ、外部に複
雑な信号処理回路が不要となるので、使い勝手がよい。
【図１】本発明の一実施例のレイアウトの概略図。
【図２】本発明の一実施例を示す回路図
【図３】本実施例の積分器が１系統の動作を示すタイミ
ングチャート。
ングチャート。
【図４】本実施例の積分器が２系統の動作を示すタイミ
ングチャート。
ングチャート。
【図５】カラー化した時の本発明の一実施例のレイアウ
トの概略図。
トの概略図。
【図６】フォトダイオード列の配置されている領域の拡
大図。
大図。
１０Ａ〜１０Ｆ…フォトダイオード １１Ａ〜１１Ｆ，１２Ａ〜１２Ｆ…ＭＯＳスイッチ １３Ａ〜１３Ｆ…蓄積用容量素子 １５…ビデオライン １８…制御回路 ２０Ａ，２０Ｂ…積分器 ２１…信号後処理回路 ＭＳ１，ＭＳ２…選択スイッチ ４１５Ｒ，４１５Ｇ，４１５Ｂ…ビデオライン ４２０Ｒ，４２０Ｇ，４２０Ｂ…積分器部 ４２１Ｒ，４２１Ｇ，４２１Ｂ…信号後処理回路 ６１０Ｒ，６１０Ｇ，６１０Ｂ…フォトダイオード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 31/02 31/10 8422−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 31/10 Ａ 8422−4Ｍ Ｇ
Claims (5)
- 【請求項１】 読み取るべき画像からの光が画素単位で
それぞれに入射する複数のフォトダイオードと、 各フォトダイオード毎にそれぞれ設けられた複数の容量
素子とを備えたことを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項２】 前記各フォトダイオードとそれに対応す
る前記容量素子との間をそれぞれオン−オフする複数の
転送スイッチ素子と、 一端が前記容量素子につながれ、他端がビデオラインに
共通に接続された複数の読出スイッチ素子と、 前記転送スイッチ素子を転送期間中オンさせ、前記転送
期間経過後の読出期間に前記読出スイッチ素子を順次オ
ンさせる制御回路とをさらに備えたことを特徴とする請
求項１記載の固体撮像装置。 - 【請求項３】 前記容量素子の容量よりも小さな容量の
積分コンデンサを有するとともに前記ビデオラインにそ
の入力がつながれたリセット可能な積分器をさらに備
え、 前記制御回路が、さらに、前記読出スイッチ素子を順次
オンさせる前に前記積分器をリセットすることを特徴と
する請求項２記載の固体撮像装置。 - 【請求項４】 前記積分器が、少なくとも並列に２系統
設けられ、その入出力に選択スイッチ素子を有し、 前記制御回路が、さらに、前記選択スイッチ素子を前記
積分器について交互にオン−オフさせることを特徴とす
る請求項３記載の固体撮像装置。 - 【請求項５】 前記積分器の出力とそのリセット時のレ
ベルとの差を増幅する信号後処理回路をさらに備えたこ
とを特徴とする請求項３又は４記載の固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3215174A JP2719058B2 (ja) | 1991-08-27 | 1991-08-27 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3215174A JP2719058B2 (ja) | 1991-08-27 | 1991-08-27 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0556213A true JPH0556213A (ja) | 1993-03-05 |
| JP2719058B2 JP2719058B2 (ja) | 1998-02-25 |
Family
ID=16667892
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3215174A Expired - Fee Related JP2719058B2 (ja) | 1991-08-27 | 1991-08-27 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2719058B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011007562A1 (ja) * | 2009-07-16 | 2011-01-20 | コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 | 画像読取装置 |
| JP2011107761A (ja) * | 2009-11-12 | 2011-06-02 | Sony Corp | 撮像機能付き表示装置、駆動方法および電子機器 |
| JP2013242371A (ja) * | 2012-05-18 | 2013-12-05 | Olympus Corp | 光検出装置 |
| JP2015094600A (ja) * | 2013-11-08 | 2015-05-18 | オリンパス株式会社 | 光検出回路および顕微鏡システム |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6527035B2 (ja) | 2015-06-30 | 2019-06-05 | 浜松ホトニクス株式会社 | 固体撮像装置 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6156572A (ja) * | 1984-08-28 | 1986-03-22 | Fujitsu Ltd | イメ−ジセンサ駆動回路 |
| JPS63167573A (ja) * | 1986-12-29 | 1988-07-11 | Toshiba Corp | 画像読取装置 |
| JPH01248881A (ja) * | 1988-03-30 | 1989-10-04 | Hamamatsu Photonics Kk | 固体撮像素子およびその駆動方法 |
| JPH03149955A (ja) * | 1989-11-06 | 1991-06-26 | Hitachi Ltd | ラインセンサ |
-
1991
- 1991-08-27 JP JP3215174A patent/JP2719058B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS6156572A (ja) * | 1984-08-28 | 1986-03-22 | Fujitsu Ltd | イメ−ジセンサ駆動回路 |
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| WO2011007562A1 (ja) * | 2009-07-16 | 2011-01-20 | コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 | 画像読取装置 |
| JPWO2011007562A1 (ja) * | 2009-07-16 | 2012-12-20 | コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 | 画像読取装置 |
| US8654416B2 (en) | 2009-07-16 | 2014-02-18 | Konica Minolta Business Technologies, Inc. | Image reader |
| JP5655783B2 (ja) * | 2009-07-16 | 2015-01-21 | コニカミノルタ株式会社 | 画像読取装置 |
| JP2011107761A (ja) * | 2009-11-12 | 2011-06-02 | Sony Corp | 撮像機能付き表示装置、駆動方法および電子機器 |
| US8773415B2 (en) | 2009-11-12 | 2014-07-08 | Japan Display West Inc. | Display device with image pickup function, driving method, and electronic device |
| JP2013242371A (ja) * | 2012-05-18 | 2013-12-05 | Olympus Corp | 光検出装置 |
| JP2015094600A (ja) * | 2013-11-08 | 2015-05-18 | オリンパス株式会社 | 光検出回路および顕微鏡システム |
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| JP2719058B2 (ja) | 1998-02-25 |
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