JPH08265650A - 信号変換回路、これを用いた固体撮像素子及び撮像装置 - Google Patents
信号変換回路、これを用いた固体撮像素子及び撮像装置Info
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- JPH08265650A JPH08265650A JP7060914A JP6091495A JPH08265650A JP H08265650 A JPH08265650 A JP H08265650A JP 7060914 A JP7060914 A JP 7060914A JP 6091495 A JP6091495 A JP 6091495A JP H08265650 A JPH08265650 A JP H08265650A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 出力電圧感度が大きく取れ、出力電圧信号の
Ｓ／Ｎを向上させることが可能な信号変換回路、固体撮
像素子及び撮像装置を提供する。 【構成】 信号変換回路の変換手段は、入力電荷を蓄積
し、蓄積電荷量を電圧信号に変換して駆動トランジスタ
のゲート端子に印加し、駆動トランジスタは、電圧信号
に基づいて出力電圧信号をソース端子から出力し、これ
と並行してドレイン電圧印加手段は、変換手段のリセッ
ト時に駆動トランジスタにおけるゲート−チャネル間電
圧差が所定の電圧差となるように駆動トランジスタのド
レイン電圧を印加するので、リセット時に駆動トランジ
スタのゲート−チャネル間電圧差が大きくなることによ
り変換手段における電圧レベルの低下が発生しないの
で、出力電圧信号、ひいては、撮像信号及び画像信号の
ダイナミックレンジを拡大することができる。
Ｓ／Ｎを向上させることが可能な信号変換回路、固体撮
像素子及び撮像装置を提供する。 【構成】 信号変換回路の変換手段は、入力電荷を蓄積
し、蓄積電荷量を電圧信号に変換して駆動トランジスタ
のゲート端子に印加し、駆動トランジスタは、電圧信号
に基づいて出力電圧信号をソース端子から出力し、これ
と並行してドレイン電圧印加手段は、変換手段のリセッ
ト時に駆動トランジスタにおけるゲート−チャネル間電
圧差が所定の電圧差となるように駆動トランジスタのド
レイン電圧を印加するので、リセット時に駆動トランジ
スタのゲート−チャネル間電圧差が大きくなることによ
り変換手段における電圧レベルの低下が発生しないの
で、出力電圧信号、ひいては、撮像信号及び画像信号の
ダイナミックレンジを拡大することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、信号変換回路、信号変
換回路を用いた固体撮像素子及び撮像装置に係り、特に
一次元あるいは二次元に配置されたフォトダイオードで
発生した電荷を浮遊容量により出力電圧信号に変換して
出力する信号変換回路、この信号変換回路を用いた固体
撮像素子及び撮像装置に関する。
換回路を用いた固体撮像素子及び撮像装置に係り、特に
一次元あるいは二次元に配置されたフォトダイオードで
発生した電荷を浮遊容量により出力電圧信号に変換して
出力する信号変換回路、この信号変換回路を用いた固体
撮像素子及び撮像装置に関する。
【０００２】近年、可視光をはじめ赤外光等を映像化
し、得られた映像に基づいて種々の解折や観察を遠隔地
で行うとともに、記録に残すことが求められている。こ
のような用途には、固体撮像素子を用いた撮像装置が現
在広く用いられており、さらに高解像度、高Ｓ／Ｎを持
つ撮像装置（固体撮像素子）が望まれている。
し、得られた映像に基づいて種々の解折や観察を遠隔地
で行うとともに、記録に残すことが求められている。こ
のような用途には、固体撮像素子を用いた撮像装置が現
在広く用いられており、さらに高解像度、高Ｓ／Ｎを持
つ撮像装置（固体撮像素子）が望まれている。
【０００３】
【従来の技術】図５に入力電荷を電荷／電圧変換して出
力電圧信号に変換する信号変換回路を用いた従来の固体
撮像素子の主要部の概要構成を示す。図５においては、
説明の簡略化のため、４個の図示しないフォトダイオー
ドの出力電荷を出力電圧信号に変換して順次出力する固
体撮像素子について説明する。
力電圧信号に変換する信号変換回路を用いた従来の固体
撮像素子の主要部の概要構成を示す。図５においては、
説明の簡略化のため、４個の図示しないフォトダイオー
ドの出力電荷を出力電圧信号に変換して順次出力する固
体撮像素子について説明する。
【０００４】固体撮像素子５０は、大別すると、図示し
ないフォトダイオード（光電変換手段）により発生した
電荷の取込みタイミングを制御する入力制御部５１と、
電荷を蓄積し、出力電圧信号に変換する信号変換回路５
２と、外部から入力される選択パルス信号φ1 〜φ4 に
づいて電荷変換部の出力電圧信号を所定タイミングで外
部に出力するための出力制御部５３と、を備えて構成さ
れている。
ないフォトダイオード（光電変換手段）により発生した
電荷の取込みタイミングを制御する入力制御部５１と、
電荷を蓄積し、出力電圧信号に変換する信号変換回路５
２と、外部から入力される選択パルス信号φ1 〜φ4 に
づいて電荷変換部の出力電圧信号を所定タイミングで外
部に出力するための出力制御部５３と、を備えて構成さ
れている。
【０００５】入力制御部５１は、入力制御信号Ｖｏがゲ
ート端子に入力された４個の入力制御トランジスタ５５
-1〜５５-4を備えて構成されている。信号変換回路５２
は、変換用浮遊容量（拡散層容量、ゲート容量等）に電
荷を蓄積し、電荷／電圧変換する複数の変換容量部５６
-1〜５６-4を備えて構成されている。
ート端子に入力された４個の入力制御トランジスタ５５
-1〜５５-4を備えて構成されている。信号変換回路５２
は、変換用浮遊容量（拡散層容量、ゲート容量等）に電
荷を蓄積し、電荷／電圧変換する複数の変換容量部５６
-1〜５６-4を備えて構成されている。
【０００６】ここで、第１変換容量部５６-1の構成につ
いて詳細に説明する。第１変換容量部５６-1は、ドレイ
ン端子にドレイン電圧ＶDAが印加され、蓄積した電荷量
に対応する電圧がゲート端子に印加されて、ソースフォ
ロワ回路を構成して出力電圧信号をソース端子を介して
出力する駆動トランジスタ５７-1と、リセット信号φＲ
に基づいてリセットドレイン電圧ＶDRを駆動トランジス
タ５７ -1のゲート端子に印加するリセットトランジスタ
５８-1と、を備えて構成されている。
いて詳細に説明する。第１変換容量部５６-1は、ドレイ
ン端子にドレイン電圧ＶDAが印加され、蓄積した電荷量
に対応する電圧がゲート端子に印加されて、ソースフォ
ロワ回路を構成して出力電圧信号をソース端子を介して
出力する駆動トランジスタ５７-1と、リセット信号φＲ
に基づいてリセットドレイン電圧ＶDRを駆動トランジス
タ５７ -1のゲート端子に印加するリセットトランジスタ
５８-1と、を備えて構成されている。
【０００７】出力制御部５３は、列選択を行うための選
択パルス信号φ1 、…、φ4 がそれぞれゲート端子に入
力された４個の出力制御トランジスタ５９-1〜５９-4を
備えて構成されている。
択パルス信号φ1 、…、φ4 がそれぞれゲート端子に入
力された４個の出力制御トランジスタ５９-1〜５９-4を
備えて構成されている。
【０００８】次に図６を参照して信号変換回路の動作を
第１変換容量部５６-1を主として説明する。時刻ｔ11に
リセット信号φＲが“Ｈ”レベルとなると、第１変換容
量部５６-1の電位レベル（ＶF-1 ’）は、電荷が掃き出
されることにより初期電位レベルに上昇する（図６
（ｆ）参照）。
第１変換容量部５６-1を主として説明する。時刻ｔ11に
リセット信号φＲが“Ｈ”レベルとなると、第１変換容
量部５６-1の電位レベル（ＶF-1 ’）は、電荷が掃き出
されることにより初期電位レベルに上昇する（図６
（ｆ）参照）。
【０００９】そして時刻ｔ12にリセット信号φＲが再び
“Ｌ”レベルとなると、第１変換容量部５６-1の電位は
所定電圧低下し、安定状態となる。時刻ｔ13において、
４個の入力制御トランジスタを介して流入し、図示しな
いフォトダイオードで光電変換された電荷は、変換容量
部の変換用浮遊容量に蓄積され、ソースフォロワを構成
している変換トランジスタのゲート端子に電圧として印
加される。
“Ｌ”レベルとなると、第１変換容量部５６-1の電位は
所定電圧低下し、安定状態となる。時刻ｔ13において、
４個の入力制御トランジスタを介して流入し、図示しな
いフォトダイオードで光電変換された電荷は、変換容量
部の変換用浮遊容量に蓄積され、ソースフォロワを構成
している変換トランジスタのゲート端子に電圧として印
加される。
【００１０】この時、第１変換容量部５６-1の電位レベ
ルは、入力電荷量に応じて低下し、電荷流入を終えた時
点のレベルを保持することとなる。その後、時刻ｔ14に
選択パルス信号φ1 が“Ｈ”レベルになると、第１出力
制御トランジスタ５９-1がオン（閉）状態となり、第１
変換容量部５６-1の電位レベルが出力電圧信号の電位レ
ベルとして出力されることとなる。
ルは、入力電荷量に応じて低下し、電荷流入を終えた時
点のレベルを保持することとなる。その後、時刻ｔ14に
選択パルス信号φ1 が“Ｈ”レベルになると、第１出力
制御トランジスタ５９-1がオン（閉）状態となり、第１
変換容量部５６-1の電位レベルが出力電圧信号の電位レ
ベルとして出力されることとなる。
【００１１】以下、同様にして、第２変換容量部５６-2
〜第４変換容量部５６-4についても、電荷／電圧変換動
作が行われ、全ての変換容量部による出力動作完了後、
再びリセット信号φＲによるリセット動作が行われるこ
ととなる。
〜第４変換容量部５６-4についても、電荷／電圧変換動
作が行われ、全ての変換容量部による出力動作完了後、
再びリセット信号φＲによるリセット動作が行われるこ
ととなる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、変換
容量部に蓄えられた電荷を掃き出し、リセットする際に
は列選択は行われておらず、すなわち、選択パルス信号
φ1 〜φ4 はいずれも“Ｌ”レベルであり、出力制御ト
ランジスタは全てオフ（開）状態となっている。
容量部に蓄えられた電荷を掃き出し、リセットする際に
は列選択は行われておらず、すなわち、選択パルス信号
φ1 〜φ4 はいずれも“Ｌ”レベルであり、出力制御ト
ランジスタは全てオフ（開）状態となっている。
【００１３】このため、ソースフォロワの駆動トランジ
スタのソース及びチャネル表面は浮遊状態となってお
り、駆動トランジスタのドレイン電圧ＶDAに引っ張られ
て、高い電圧状態になっている。
スタのソース及びチャネル表面は浮遊状態となってお
り、駆動トランジスタのドレイン電圧ＶDAに引っ張られ
て、高い電圧状態になっている。
【００１４】この状態でリセット動作を行わせると、通
常はリセットドレイン電圧ＶDRはドレイン電圧ＶDAとほ
ぼ等しいため、ゲート−チャネル間電位ＶGCが小さくな
る。この状態で、列選択が行われると、ソースフォロワ
の出力は負荷に引かれて低下する。この低下に伴い、ゲ
ート−チャネル間電位ＶGCに依存して変換容量部の変換
用浮遊容量の電位も低下するため、ゲート−チャネル間
電位ＶGCが小さいと出力電圧の低下も大きくなる。
常はリセットドレイン電圧ＶDRはドレイン電圧ＶDAとほ
ぼ等しいため、ゲート−チャネル間電位ＶGCが小さくな
る。この状態で、列選択が行われると、ソースフォロワ
の出力は負荷に引かれて低下する。この低下に伴い、ゲ
ート−チャネル間電位ＶGCに依存して変換容量部の変換
用浮遊容量の電位も低下するため、ゲート−チャネル間
電位ＶGCが小さいと出力電圧の低下も大きくなる。
【００１５】このように従来の固体撮像素子において
は、電荷が無い状態（黒レベル）の出力電圧レベルが低
くなるため出力電圧信号のダイナミックレンジが制限さ
れ、出力電圧振幅（出力電圧感度）が大きく取れないの
で、出力電圧信号のＳ／Ｎを向上することができないと
いう問題点があった。
は、電荷が無い状態（黒レベル）の出力電圧レベルが低
くなるため出力電圧信号のダイナミックレンジが制限さ
れ、出力電圧振幅（出力電圧感度）が大きく取れないの
で、出力電圧信号のＳ／Ｎを向上することができないと
いう問題点があった。
【００１６】そこで、本発明の目的は、出力電圧感度が
大きく取れ、出力電圧信号のＳ／Ｎを向上させることが
可能な信号変換回路、固体撮像素子及び撮像装置を提供
することにある。
大きく取れ、出力電圧信号のＳ／Ｎを向上させることが
可能な信号変換回路、固体撮像素子及び撮像装置を提供
することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、入力電荷量を電荷／電圧変
換して出力電圧信号として出力する信号変換回路におい
て、入力電荷を蓄積し、蓄積電荷量を電圧信号に変換し
て出力する変換手段と、ソースフォロワ回路を構成し、
前記電圧信号がゲート端子に印加され、前記電圧信号に
基づいて前記出力電圧信号をソース端子から出力する駆
動トランジスタと、前記変換手段のリセット時に前記駆
動トランジスタにおけるゲート−チャネル間電圧差が所
定の電圧差となるように前記駆動トランジスタのドレイ
ン電圧を印加するドレイン電圧印加手段と、を備えて構
成する。
め、請求項１記載の発明は、入力電荷量を電荷／電圧変
換して出力電圧信号として出力する信号変換回路におい
て、入力電荷を蓄積し、蓄積電荷量を電圧信号に変換し
て出力する変換手段と、ソースフォロワ回路を構成し、
前記電圧信号がゲート端子に印加され、前記電圧信号に
基づいて前記出力電圧信号をソース端子から出力する駆
動トランジスタと、前記変換手段のリセット時に前記駆
動トランジスタにおけるゲート−チャネル間電圧差が所
定の電圧差となるように前記駆動トランジスタのドレイ
ン電圧を印加するドレイン電圧印加手段と、を備えて構
成する。
【００１８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記ドレイン電圧印加手段は、通常動作時
に前記ドレイン電圧を印加するための通常ドレイン電圧
印加手段と、前記リセット時に前記ドレイン電圧を印加
するためのリセットドレイン電圧印加手段と、外部から
の制御信号に基づいて、前記通常ドレイン電圧印加手段
あるいは前記リセットドレイン電圧印加手段を前記駆動
トランジスタのドレイン端子に接続する切換手段と、を
備えて構成する。
明において、前記ドレイン電圧印加手段は、通常動作時
に前記ドレイン電圧を印加するための通常ドレイン電圧
印加手段と、前記リセット時に前記ドレイン電圧を印加
するためのリセットドレイン電圧印加手段と、外部から
の制御信号に基づいて、前記通常ドレイン電圧印加手段
あるいは前記リセットドレイン電圧印加手段を前記駆動
トランジスタのドレイン端子に接続する切換手段と、を
備えて構成する。
【００１９】請求項３記載の発明は、一次元あるいは二
次元に配置され、入力光を電荷に変換して出力する複数
の光電変換手段と、前記光電変換手段のそれぞれに接続
された複数の請求項１又は請求項２記載の信号変換回路
と、前記信号変換回路の出力電圧信号を順次切り換えて
撮像信号として出力する出力切換手段と、を備えて構成
する。
次元に配置され、入力光を電荷に変換して出力する複数
の光電変換手段と、前記光電変換手段のそれぞれに接続
された複数の請求項１又は請求項２記載の信号変換回路
と、前記信号変換回路の出力電圧信号を順次切り換えて
撮像信号として出力する出力切換手段と、を備えて構成
する。
【００２０】請求項４記載の発明は、請求項３記載の発
明である固体撮像素子と、前記光電変換手段上に外部か
らの入射光を集光する光学手段と、前記撮像信号を信号
処理して、所定の信号フォーマットを有する画像信号と
して出力する信号処理手段と、を備えて構成する。
明である固体撮像素子と、前記光電変換手段上に外部か
らの入射光を集光する光学手段と、前記撮像信号を信号
処理して、所定の信号フォーマットを有する画像信号と
して出力する信号処理手段と、を備えて構成する。
【００２１】
【作用】請求項１記載の発明によれば、変換手段は、入
力電荷を蓄積し、蓄積電荷量を電圧信号に変換して駆動
トランジスタのゲート端子に印加し、駆動トランジスタ
は、電圧信号に基づいて出力電圧信号をソース端子から
出力する。
力電荷を蓄積し、蓄積電荷量を電圧信号に変換して駆動
トランジスタのゲート端子に印加し、駆動トランジスタ
は、電圧信号に基づいて出力電圧信号をソース端子から
出力する。
【００２２】これと並行してドレイン電圧印加手段は、
変換手段のリセット時に駆動トランジスタにおけるゲー
ト−チャネル間電圧差が所定の電圧差となるように駆動
トランジスタのドレイン電圧を印加する。
変換手段のリセット時に駆動トランジスタにおけるゲー
ト−チャネル間電圧差が所定の電圧差となるように駆動
トランジスタのドレイン電圧を印加する。
【００２３】従って、リセット時に駆動トランジスタの
ゲート−チャネル間電圧差が大きくなることにより変換
手段における駆動電圧信号レベルの低下が発生しないの
で、出力電圧信号のダイナミックレンジを拡大すること
ができる。
ゲート−チャネル間電圧差が大きくなることにより変換
手段における駆動電圧信号レベルの低下が発生しないの
で、出力電圧信号のダイナミックレンジを拡大すること
ができる。
【００２４】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明の作用に加えて、切換手段は、外部からの制御
信号に基づいて通常ドレイン電圧印加手段、あるいは、
リセットドレイン電圧印加手段を駆動トランジスタのド
レイン端子に接続する。
載の発明の作用に加えて、切換手段は、外部からの制御
信号に基づいて通常ドレイン電圧印加手段、あるいは、
リセットドレイン電圧印加手段を駆動トランジスタのド
レイン端子に接続する。
【００２５】この結果、通常ドレイン電圧印加手段は、
通常動作時にドレイン電圧を印加し、リセットドレイン
電圧印加手段は、リセット時にリセットドレイン電圧を
印加する。
通常動作時にドレイン電圧を印加し、リセットドレイン
電圧印加手段は、リセット時にリセットドレイン電圧を
印加する。
【００２６】従って、リセット時に駆動トランジスタの
ゲート−チャネル間電圧差を所定の値に保持することが
でき変換手段における電圧信号レベルの低下が発生しな
いので、出力電圧信号のダイナミックレンジを拡大する
ことができる。
ゲート−チャネル間電圧差を所定の値に保持することが
でき変換手段における電圧信号レベルの低下が発生しな
いので、出力電圧信号のダイナミックレンジを拡大する
ことができる。
【００２７】請求項３記載の発明によれば、複数の光電
変換手段は、入力光を電荷に変換して信号変換回路に出
力する。信号変換回路の変換手段はリセット時に駆動ト
ランジスタにおけるゲート−チャネル間電圧差が所定の
電圧差となるように駆動トランジスタにドレイン電圧を
印加し、出力切換手段は、信号変換回路の出力電圧信号
を順次切り換えて撮像信号として出力する。
変換手段は、入力光を電荷に変換して信号変換回路に出
力する。信号変換回路の変換手段はリセット時に駆動ト
ランジスタにおけるゲート−チャネル間電圧差が所定の
電圧差となるように駆動トランジスタにドレイン電圧を
印加し、出力切換手段は、信号変換回路の出力電圧信号
を順次切り換えて撮像信号として出力する。
【００２８】従って、リセット時に駆動トランジスタの
ゲート−チャネル間電圧差を所定の値に保持することが
でき変換手段における電圧信号レベルの低下が発生しな
いので、出力電圧信号、ひいては、撮像信号のダイナミ
ックレンジを拡大することができる。
ゲート−チャネル間電圧差を所定の値に保持することが
でき変換手段における電圧信号レベルの低下が発生しな
いので、出力電圧信号、ひいては、撮像信号のダイナミ
ックレンジを拡大することができる。
【００２９】請求項４記載の発明によれば、光学手段
は、光電変換手段上に外部からの入射光を集光する。こ
れにより撮像回路は、入射光に基づいて撮像信号を出力
し、信号処理手段は、撮像信号を信号処理して、所定の
信号フォーマットを有する画像信号として出力する。
は、光電変換手段上に外部からの入射光を集光する。こ
れにより撮像回路は、入射光に基づいて撮像信号を出力
し、信号処理手段は、撮像信号を信号処理して、所定の
信号フォーマットを有する画像信号として出力する。
【００３０】この場合において、撮像信号のダイナミッ
クレンジは拡大されるので、それによって得られる画像
信号もダイナミックレンジが拡大し、コントラスト比等
が大きく、Ｓ／Ｎの高い良好な画像を得ることが可能と
なる。
クレンジは拡大されるので、それによって得られる画像
信号もダイナミックレンジが拡大し、コントラスト比等
が大きく、Ｓ／Ｎの高い良好な画像を得ることが可能と
なる。
【００３１】
【実施例】次に図面を参照して本発明の好適な実施例を
説明する。原理 まず、具体的な実施例の説明に先立ち、本発明の原理に
ついて説明する。
説明する。原理 まず、具体的な実施例の説明に先立ち、本発明の原理に
ついて説明する。
【００３２】出力電圧振幅が大きく取れないのは、電荷
が無い状態（黒レベル）の出力電圧（以下、黒レベル電
圧という。）が低いためであるから、この黒レベル電圧
を高くする必要がある。黒レベル電圧を低下させている
のは、電荷を掃き出すべくリセットが行われた場合、す
なわち、リセットドレイン電圧ＶDRが印加された場合に
変換用浮遊容量（浮遊拡散層）に接続されているソース
フォロワの駆動トランジスタのゲート−チャネル間電圧
ＶGCが小さいためである。
が無い状態（黒レベル）の出力電圧（以下、黒レベル電
圧という。）が低いためであるから、この黒レベル電圧
を高くする必要がある。黒レベル電圧を低下させている
のは、電荷を掃き出すべくリセットが行われた場合、す
なわち、リセットドレイン電圧ＶDRが印加された場合に
変換用浮遊容量（浮遊拡散層）に接続されているソース
フォロワの駆動トランジスタのゲート−チャネル間電圧
ＶGCが小さいためである。
【００３３】従って、リセット動作が行われる際にドレ
イン電圧ＶDAを小さくして、ゲート−チャネル間電圧Ｖ
GCを大きくするとともに、列選択が行われる際にドレイ
ン電圧ＶDAを元の電位に戻せばよい。
イン電圧ＶDAを小さくして、ゲート−チャネル間電圧Ｖ
GCを大きくするとともに、列選択が行われる際にドレイ
ン電圧ＶDAを元の電位に戻せばよい。
【００３４】この原理を模式的な回路図で示すと図１の
ようになる。変換容量の電圧をＶF とし、ソースフォロ
ワの駆動トランジスタのソース電位をＶS とし、ソース
フォロワの駆動トランジスタのゲート−チャネル間容量
をＣ GCとし、変換容量のＣGC以外の容量をＣF とする。
以下の説明においては、列選択をしていないリセット時
の状態を状態１、列選択を行っている状態を状態２とす
る。
ようになる。変換容量の電圧をＶF とし、ソースフォロ
ワの駆動トランジスタのソース電位をＶS とし、ソース
フォロワの駆動トランジスタのゲート−チャネル間容量
をＣ GCとし、変換容量のＣGC以外の容量をＣF とする。
以下の説明においては、列選択をしていないリセット時
の状態を状態１、列選択を行っている状態を状態２とす
る。
【００３５】容量ＣF に蓄積された状態１における総電
荷量Ｑ1 、状態２における総電荷量Ｑ2 は、 Ｑ1 ＝ＶF1・ＣF ＋（ＶF1−ＶS1）・ＣGC Ｑ2 ＝ＶF2・ＣF ＋（ＶF2−ＶS2）・ＣGC と表わされる。また、ソースフォロワの利得をＡとする
と、 ＶS2＝Ａ・ＶF2 （Ａ：Ａ＜１） である。また、状態２を黒レベル状態とすると、Ｑ1 ＝
Ｑ2 なので、状態２のソースフォロワの駆動トランジス
タのソース電位、即ち出力電圧ＶOUT は、
荷量Ｑ1 、状態２における総電荷量Ｑ2 は、 Ｑ1 ＝ＶF1・ＣF ＋（ＶF1−ＶS1）・ＣGC Ｑ2 ＝ＶF2・ＣF ＋（ＶF2−ＶS2）・ＣGC と表わされる。また、ソースフォロワの利得をＡとする
と、 ＶS2＝Ａ・ＶF2 （Ａ：Ａ＜１） である。また、状態２を黒レベル状態とすると、Ｑ1 ＝
Ｑ2 なので、状態２のソースフォロワの駆動トランジス
タのソース電位、即ち出力電圧ＶOUT は、
【００３６】
【数１】 となる。したがって、リセット時のソース電位ＶS を小
さくすることによって、黒レベルの出力電圧を高くでき
ることがわかる。実施例 次に、より具体的な実施例を説明する。
さくすることによって、黒レベルの出力電圧を高くでき
ることがわかる。実施例 次に、より具体的な実施例を説明する。
【００３７】図２に撮像装置の概要構成ブロック図を示
す。撮像装置１は、大別すると、被写体からの光を集光
する対物レンズ等の光学素子２と、光学素子２により集
光された光を受光して光電変換し、出力電圧信号Ｖ OUT
として出力する固体撮像素子３と、出力電圧信号ＶOUT
を信号処理し、画像信号ＳVIDE0 として出力す信号処理
回路４と、各種電源を供給する電源５と、撮像装置１全
体を制御するコントローラ６と、を備えて構成されてい
る。
す。撮像装置１は、大別すると、被写体からの光を集光
する対物レンズ等の光学素子２と、光学素子２により集
光された光を受光して光電変換し、出力電圧信号Ｖ OUT
として出力する固体撮像素子３と、出力電圧信号ＶOUT
を信号処理し、画像信号ＳVIDE0 として出力す信号処理
回路４と、各種電源を供給する電源５と、撮像装置１全
体を制御するコントローラ６と、を備えて構成されてい
る。
【００３８】固体撮像素子３は、被写体からの光を光電
変換する光電変換素子であるフォトダイオードを二次元
配列した光電変換素子部１０と、光電変換素子部１０に
より生成した電荷を取込む入力制御部１１と、電荷を蓄
積し、出力電圧信号に変換する信号変換回路１２と、外
部から入力される選択パルス信号φ1 〜φ4 に基づいて
信号変換回路１２の出力電圧信号を所定タイミングで外
部に出力するための出力制御部１３と、を備えて構成さ
れている。
変換する光電変換素子であるフォトダイオードを二次元
配列した光電変換素子部１０と、光電変換素子部１０に
より生成した電荷を取込む入力制御部１１と、電荷を蓄
積し、出力電圧信号に変換する信号変換回路１２と、外
部から入力される選択パルス信号φ1 〜φ4 に基づいて
信号変換回路１２の出力電圧信号を所定タイミングで外
部に出力するための出力制御部１３と、を備えて構成さ
れている。
【００３９】図３に固体撮像素子３の主要部の回路構成
を示す。入力制御部１１は、図では省略したトランジス
タ等の回路と入力制御信号Ｖｏがゲート端子に入力され
た４個の入力制御トランジスタ１５-1〜１５-4を備えて
構成されている。
を示す。入力制御部１１は、図では省略したトランジス
タ等の回路と入力制御信号Ｖｏがゲート端子に入力され
た４個の入力制御トランジスタ１５-1〜１５-4を備えて
構成されている。
【００４０】信号変換回路１２は、変換用浮遊容量（拡
散層容量、ゲート容量等）に電荷を蓄積し、電荷／電圧
変換する複数の変換容量部１７-1〜１７-4と、ドレイン
電圧制御信号φDA（若しくは反転ドレイン電圧制御信号
／φDA）に基づいて、後述の駆動トランジスタ１９のド
レイン端子にドレイン電圧ＶDAを印加し、あるいは、駆
動トランジスタ１９のドレイン端子を接地するドレイン
電圧制御回路１８と、を備えて構成されている。
散層容量、ゲート容量等）に電荷を蓄積し、電荷／電圧
変換する複数の変換容量部１７-1〜１７-4と、ドレイン
電圧制御信号φDA（若しくは反転ドレイン電圧制御信号
／φDA）に基づいて、後述の駆動トランジスタ１９のド
レイン端子にドレイン電圧ＶDAを印加し、あるいは、駆
動トランジスタ１９のドレイン端子を接地するドレイン
電圧制御回路１８と、を備えて構成されている。
【００４１】ここで、第１変換容量部１７-1の構成につ
いて詳細に説明する。第１変換容量部１７-1は、ドレイ
ン端子にドレイン電圧ＶDAが印加され（若しくは接地さ
れ）、蓄積した電荷量に対応する電圧が変換用浮遊容量
と接続されたゲート端子に印加されるとともに、ソース
フォロワ回路を構成して出力電圧信号をソース端子を介
して出力する駆動トランジスタ１９-1と、リセット信号
φＲに基づいてリセットドレイン電圧ＶDRを駆動トラン
ジスタのゲート端子に印加するリセットトランジスタ２
０-1と、備えて構成されている。
いて詳細に説明する。第１変換容量部１７-1は、ドレイ
ン端子にドレイン電圧ＶDAが印加され（若しくは接地さ
れ）、蓄積した電荷量に対応する電圧が変換用浮遊容量
と接続されたゲート端子に印加されるとともに、ソース
フォロワ回路を構成して出力電圧信号をソース端子を介
して出力する駆動トランジスタ１９-1と、リセット信号
φＲに基づいてリセットドレイン電圧ＶDRを駆動トラン
ジスタのゲート端子に印加するリセットトランジスタ２
０-1と、備えて構成されている。
【００４２】出力制御部１３は、列選択を行うための選
択パルス信号φ1 、…、φ4 がそれぞれゲート端子に入
力された４個の出力制御トランジスタ２１-1〜２１-4を
備えて構成されている。
択パルス信号φ1 、…、φ4 がそれぞれゲート端子に入
力された４個の出力制御トランジスタ２１-1〜２１-4を
備えて構成されている。
【００４３】次に図４を参照して信号変換回路１２の動
作を第１変換容量部１７-1を主として説明する。時刻ｔ
1 にリセット信号φＲが“Ｈ”レベルとなると、第１変
換容量部１７-1の電位レベルは、電荷が掃き出されるこ
とにより初期電位レベルに上昇する（図４（ｇ）参
照）。
作を第１変換容量部１７-1を主として説明する。時刻ｔ
1 にリセット信号φＲが“Ｈ”レベルとなると、第１変
換容量部１７-1の電位レベルは、電荷が掃き出されるこ
とにより初期電位レベルに上昇する（図４（ｇ）参
照）。
【００４４】時刻ｔ3 にドレイン電圧制御信号φDAが
“Ｌ”レベルとなると、ドレイン電圧制御回路１８は、
駆動トランジスタ１９-1のドレイン端子を接地する。こ
れにより、駆動トランジスタ１９-1のゲート−チャネル
間電圧は所定の値を保持することができるため、時刻ｔ
2 にリセット信号φＲが再び“Ｌ”レベルとなっても、
第１変換容量部１７-1の電位レベルが低下することな
く、安定状態となる。
“Ｌ”レベルとなると、ドレイン電圧制御回路１８は、
駆動トランジスタ１９-1のドレイン端子を接地する。こ
れにより、駆動トランジスタ１９-1のゲート−チャネル
間電圧は所定の値を保持することができるため、時刻ｔ
2 にリセット信号φＲが再び“Ｌ”レベルとなっても、
第１変換容量部１７-1の電位レベルが低下することな
く、安定状態となる。
【００４５】その後、図示しないフォトダイオードで光
電変換された電荷が、第１変換容量部１７-1の変換用浮
遊容量１６-1に蓄積され、ソースフォロワを構成してい
る駆動トランジスタ１９-1のゲート端子に電圧として印
加される。
電変換された電荷が、第１変換容量部１７-1の変換用浮
遊容量１６-1に蓄積され、ソースフォロワを構成してい
る駆動トランジスタ１９-1のゲート端子に電圧として印
加される。
【００４６】この時、第１変換容量部１７-1の電位レベ
ル（ＶF-1 ）は、入力電荷量に応じて低下し（図４
（ｇ）参照）、入力電荷の流入が終了した時点のレベル
を保持することとなる。
ル（ＶF-1 ）は、入力電荷量に応じて低下し（図４
（ｇ）参照）、入力電荷の流入が終了した時点のレベル
を保持することとなる。
【００４７】その後、時刻ｔ4 に選択パルス信号φ1 が
“Ｈ”レベルになると、第１出力制御トランスタ２１-1
がオン（閉）状態となり、第１変換容量部１７-1の電位
レベルが出力電圧信号の電位レベルとして出力されるこ
ととなる。
“Ｈ”レベルになると、第１出力制御トランスタ２１-1
がオン（閉）状態となり、第１変換容量部１７-1の電位
レベルが出力電圧信号の電位レベルとして出力されるこ
ととなる。
【００４８】以下、同様にして、第２変換容量部１７-1
〜第４変換容量部１７-4についても、電荷／電圧変換動
作が行われ、全ての変換容量部による出力動作完了後、
再びリセット信号φＲによるリセット動作が行われるこ
ととなる。
〜第４変換容量部１７-4についても、電荷／電圧変換動
作が行われ、全ての変換容量部による出力動作完了後、
再びリセット信号φＲによるリセット動作が行われるこ
ととなる。
【００４９】以上の説明のように、本実施例によれば、
リセット動作時に変換容量部の電位レベルが変動せず、
電荷が無い状態（黒レベル）の出力電圧レベルが低下す
ることがなく出力電圧信号のダイナミックレンジが制限
されることがないので、出力電圧振幅（出力電圧感度）
が大きく取れ、出力電圧信号のＳ／Ｎを向上することが
できる。
リセット動作時に変換容量部の電位レベルが変動せず、
電荷が無い状態（黒レベル）の出力電圧レベルが低下す
ることがなく出力電圧信号のダイナミックレンジが制限
されることがないので、出力電圧振幅（出力電圧感度）
が大きく取れ、出力電圧信号のＳ／Ｎを向上することが
できる。
【００５０】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、変換手段
は、入力電荷を蓄積し、蓄積電荷量を電圧信号に変換し
て駆動トランジスタのゲート端子に印加し、駆動トラン
ジスタは、電圧信号に基づいて出力電圧信号をソース端
子から出力し、これと並行してドレイン電圧印加手段
は、変換手段のリセット時に駆動トランジスタにおける
ゲート−チャネル間電圧差が所定の電圧差となるように
駆動トランジスタのドレイン電圧を印加するので、リセ
ット時に駆動トランジスタのゲート−チャネル間電圧差
が大きくなることにより変換手段における駆動電圧信号
レベルの低下が発生しないので、出力電圧信号のダイナ
ミックレンジを拡大することができる。
は、入力電荷を蓄積し、蓄積電荷量を電圧信号に変換し
て駆動トランジスタのゲート端子に印加し、駆動トラン
ジスタは、電圧信号に基づいて出力電圧信号をソース端
子から出力し、これと並行してドレイン電圧印加手段
は、変換手段のリセット時に駆動トランジスタにおける
ゲート−チャネル間電圧差が所定の電圧差となるように
駆動トランジスタのドレイン電圧を印加するので、リセ
ット時に駆動トランジスタのゲート−チャネル間電圧差
が大きくなることにより変換手段における駆動電圧信号
レベルの低下が発生しないので、出力電圧信号のダイナ
ミックレンジを拡大することができる。
【００５１】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明の効果に加えて、通常ドレイン電圧印加手段
は、通常動作時にドレイン電圧を印加し、リセットドレ
イン電圧印加手段は、リセット時にリセットドレイン電
圧を印加するので、リセット時に駆動トランジスタのゲ
ート−チャネル間電圧差を所定の値に保持することがで
き変換手段における電圧レベルの低下が発生しないの
で、出力電圧信号のダイナミックレンジを拡大すること
ができる。
載の発明の効果に加えて、通常ドレイン電圧印加手段
は、通常動作時にドレイン電圧を印加し、リセットドレ
イン電圧印加手段は、リセット時にリセットドレイン電
圧を印加するので、リセット時に駆動トランジスタのゲ
ート−チャネル間電圧差を所定の値に保持することがで
き変換手段における電圧レベルの低下が発生しないの
で、出力電圧信号のダイナミックレンジを拡大すること
ができる。
【００５２】請求項３記載の発明によれば、信号変換回
路の変換手段はリセット時に駆動トランジスタにおける
ゲート−チャネル間電圧差が所定の電圧差となるように
駆動トランジスタのドレイン電圧を印加し、出力切換手
段は、信号変換回路の出力電圧信号を順次切り換えて撮
像信号として出力するので、リセット時に駆動トランジ
スタのゲート−チャネル間電圧差を所定の値に保持する
ことができ変換手段における電圧レベルの低下が発生し
ないので、出力電圧信号、ひいては、撮像信号のダイナ
ミックレンジを拡大することができる。
路の変換手段はリセット時に駆動トランジスタにおける
ゲート−チャネル間電圧差が所定の電圧差となるように
駆動トランジスタのドレイン電圧を印加し、出力切換手
段は、信号変換回路の出力電圧信号を順次切り換えて撮
像信号として出力するので、リセット時に駆動トランジ
スタのゲート−チャネル間電圧差を所定の値に保持する
ことができ変換手段における電圧レベルの低下が発生し
ないので、出力電圧信号、ひいては、撮像信号のダイナ
ミックレンジを拡大することができる。
【００５３】請求項４記載の発明によれば、固体撮像素
子は、入射光に基づいて撮像信号を出力し、信号処理手
段は、撮像信号を信号処理して、所定の信号フォーマッ
トを有する画像信号として出力するに際し、撮像信号の
ダイナミックレンジは拡大されるので、それによって得
られる画像信号もダイナミックレンジが拡大し、コント
ラストが大きく、Ｓ／Ｎの高い良好な画像を得ることが
可能となる。
子は、入射光に基づいて撮像信号を出力し、信号処理手
段は、撮像信号を信号処理して、所定の信号フォーマッ
トを有する画像信号として出力するに際し、撮像信号の
ダイナミックレンジは拡大されるので、それによって得
られる画像信号もダイナミックレンジが拡大し、コント
ラストが大きく、Ｓ／Ｎの高い良好な画像を得ることが
可能となる。
【図１】本発明の原理説明図である。
【図２】撮像装置の概要構成図である。
【図３】固体撮像素子の主要部の回路構成図である。
【図４】実施例のタイミングチャートである。
【図５】従来の固体撮像素子の主要部の回路構成図であ
る。
る。
【図６】従来例のタイミングチャートである。
１…撮像装置 ２…光学素子 ３…固体撮像素子 ４…信号処理回路 ５…電源 ６…コントローラ １０…光電変換素子部 １１…入力制御部 １２…信号変換回路 １３…出力制御部 １５-1〜１５-4…入力制御トランジスタ １７-1〜１７-4…変換容量部 １８…ドレイン電圧制御回路 １９-1〜１９-4…駆動トランジスタ ２０-1〜２０-4…リセットトランジスタ ２１-1〜２１-4…出力制御トランジスタ ＳVIDE0 …画像信号 ＶOUT …出力電圧信号 Ｖｏ…入力制御信号 ＶDA…ドレイン電圧 φ1 〜φ4 …選択パルス信号 φDA…ドレイン電圧制御信号 ／φDA…反転ドレイン電圧制御信号
Claims (4)
- 【請求項１】 入力電荷量を電荷／電圧変換して出力電
圧信号として出力する信号変換回路において、 入力電荷を蓄積し、蓄積電荷量を電圧信号に変換して出
力する変換手段と、 ソースフォロワ回路を構成し、前記電圧信号がゲート端
子に印加され、前記電圧信号に基づいて前記出力電圧信
号をソース端子から出力する駆動トランジスタと、 前記変換手段のリセット時に前記駆動トランジスタにお
けるゲート−チャネル間電圧差が所定の電圧差となるよ
うに前記駆動トランジスタのドレイン電圧を印加するド
レイン電圧印加手段と、 を備えたことを特徴とする信号変換回路。 - 【請求項２】 請求項１記載の信号変換回路において、 前記ドレイン電圧印加手段は、通常動作時に前記ドレイ
ン電圧を印加するための通常ドレイン電圧印加手段と、 前記リセット時に前記ドレイン電圧を印加するためのリ
セットドレイン電圧印加手段と、 外部からの制御信号に基づいて、前記通常ドレイン電圧
印加手段あるいは前記リセットドレイン電圧印加手段を
前記駆動トランジスタのドレイン端子に接続する切換手
段と、 を備えたことを特徴とする信号変換回路。 - 【請求項３】 一次元あるいは二次元に配置され、入力
光を電荷に変換して出力する複数の光電変換手段と、 前記光電変換手段のそれぞれに接続された複数の請求項
１又は請求項２記載の信号変換回路と、 前記信号変換回路の出力電圧信号を順次切り換えて撮像
信号として出力する出力切換手段と、 を備えたことを特徴とする固体撮像素子。 - 【請求項４】 請求項３記載の固体撮像素子と、 前記光電変換手段上に外部からの入射光を集光する光学
手段と、 前記撮像信号を信号処理して、所定の信号フォーマット
を有する画像信号として出力する信号処理手段と、 を備えたことを特徴とする撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7060914A JPH08265650A (ja) | 1995-03-20 | 1995-03-20 | 信号変換回路、これを用いた固体撮像素子及び撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7060914A JPH08265650A (ja) | 1995-03-20 | 1995-03-20 | 信号変換回路、これを用いた固体撮像素子及び撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08265650A true JPH08265650A (ja) | 1996-10-11 |
Family
ID=13156134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7060914A Withdrawn JPH08265650A (ja) | 1995-03-20 | 1995-03-20 | 信号変換回路、これを用いた固体撮像素子及び撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08265650A (ja) |
-
1995
- 1995-03-20 JP JP7060914A patent/JPH08265650A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020604 |