JPH11220662A - イメージセンサ用ノイズ補償回路 - Google Patents
イメージセンサ用ノイズ補償回路Info
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- JPH11220662A JPH11220662A JP10314167A JP31416798A JPH11220662A JP H11220662 A JPH11220662 A JP H11220662A JP 10314167 A JP10314167 A JP 10314167A JP 31416798 A JP31416798 A JP 31416798A JP H11220662 A JPH11220662 A JP H11220662A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
- H04N25/65—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to reset noise, e.g. KTC noise related to CMOS structures by techniques other than CDS
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- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】ＭＯＳ画像形成用アレイの個別的なピクセルに
おけるｋＴＣノイズを補償する方法及び装置を提供す
る。 【解決手段】最初に、ホトダイオードをリセット電圧へ
露呈させ、次いでウエル領域をＶddから切断させてそれ
をフロートさせることによって補償を行う。ウエルをフ
ロートさせることによって、後に導入される（リセット
プロセスの終わりにおいて）ｋＴＣ電荷が再分布され、
従ってそのほとんどはウエルと基板との間のコンデンサ
上に蓄積する。後に、ウエルを再度Ｖddへクランプし、
且つウエルと基板との間のコンデンサに格納されている
ノイズ貢献分が相殺される。本発明装置は、複数個のピ
クセルからなるアレイを有しており、各ピクセルは別々
のウエルを有している。更に、パワー供給源（Ｖdd）の
アクセスはスイッチ可能なものでなければならない。従
って、トランジスタはＶddへの各ピクセルの接続部に設
けられている。
おけるｋＴＣノイズを補償する方法及び装置を提供す
る。 【解決手段】最初に、ホトダイオードをリセット電圧へ
露呈させ、次いでウエル領域をＶddから切断させてそれ
をフロートさせることによって補償を行う。ウエルをフ
ロートさせることによって、後に導入される（リセット
プロセスの終わりにおいて）ｋＴＣ電荷が再分布され、
従ってそのほとんどはウエルと基板との間のコンデンサ
上に蓄積する。後に、ウエルを再度Ｖddへクランプし、
且つウエルと基板との間のコンデンサに格納されている
ノイズ貢献分が相殺される。本発明装置は、複数個のピ
クセルからなるアレイを有しており、各ピクセルは別々
のウエルを有している。更に、パワー供給源（Ｖdd）の
アクセスはスイッチ可能なものでなければならない。従
って、トランジスタはＶddへの各ピクセルの接続部に設
けられている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＭＯＳカメラ用の
ピクセルアレイに関するものであって、更に詳細には、
ピクセルアレイのリセット期間中に個別的なピクセルへ
可変的に導入される熱的ノイズを補償する方法及び装置
に関するものである。
ピクセルアレイに関するものであって、更に詳細には、
ピクセルアレイのリセット期間中に個別的なピクセルへ
可変的に導入される熱的ノイズを補償する方法及び装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＣＭＯＳイメージセンサは、現在、電荷
結合素子（ＣＣＤ）アレイイメージセンサと競争力のあ
るものとなっている。潜在的な適用例としては、デジタ
ルカメラ、自動車用の夜間運転用ディスプレイ、文書キ
ャプチャ及び視覚的通信用のコンピュータ周辺機器など
である。
結合素子（ＣＣＤ）アレイイメージセンサと競争力のあ
るものとなっている。潜在的な適用例としては、デジタ
ルカメラ、自動車用の夜間運転用ディスプレイ、文書キ
ャプチャ及び視覚的通信用のコンピュータ周辺機器など
である。
【０００３】１９７０年代以来、ＣＣＤアレイは電子的
イメージセンサ市場を支配している。ＣＣＤアレイは、
量子効率、光学的フィルファクタ（検知用に使用される
ピクセルの割合）、電荷転送効率、読取り速度、読取り
ノイズ、ダイナミックレンジなどの最も重要な基準にお
いてＣＭＯＳアレイセンサを上回るものであった。しか
しながら、ＣＭＯＳ技術（益々小型化される装置寸法を
含む）における着実な改良は、ＣＭＯＳイメージセンサ
を競争力のあるものとしている。更に、ＣＣＤ技術と比
較して、ＣＭＯＳ技術は電力消費が低く、機能性が増加
されており、且つ潜在的にコストがより低いものであ
る。研究者等は、現在、（ａ）集積化したタイミング・
制御エレクトロニクス、（ｂ）センサアレイ、（ｃ）信
号処理エレクトロニクス、（ｄ）アナログ・デジタル変
換器、（ｅ）インターフェースエレクトロニクスを具備
する単一チップのＣＭＯＳカメラをもくろんでいる。こ
の点に関しては、Ｆｏｓｓｕｍ「ＣＭＯＳイメージセン
サ：１チップ上の電子カメラ（ＣＭＯＳ Ｉｍａｇｅ
Ｓｅｎｓｏｒｓ： Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃａｍｅｒ
ａ Ｏｎ Ａ Ｃｈｉｐ）」、１９９５ＩＥＤＭテクニ
カルダイジェスト、ワシントンＤＣ、１９９５年１２月
１０−１３日、１７−２５頁の文献を参照するとよく、
該文献は引用によって本明細書に取込む。
イメージセンサ市場を支配している。ＣＣＤアレイは、
量子効率、光学的フィルファクタ（検知用に使用される
ピクセルの割合）、電荷転送効率、読取り速度、読取り
ノイズ、ダイナミックレンジなどの最も重要な基準にお
いてＣＭＯＳアレイセンサを上回るものであった。しか
しながら、ＣＭＯＳ技術（益々小型化される装置寸法を
含む）における着実な改良は、ＣＭＯＳイメージセンサ
を競争力のあるものとしている。更に、ＣＣＤ技術と比
較して、ＣＭＯＳ技術は電力消費が低く、機能性が増加
されており、且つ潜在的にコストがより低いものであ
る。研究者等は、現在、（ａ）集積化したタイミング・
制御エレクトロニクス、（ｂ）センサアレイ、（ｃ）信
号処理エレクトロニクス、（ｄ）アナログ・デジタル変
換器、（ｅ）インターフェースエレクトロニクスを具備
する単一チップのＣＭＯＳカメラをもくろんでいる。こ
の点に関しては、Ｆｏｓｓｕｍ「ＣＭＯＳイメージセン
サ：１チップ上の電子カメラ（ＣＭＯＳ Ｉｍａｇｅ
Ｓｅｎｓｏｒｓ： Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃａｍｅｒ
ａ Ｏｎ Ａ Ｃｈｉｐ）」、１９９５ＩＥＤＭテクニ
カルダイジェスト、ワシントンＤＣ、１９９５年１２月
１０−１３日、１７−２５頁の文献を参照するとよく、
該文献は引用によって本明細書に取込む。
【０００４】ＣＣＤアレイは、全ての画像データが、ピ
クセル毎に周辺機器内部のＣＣＤアレイからアナログ電
荷パケットをシフトさせることによって読取られるとい
う点で制限されている。ＣＣＤアレイのピクセルはラン
ダムにアクセス可能なものではない。更に、電圧、容量
及び処理上の拘束条件のために、ＣＣＤアレイはＣＭＯ
Ｓ集積回路において可能なレベルにおいての集積化に良
好に適したものではない。従って、ＣＣＤセンサ用に必
要な何らかの補充的な処理回路（例えば、センサに関連
する情報を格納するためのメモリ）は、通常、別のチッ
プ上に設けねばならない。このことは、勿論、システム
のコストを増加させる。
クセル毎に周辺機器内部のＣＣＤアレイからアナログ電
荷パケットをシフトさせることによって読取られるとい
う点で制限されている。ＣＣＤアレイのピクセルはラン
ダムにアクセス可能なものではない。更に、電圧、容量
及び処理上の拘束条件のために、ＣＣＤアレイはＣＭＯ
Ｓ集積回路において可能なレベルにおいての集積化に良
好に適したものではない。従って、ＣＣＤセンサ用に必
要な何らかの補充的な処理回路（例えば、センサに関連
する情報を格納するためのメモリ）は、通常、別のチッ
プ上に設けねばならない。このことは、勿論、システム
のコストを増加させる。
【０００５】ＣＭＯＳイメージセンサ技術の進化にも拘
らずに、ある残存する問題がそれらが広く受入れられる
ことを阻止している。その様な問題の一つは、ＣＭＯＳ
ピクセル、特に、「受動的ピクセル」に導入されるノイ
ズであり、能動的ピクセルはオンピクセル即ちピクセル
上の増幅器を有しているが、受動的ピクセルはその様な
ものを有するものではない。受動的ピクセル上の読取り
ノイズは、典型的に、２５０電子数ｒ．ｍ．ｓ．の程度
であり、それは市販されているＣＣＤピクセル上での２
０電子数と比較される。
らずに、ある残存する問題がそれらが広く受入れられる
ことを阻止している。その様な問題の一つは、ＣＭＯＳ
ピクセル、特に、「受動的ピクセル」に導入されるノイ
ズであり、能動的ピクセルはオンピクセル即ちピクセル
上の増幅器を有しているが、受動的ピクセルはその様な
ものを有するものではない。受動的ピクセル上の読取り
ノイズは、典型的に、２５０電子数ｒ．ｍ．ｓ．の程度
であり、それは市販されているＣＣＤピクセル上での２
０電子数と比較される。
【０００６】受動的ピクセル上に導入されるノイズの発
生は以下のようにして理解することが可能である。ＣＭ
ＯＳアレイにおいては、各ピクセルは画像を「読取っ
た」後にリセットされねばならない。通常、このリセッ
トステップは、各ピクセルが関連するトランジスタをス
イッチオンさせてリセット電圧が関連するピクセルのホ
トダイオードへ到達することを可能とすることを必要と
する。関連するトランジスタがターンオフされると、ホ
トダイオードの電圧はリセット電圧と等しくなるべきで
ある。しかしながら、トランジスタチャンネル内の熱的
ノイズが各リセットの後各ピクセル内に注入される電荷
の量に何らかの変動を導入する。熱的ノイズは真にラン
ダムなものであるので、個別的なピクセル上に一度発生
する電圧変動は必ずしも同一の変動で再度発生するもの
ではない。従って、初期的時間においてノイズをサンプ
ルし、そのノイズに関する情報を格納し、且つ補正する
ためにその格納した情報を使用することは不可能であ
る。
生は以下のようにして理解することが可能である。ＣＭ
ＯＳアレイにおいては、各ピクセルは画像を「読取っ
た」後にリセットされねばならない。通常、このリセッ
トステップは、各ピクセルが関連するトランジスタをス
イッチオンさせてリセット電圧が関連するピクセルのホ
トダイオードへ到達することを可能とすることを必要と
する。関連するトランジスタがターンオフされると、ホ
トダイオードの電圧はリセット電圧と等しくなるべきで
ある。しかしながら、トランジスタチャンネル内の熱的
ノイズが各リセットの後各ピクセル内に注入される電荷
の量に何らかの変動を導入する。熱的ノイズは真にラン
ダムなものであるので、個別的なピクセル上に一度発生
する電圧変動は必ずしも同一の変動で再度発生するもの
ではない。従って、初期的時間においてノイズをサンプ
ルし、そのノイズに関する情報を格納し、且つ補正する
ためにその格納した情報を使用することは不可能であ
る。
【０００７】以下の説明においては、上述した問題の根
本である熱的ノイズのことを「ｋＴＣノイズ」として言
及する。このことは、ノイズの大きさがボルツマン定数
ｋ、ケルビン温度Ｔ、電流経路内の容量Ｃに関係してい
ることを表わしている。技術的には、該ノイズの大きさ
は、ボルツマン定数と、ケルビン温度と、ピクセルの電
流経路における容量との積の平方根に比例している。各
ピクセルにおける局所的な温度変動はこのランダムなノ
イズを発生させる。
本である熱的ノイズのことを「ｋＴＣノイズ」として言
及する。このことは、ノイズの大きさがボルツマン定数
ｋ、ケルビン温度Ｔ、電流経路内の容量Ｃに関係してい
ることを表わしている。技術的には、該ノイズの大きさ
は、ボルツマン定数と、ケルビン温度と、ピクセルの電
流経路における容量との積の平方根に比例している。各
ピクセルにおける局所的な温度変動はこのランダムなノ
イズを発生させる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の点に
鑑みなされたものであって、上述した如き従来技術の欠
点を解消し、ｋＴＣノイズを補償することの可能な改良
したＭＯＳイメージセンサ及びノイズ補償回路及び方法
を提供することを目的とする。
鑑みなされたものであって、上述した如き従来技術の欠
点を解消し、ｋＴＣノイズを補償することの可能な改良
したＭＯＳイメージセンサ及びノイズ補償回路及び方法
を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、ＭＯＳ画像形
成アレイの個別的なピクセル内のｋＴＣノイズを補償す
る方法及び装置を提供している。リセットプロセス期間
中に発生されるランダムノイズは、ホトダイオード拡散
部とその下側に存在するウエルのＰＮ接合に形成される
擬似的なコンデンサ上に格納される電荷における変動と
して表われる。本発明は、ｋＴＣノイズと関連する電荷
のほとんどを格納するために、バルク基板とウエル領域
の接合に存在する第二擬似的コンデンサを利用してい
る。このことは、最初に、ホトダイオードをリセット電
圧へ露呈させ、次いでウエル領域をＶss又はＶddから切
断してそれをフロートさせることによって達成される。
ウエルをフロートすることを可能とすることによって、
その後に導入されるｋＴＣ電荷は再分布し、従ってその
ほとんどはウエルと基板との間のコンデンサ上に蓄積す
る。後に、ウエルをＶdd又はＶssへ再度クランプさせる
と、ウエルと基板との間のコンデンサに格納されている
電圧ノイズが相殺される。
成アレイの個別的なピクセル内のｋＴＣノイズを補償す
る方法及び装置を提供している。リセットプロセス期間
中に発生されるランダムノイズは、ホトダイオード拡散
部とその下側に存在するウエルのＰＮ接合に形成される
擬似的なコンデンサ上に格納される電荷における変動と
して表われる。本発明は、ｋＴＣノイズと関連する電荷
のほとんどを格納するために、バルク基板とウエル領域
の接合に存在する第二擬似的コンデンサを利用してい
る。このことは、最初に、ホトダイオードをリセット電
圧へ露呈させ、次いでウエル領域をＶss又はＶddから切
断してそれをフロートさせることによって達成される。
ウエルをフロートすることを可能とすることによって、
その後に導入されるｋＴＣ電荷は再分布し、従ってその
ほとんどはウエルと基板との間のコンデンサ上に蓄積す
る。後に、ウエルをＶdd又はＶssへ再度クランプさせる
と、ウエルと基板との間のコンデンサに格納されている
電圧ノイズが相殺される。
【００１０】ｋＴＣノイズ補償技術を実現するために、
各ピクセルに対して別個のウエルを設けるべきである。
更に、パワー又は接地の供給源（Ｖdd又はＶss）へのウ
エルのアクセスはスイッチ可能なものでなければならな
い。従って、各ピクセルのＶdd又はＶssラインへの接続
部には典型的にトランジスタが設けられる。
各ピクセルに対して別個のウエルを設けるべきである。
更に、パワー又は接地の供給源（Ｖdd又はＶss）へのウ
エルのアクセスはスイッチ可能なものでなければならな
い。従って、各ピクセルのＶdd又はＶssラインへの接続
部には典型的にトランジスタが設けられる。
【００１１】本発明の一つの側面は、各々がウエル内に
ホトダイオード拡散部を有している複数個のピクセルか
らなるアレイを具備しておりウエルが半導体基板内に形
成されているイメージセンサにおけるノイズを相殺する
方法を提供している。本方法は（与えられたピクセルに
対して）、（ａ）ホトダイオード拡散部をリセット電圧
へ露呈させることによってホトダイオード拡散部のバイ
アスをリセットし、（ｂ）ウエルをパワー又は接地から
切断し、それによりウエル内の電圧がパワー及び接地に
関してフロートすることを許容し、（ｃ）ホトダイオー
ド拡散部をリセット電圧から切断しそれによりホトダイ
オード内にノイズを導入させ、そのノイズは（ｉ）ホト
ダイオード拡散部とウエルとの間の界面を横断しての第
一電圧降下と、（ii）第一電圧降下よりも大きくウエル
と半導体基板との間の界面を横断しての第二電圧降下と
を有しており、（ｄ）ウエルをパワー又は接地へ再度接
続させ、それにより第二電圧降下のノイズを相殺させる
上記各ステップを有することを特徴としている。このプ
ロセスを完了した後に、イメージセンサはラジエーショ
ン（照射）パターンへ露光させて、ピクセルをそれが露
光されたラジエーション即ち照射に対する時間に関する
照度の積分を表わす電圧へ荷電即ち充電させることが可
能である。
ホトダイオード拡散部を有している複数個のピクセルか
らなるアレイを具備しておりウエルが半導体基板内に形
成されているイメージセンサにおけるノイズを相殺する
方法を提供している。本方法は（与えられたピクセルに
対して）、（ａ）ホトダイオード拡散部をリセット電圧
へ露呈させることによってホトダイオード拡散部のバイ
アスをリセットし、（ｂ）ウエルをパワー又は接地から
切断し、それによりウエル内の電圧がパワー及び接地に
関してフロートすることを許容し、（ｃ）ホトダイオー
ド拡散部をリセット電圧から切断しそれによりホトダイ
オード内にノイズを導入させ、そのノイズは（ｉ）ホト
ダイオード拡散部とウエルとの間の界面を横断しての第
一電圧降下と、（ii）第一電圧降下よりも大きくウエル
と半導体基板との間の界面を横断しての第二電圧降下と
を有しており、（ｄ）ウエルをパワー又は接地へ再度接
続させ、それにより第二電圧降下のノイズを相殺させる
上記各ステップを有することを特徴としている。このプ
ロセスを完了した後に、イメージセンサはラジエーショ
ン（照射）パターンへ露光させて、ピクセルをそれが露
光されたラジエーション即ち照射に対する時間に関する
照度の積分を表わす電圧へ荷電即ち充電させることが可
能である。
【００１２】本発明の別の側面は、上述した方法を実行
するのに適したイメージセンサを提供している。この様
なイメージセンサは、複数個のピクセルからなるアレイ
を有しており、そのうちの少なくとも幾つかは、（ａ）
半導体基板、（ｂ）半導体基板内に形成されており隣接
するピクセルのウエルから分離されている第一導電型の
ウエル、（ｃ）第一導電型と反対の第二導電型でありウ
エル内に形成されているホトダイオード拡散部、（ｄ）
パワー又は接地の供給源、（ｅ）ウエル内に形成されて
いるパワー又は接地へのタップ、（ｆ）パワー及び接地
供給源とタップとの間に配設されているスイッチであっ
て、該スイッチが開成される場合にウエル内のピクセル
電圧がフロートするスイッチ、を有することを特徴とし
ている。好適には、１個又はそれ以上のピクセルが別々
にアドレス可能な受動的ピクセルである。更に好適な実
施例においては、ホトダイオード拡散部がＮ型であり且
つウエルがＰ型である。この場合には、ウエルは供給源
（ｄ）においてパワー（Ｖdd）へバイアスされる。各ピ
クセルのウエルを別々に制御することを可能とするため
に（個別的なノイズ補償のため）、ピクセルのウエル
は、好適には、互いに分離されている。
するのに適したイメージセンサを提供している。この様
なイメージセンサは、複数個のピクセルからなるアレイ
を有しており、そのうちの少なくとも幾つかは、（ａ）
半導体基板、（ｂ）半導体基板内に形成されており隣接
するピクセルのウエルから分離されている第一導電型の
ウエル、（ｃ）第一導電型と反対の第二導電型でありウ
エル内に形成されているホトダイオード拡散部、（ｄ）
パワー又は接地の供給源、（ｅ）ウエル内に形成されて
いるパワー又は接地へのタップ、（ｆ）パワー及び接地
供給源とタップとの間に配設されているスイッチであっ
て、該スイッチが開成される場合にウエル内のピクセル
電圧がフロートするスイッチ、を有することを特徴とし
ている。好適には、１個又はそれ以上のピクセルが別々
にアドレス可能な受動的ピクセルである。更に好適な実
施例においては、ホトダイオード拡散部がＮ型であり且
つウエルがＰ型である。この場合には、ウエルは供給源
（ｄ）においてパワー（Ｖdd）へバイアスされる。各ピ
クセルのウエルを別々に制御することを可能とするため
に（個別的なノイズ補償のため）、ピクセルのウエル
は、好適には、互いに分離されている。
【００１３】該センサは、ピクセルが暗所状態（即ち、
ピクセルが光に露光されていない状態）と関連する電荷
を有するように、ピクセル（例えば、電荷積分器）をリ
セットする回路も有するべきである。好適には、このピ
クセルをリセットする回路は、スイッチを介してホトダ
イオード拡散部へ結合されており、スイッチが閉成され
た場合に、ホトダイオード拡散部はリセット電圧に保持
され、且つ該スイッチが開成された場合に、ホトダイオ
ード拡散部はリセット電圧からアンクランプ即ちクラン
プが解除される。
ピクセルが光に露光されていない状態）と関連する電荷
を有するように、ピクセル（例えば、電荷積分器）をリ
セットする回路も有するべきである。好適には、このピ
クセルをリセットする回路は、スイッチを介してホトダ
イオード拡散部へ結合されており、スイッチが閉成され
た場合に、ホトダイオード拡散部はリセット電圧に保持
され、且つ該スイッチが開成された場合に、ホトダイオ
ード拡散部はリセット電圧からアンクランプ即ちクラン
プが解除される。
【００１４】本発明の別の側面は、物体のイメージ即ち
画像を形成するシステムを提供している。本システム
は、上述したタイプのイメージャ即ち撮像器を有すると
共に、一つ又はそれ以上のピクセルの出力から発生する
イメージ（画像）を出力する一つ又はそれ以上の構成要
素を有している。該イメージは、例えば、デジタルカメ
ラの場合には、写真とすることが可能である。
画像を形成するシステムを提供している。本システム
は、上述したタイプのイメージャ即ち撮像器を有すると
共に、一つ又はそれ以上のピクセルの出力から発生する
イメージ（画像）を出力する一つ又はそれ以上の構成要
素を有している。該イメージは、例えば、デジタルカメ
ラの場合には、写真とすることが可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明を、添付の図面を参考に、
以下に説明する幾つかの好適実施例に関して詳細に説明
する。特に、本発明を、特定のセンサピクセル構成及び
その幾つかの変形例を参照して説明する。しかしなが
ら、本発明はこれらの実施例に制限されるべきものでな
いことを理解すべきである。例えば、そのピクセル構成
が「受動的」構成のものとして説明するが、本発明は、
例えば能動的ピクセル構成などのその他の構成のものに
も適用可能なものである。
以下に説明する幾つかの好適実施例に関して詳細に説明
する。特に、本発明を、特定のセンサピクセル構成及び
その幾つかの変形例を参照して説明する。しかしなが
ら、本発明はこれらの実施例に制限されるべきものでな
いことを理解すべきである。例えば、そのピクセル構成
が「受動的」構成のものとして説明するが、本発明は、
例えば能動的ピクセル構成などのその他の構成のものに
も適用可能なものである。
【００１６】以下の説明では単一のピクセルに焦点を当
てるが、ＣＭＯＳ製造手順に従って形成されるピクセル
アレイ内には、典型的に、この様なピクセルの多数のも
のが設けられるものであることを理解すべきである。典
型的なＣＭＯＳイメージャ（撮像器）は、規則的に配列
した複数個のピクセルを有しており、その各々はセンサ
に入射するラジエーション即ち照射に対して応答するこ
とが可能なものである。ほとんどのデジタルカメラの場
合におけるように、そのラジエーション即ち照射は可視
的電磁照射、即ち可視光である。しかしながら、その他
のタイプの照射の検知も本発明の技術的範囲に含まれる
ものである。好適実施例においては、アレイを構成する
ピクセルはワード線へ接続することによってランダムに
アドレス可能なものであり、且つビット線はその他の適
宜のアーキテクチャである。
てるが、ＣＭＯＳ製造手順に従って形成されるピクセル
アレイ内には、典型的に、この様なピクセルの多数のも
のが設けられるものであることを理解すべきである。典
型的なＣＭＯＳイメージャ（撮像器）は、規則的に配列
した複数個のピクセルを有しており、その各々はセンサ
に入射するラジエーション即ち照射に対して応答するこ
とが可能なものである。ほとんどのデジタルカメラの場
合におけるように、そのラジエーション即ち照射は可視
的電磁照射、即ち可視光である。しかしながら、その他
のタイプの照射の検知も本発明の技術的範囲に含まれる
ものである。好適実施例においては、アレイを構成する
ピクセルはワード線へ接続することによってランダムに
アドレス可能なものであり、且つビット線はその他の適
宜のアーキテクチャである。
【００１７】図１Ａ及び２Ａを使用して、従来のホトダ
イオードの動作及びＭＯＳアレイのホトダイオードにお
ける熱的ノイズによって発生される問題について説明す
る。図１ＡはＰ型基板１２内に形成されているホトダイ
オードを具備するピクセル１０の概略断面図を示してい
る。図２Ａはピクセル１０の概略図を示している。この
ホトダイオードは、ウエル１６内に形成されているホト
ダイオード拡散部１４を有している。空間を節約するた
めに、ウエル１６は、典型的に、ホトダイオードアレイ
内の多数又は全てのピクセルに亘って延在している。説
明の便宜上、単一のホトダイオード拡散部についてのみ
説明する。
イオードの動作及びＭＯＳアレイのホトダイオードにお
ける熱的ノイズによって発生される問題について説明す
る。図１ＡはＰ型基板１２内に形成されているホトダイ
オードを具備するピクセル１０の概略断面図を示してい
る。図２Ａはピクセル１０の概略図を示している。この
ホトダイオードは、ウエル１６内に形成されているホト
ダイオード拡散部１４を有している。空間を節約するた
めに、ウエル１６は、典型的に、ホトダイオードアレイ
内の多数又は全てのピクセルに亘って延在している。説
明の便宜上、単一のホトダイオード拡散部についてのみ
説明する。
【００１８】ホトダイオード拡散部１４とウエル１６と
の間の界面における空乏領域が、ピクセル１０が光照射
に露光された場合に発生される可動性の電荷キャリア
（ホール及び電子）を蓄積することを可能とする。その
様にして発生されたホール及び電子は、他方の電荷キャ
リア（反対の電荷）と自動的に再結合するものではな
い。なぜならば、それらは、ホトダイオード拡散部１４
とウエル１６との接合に存在する空乏領域内において発
生されるからである。この空乏領域及び隣接するＰ及び
Ｎ領域は、コンデンサ２８（Ｃpw）として模式的に示し
てある。コンデンサＣpwの容量は、しばしば、ホトダイ
オードの「内在的容量」と呼ばれる。
の間の界面における空乏領域が、ピクセル１０が光照射
に露光された場合に発生される可動性の電荷キャリア
（ホール及び電子）を蓄積することを可能とする。その
様にして発生されたホール及び電子は、他方の電荷キャ
リア（反対の電荷）と自動的に再結合するものではな
い。なぜならば、それらは、ホトダイオード拡散部１４
とウエル１６との接合に存在する空乏領域内において発
生されるからである。この空乏領域及び隣接するＰ及び
Ｎ領域は、コンデンサ２８（Ｃpw）として模式的に示し
てある。コンデンサＣpwの容量は、しばしば、ホトダイ
オードの「内在的容量」と呼ばれる。
【００１９】ピクセル１０が所定の時間期間に亘って光
照射へ露光された後に、ホトダイオードとウエルとから
なるコンデンサ２８上に蓄積された電荷は、拡散部１４
へ接続されているライン１８を介して放電させることが
可能である。ライン１８を介しての電荷の読取り量が積
分された照度（即ち、ピクセル１０に対する露光時間に
亘って積分された照射の強度）に対応している。従っ
て、複数個のピクセル上の電荷を読取ることによって、
差分的な強度パターン即ちイメージ（画像）を発生する
ことが可能である。
照射へ露光された後に、ホトダイオードとウエルとから
なるコンデンサ２８上に蓄積された電荷は、拡散部１４
へ接続されているライン１８を介して放電させることが
可能である。ライン１８を介しての電荷の読取り量が積
分された照度（即ち、ピクセル１０に対する露光時間に
亘って積分された照射の強度）に対応している。従っ
て、複数個のピクセル上の電荷を読取ることによって、
差分的な強度パターン即ちイメージ（画像）を発生する
ことが可能である。
【００２０】ライン１８上のトランジスタ２０はホトダ
イオードへのアクセスを制御する。ピクセル１０がラジ
エーション（照射）へ露光されている間、トランジスタ
２０はオフであり、それによりホトダイオード内に電荷
が蓄積することを可能としている。しかしながら、露光
が完了した後に、トランジスタ２０をスイッチオンさせ
て、ホトダイオード内に蓄積された電荷をライン１８を
介して引出し且つ電荷積分器又はその他の検知メカニズ
ムによって量子化させることを可能としている。
イオードへのアクセスを制御する。ピクセル１０がラジ
エーション（照射）へ露光されている間、トランジスタ
２０はオフであり、それによりホトダイオード内に電荷
が蓄積することを可能としている。しかしながら、露光
が完了した後に、トランジスタ２０をスイッチオンさせ
て、ホトダイオード内に蓄積された電荷をライン１８を
介して引出し且つ電荷積分器又はその他の検知メカニズ
ムによって量子化させることを可能としている。
【００２１】ピクセル１０がラジエーション即ち照射へ
露光される前に、それは、既知のリセット電圧（及び関
連する電荷）で露光プロセスを開始することを確保する
ために（リセット）されねばならない。リセットの後
に、ＭＯＳアレイ内の全てのピクセルはほぼ同一の電圧
を有するものと仮定される。ピクセル毎の電圧における
何らかの変動は、ノイズを構成し、それは画像品質を劣
化させる。この様なノイズの一つの供給源は、上述した
熱的ノイズ、即ちトランジスタ２０がリセットプロセス
の終わりにスイッチオフする場合に発生されるｋＴＣノ
イズである。このノイズはトランジスタ２０におけるチ
ャンネルの抵抗及び容量に影響を与える熱的変動で発生
する。これらの変動の幾つかは、トランジスタ２０のス
レッシュホールド電圧における一時的な変化として表わ
れる場合がある。
露光される前に、それは、既知のリセット電圧（及び関
連する電荷）で露光プロセスを開始することを確保する
ために（リセット）されねばならない。リセットの後
に、ＭＯＳアレイ内の全てのピクセルはほぼ同一の電圧
を有するものと仮定される。ピクセル毎の電圧における
何らかの変動は、ノイズを構成し、それは画像品質を劣
化させる。この様なノイズの一つの供給源は、上述した
熱的ノイズ、即ちトランジスタ２０がリセットプロセス
の終わりにスイッチオフする場合に発生されるｋＴＣノ
イズである。このノイズはトランジスタ２０におけるチ
ャンネルの抵抗及び容量に影響を与える熱的変動で発生
する。これらの変動の幾つかは、トランジスタ２０のス
レッシュホールド電圧における一時的な変化として表わ
れる場合がある。
【００２２】ホトダイオードの電圧／電荷を測定するた
めの有効な基準電圧を確保するために、ウエル１６はＶ
ddに保持される。このことは、ライン２２を介してパワ
ー供給源（Ｖdd）をタップ２４においてウエル１６へ接
続することによって達成される。ウエル１６がＮ型領域
である場合には、タップ２４は高度にドープしたＮ型領
域である。理解すべきことであるが、本発明も、図面に
示したように反対導電型のホトダイオードにも適用され
る。特に、ホトダイオードピクセルはＮ型基板上に形成
することが可能である。この場合には、ウエルはＰ型で
あり且つホトダイオード拡散部はＮ型である。従って、
ウエルはＶddではなくＶssへ接続され且つホトダイオー
ド拡散部は「高」電圧へリセットされる。
めの有効な基準電圧を確保するために、ウエル１６はＶ
ddに保持される。このことは、ライン２２を介してパワ
ー供給源（Ｖdd）をタップ２４においてウエル１６へ接
続することによって達成される。ウエル１６がＮ型領域
である場合には、タップ２４は高度にドープしたＮ型領
域である。理解すべきことであるが、本発明も、図面に
示したように反対導電型のホトダイオードにも適用され
る。特に、ホトダイオードピクセルはＮ型基板上に形成
することが可能である。この場合には、ウエルはＰ型で
あり且つホトダイオード拡散部はＮ型である。従って、
ウエルはＶddではなくＶssへ接続され且つホトダイオー
ド拡散部は「高」電圧へリセットされる。
【００２３】ピクセル１０は図２Ａにおいて模式的に示
されている。そこに示したように、トランジスタ２０は
ライン１８上のスイッチとして表わすことが可能であ
る。トランジスタ２０がターンオフすると（スイッチ
開）、エラー電荷（Ｑε）がノイズとしてホトダイオー
ドへ導入される。この電荷はコンデンサ２８上の電圧エ
ラー（△Ｖε）として表われる。前述したように、コン
デンサ２８はホトダイオード拡散部１４とウエル１６と
の界面における接合容量によって構成されている（即
ち、Ｃpw）。Ｑεによって発生されるエラーがない場合
には、接合コンデンサ２８を横断しての電圧差はＶddと
リセット即ち基準電圧Ｖrとの差である。図示した如
く、Ｖddはライン２２を介しノード２４を通ってウエル
１６へ供給される。熱的ノイズエラーＱεが加えられる
と、コンデンサ２８を横断しての電圧差はＶddと（Ｖr
＋△Ｖε）との差である。
されている。そこに示したように、トランジスタ２０は
ライン１８上のスイッチとして表わすことが可能であ
る。トランジスタ２０がターンオフすると（スイッチ
開）、エラー電荷（Ｑε）がノイズとしてホトダイオー
ドへ導入される。この電荷はコンデンサ２８上の電圧エ
ラー（△Ｖε）として表われる。前述したように、コン
デンサ２８はホトダイオード拡散部１４とウエル１６と
の界面における接合容量によって構成されている（即
ち、Ｃpw）。Ｑεによって発生されるエラーがない場合
には、接合コンデンサ２８を横断しての電圧差はＶddと
リセット即ち基準電圧Ｖrとの差である。図示した如
く、Ｖddはライン２２を介しノード２４を通ってウエル
１６へ供給される。熱的ノイズエラーＱεが加えられる
と、コンデンサ２８を横断しての電圧差はＶddと（Ｖr
＋△Ｖε）との差である。
【００２４】通常動作期間中においては特に重要なもの
ではないが、第二接合容量３２がウエル１６と基板１２
との界面に存在していることに注意すべきである。更
に、基板１２が接地されていることも注意すべきであ
る。接合コンデンサ３２（Ｃws）を横断しての電圧降下
は、Ｖddと基板電圧（典型的には、Ｖss）との間の差に
よって与えられる。
ではないが、第二接合容量３２がウエル１６と基板１２
との界面に存在していることに注意すべきである。更
に、基板１２が接地されていることも注意すべきであ
る。接合コンデンサ３２（Ｃws）を横断しての電圧降下
は、Ｖddと基板電圧（典型的には、Ｖss）との間の差に
よって与えられる。
【００２５】図１Ａ及び２Ａを参照して説明したホトダ
イオードピクセルに対する一つの比較的簡単な修正例を
図１Ｂ及び２Ｂに示してある。図１Ｂ及び２Ｂによって
示されているピクセルは本発明の好適実施例を示してい
る。この修正例は、リセット期間中にホトダイオードへ
導入される熱的ノイズのほとんどをキャンセルすること
を可能としている。理解すべきことであるが、図１Ｂ及
び２Ｂに示したピクセル回路は本発明を実現する唯一の
態様ではない。この様な一つの方法は、以下に説明する
図３に示したフローチャートを参照してより直接的に理
解することが可能である。
イオードピクセルに対する一つの比較的簡単な修正例を
図１Ｂ及び２Ｂに示してある。図１Ｂ及び２Ｂによって
示されているピクセルは本発明の好適実施例を示してい
る。この修正例は、リセット期間中にホトダイオードへ
導入される熱的ノイズのほとんどをキャンセルすること
を可能としている。理解すべきことであるが、図１Ｂ及
び２Ｂに示したピクセル回路は本発明を実現する唯一の
態様ではない。この様な一つの方法は、以下に説明する
図３に示したフローチャートを参照してより直接的に理
解することが可能である。
【００２６】図１Ｂ及び２Ｂに示したように、本発明の
ピクセルを表わすピクセル１０′は、図１Ａ及び２Ａの
ピクセルに示したものと同一の構成要素を有している。
更に、図１Ｂ及び２Ｂに示したピクセル要素１０′は、
ウエル１６をライン２２上のＶdd供給源から切断するこ
とを可能とするトランジスタ３０を有している。従っ
て、ウエル１６をパワー及び接地に関してフロートする
ことが可能である（即ち、Ｖddからそれを切断させるこ
とにより）。後に説明するように、このステップは、熱
的ノイズをホトダイオードピクセルからキャンセル即ち
相殺することを可能とする中心的なものである。従っ
て、任意の与えられたピクセルのウエルを必要な場合に
独立的にＶddへ接続させ且つそれから切断させることを
可能とする任意の構成体又は回路が本発明を具体化する
ことを可能とする。しかしながら、アレイ内の各ホトダ
イオードのウエル電圧は別個に制御可能なものとすべき
である。従って、各ピクセルは図１Ｂに示したようにそ
れ自身のウエルを必要とする場合がある。このことは、
勿論、標準的なピクセルからなるアレイに関しアレイの
寸法を増加させる。しかしながら、高品質の画像を必要
とする場合には、この様な面積増加は許容可能なもので
ある。
ピクセルを表わすピクセル１０′は、図１Ａ及び２Ａの
ピクセルに示したものと同一の構成要素を有している。
更に、図１Ｂ及び２Ｂに示したピクセル要素１０′は、
ウエル１６をライン２２上のＶdd供給源から切断するこ
とを可能とするトランジスタ３０を有している。従っ
て、ウエル１６をパワー及び接地に関してフロートする
ことが可能である（即ち、Ｖddからそれを切断させるこ
とにより）。後に説明するように、このステップは、熱
的ノイズをホトダイオードピクセルからキャンセル即ち
相殺することを可能とする中心的なものである。従っ
て、任意の与えられたピクセルのウエルを必要な場合に
独立的にＶddへ接続させ且つそれから切断させることを
可能とする任意の構成体又は回路が本発明を具体化する
ことを可能とする。しかしながら、アレイ内の各ホトダ
イオードのウエル電圧は別個に制御可能なものとすべき
である。従って、各ピクセルは図１Ｂに示したようにそ
れ自身のウエルを必要とする場合がある。このことは、
勿論、標準的なピクセルからなるアレイに関しアレイの
寸法を増加させる。しかしながら、高品質の画像を必要
とする場合には、この様な面積増加は許容可能なもので
ある。
【００２７】自動的ピクセル構成を図１Ｂ及び２Ｂに示
してあるが、本発明は、多数の異なるピクセル構成のも
ので実現することが可能である。例えば、能動的ピクセ
ル構成（その場合には、ピクセルは行ライン上にその出
力を駆動するためのそれ自身の増幅器を有している）も
使用することが可能である。
してあるが、本発明は、多数の異なるピクセル構成のも
ので実現することが可能である。例えば、能動的ピクセ
ル構成（その場合には、ピクセルは行ライン上にその出
力を駆動するためのそれ自身の増幅器を有している）も
使用することが可能である。
【００２８】種々の光学的層／要素をピクセル１０′
上、少なくとも拡散部１４上に設けることが可能であ
る。説明の便宜上、これらの付加的な要素は図１Ｂ及び
２Ｂには示していない。これらの光学的要素は、例え
ば、ホトンを光学的に回収するためのレンズ及びホトン
の波長を区別するためのフィルタなどを包含することが
可能である。
上、少なくとも拡散部１４上に設けることが可能であ
る。説明の便宜上、これらの付加的な要素は図１Ｂ及び
２Ｂには示していない。これらの光学的要素は、例え
ば、ホトンを光学的に回収するためのレンズ及びホトン
の波長を区別するためのフィルタなどを包含することが
可能である。
【００２９】前述したように、ウエル１６はＰ型領域と
することが可能であり且つ拡散部１４はＮ型領域とする
ことが可能である。導電型に拘らずに、領域１４及び１
６におけるドーパント原子の濃度は、空乏モードホトダ
イオードを形成すべく選択されるべきである。この様な
ホトダイオードにおいては、前述したように、ホトダイ
オード拡散部１４に入射するラジエーション即ち照射
が、空乏領域内においてホールと電子とを発生させる。
空乏領域は自由電荷キャリアを有するものではないの
で、これらの新たに発生されたホール及び電子は反対極
性の電荷キャリアと結合することによってすぐさま消失
されることはない。従って、それらはコンデンサＣpw２
８上において自由電荷として存在する。
することが可能であり且つ拡散部１４はＮ型領域とする
ことが可能である。導電型に拘らずに、領域１４及び１
６におけるドーパント原子の濃度は、空乏モードホトダ
イオードを形成すべく選択されるべきである。この様な
ホトダイオードにおいては、前述したように、ホトダイ
オード拡散部１４に入射するラジエーション即ち照射
が、空乏領域内においてホールと電子とを発生させる。
空乏領域は自由電荷キャリアを有するものではないの
で、これらの新たに発生されたホール及び電子は反対極
性の電荷キャリアと結合することによってすぐさま消失
されることはない。従って、それらはコンデンサＣpw２
８上において自由電荷として存在する。
【００３０】一つの特定の実施例においては、各々がピ
クセル１０′と同様の構成を有する複数個のピクセルが
１，０２４（垂直方向）と１，０２４（水平方向）個の
ピクセルからなるアレイを構成している。勿論、実際の
アレイ寸法は、適用例及びＩＣ製造技術のスケールに依
存する。動作について説明すると、光学的画像を複数個
のピクセルからなるアレイ上に指向させ、従って光強度
（又は、例えば波長などのその他の何らかの照射の特
徴）における空間的及び／又は時間的な変動がセンサア
レイを構成する個別的なピクセルによって一時的に広く
される。
クセル１０′と同様の構成を有する複数個のピクセルが
１，０２４（垂直方向）と１，０２４（水平方向）個の
ピクセルからなるアレイを構成している。勿論、実際の
アレイ寸法は、適用例及びＩＣ製造技術のスケールに依
存する。動作について説明すると、光学的画像を複数個
のピクセルからなるアレイ上に指向させ、従って光強度
（又は、例えば波長などのその他の何らかの照射の特
徴）における空間的及び／又は時間的な変動がセンサア
レイを構成する個別的なピクセルによって一時的に広く
される。
【００３１】本発明の好適な方法について図３のフロー
チャートを参照して説明する。図３に示したように、ノ
イズ相殺プロセス３００はステップ３０２において開始
し、次いでステップ３０４において、本システムはホト
ダイオードにおけるバイアスを基準電圧Ｖrへリセット
させる。図１Ｂ及び２Ｂに示した回路においては、この
ことは、単に、トランジスタ２０をターンオンさせてＶ
r供給源とホトダイオード拡散部１４との間に導電性経
路を確立させることによって達成することが可能であ
る。Ｖrの一つの供給源はライン１８へ接続している電
荷積分器である。一般的には、本プロセスは、ウエルを
Ｖdd供給源へ接続させることによってＶddへバイアスさ
せることによって開始する。図１Ｂ及び２Ｂに示した実
施例においては、このことは、トランジスタ３０をター
ンオンさせて、Ｖdd供給源と基板タップ２４との間に導
電性経路を確立させることによって達成することが可能
である。
チャートを参照して説明する。図３に示したように、ノ
イズ相殺プロセス３００はステップ３０２において開始
し、次いでステップ３０４において、本システムはホト
ダイオードにおけるバイアスを基準電圧Ｖrへリセット
させる。図１Ｂ及び２Ｂに示した回路においては、この
ことは、単に、トランジスタ２０をターンオンさせてＶ
r供給源とホトダイオード拡散部１４との間に導電性経
路を確立させることによって達成することが可能であ
る。Ｖrの一つの供給源はライン１８へ接続している電
荷積分器である。一般的には、本プロセスは、ウエルを
Ｖdd供給源へ接続させることによってＶddへバイアスさ
せることによって開始する。図１Ｂ及び２Ｂに示した実
施例においては、このことは、トランジスタ３０をター
ンオンさせて、Ｖdd供給源と基板タップ２４との間に導
電性経路を確立させることによって達成することが可能
である。
【００３２】この点までは、プロセス３００は、イメー
ジ即ち画像を露光するために受動的ホトダイオードピク
セルをリセットし且つ準備するための従来のプロセスに
類似している。しかしながら、従来技術においては、上
述した如くにリセットしたピクセルが露光後に読取られ
る場合に、エラー電圧△Ｖεが出力の一部として形成さ
れる。このノイズは補償されることがなく、従って出力
画像の品質を劣化させる。
ジ即ち画像を露光するために受動的ホトダイオードピク
セルをリセットし且つ準備するための従来のプロセスに
類似している。しかしながら、従来技術においては、上
述した如くにリセットしたピクセルが露光後に読取られ
る場合に、エラー電圧△Ｖεが出力の一部として形成さ
れる。このノイズは補償されることがなく、従って出力
画像の品質を劣化させる。
【００３３】この問題に対処するために、本発明は、ホ
トダイオード拡散部をリセット電圧から切断させる前
に、ウエルがＶddからフロートすることを可能とする。
従って、ホトダイオードとウエルの両方が前述した如く
にリセットされた後に（ステップ３０４）、本システム
はウエルをＶddから切断し、それによりステップ３０８
において示したようにウエルがフロートすることを可能
とさせる。このことは、例えば、単にトランジスタ３０
をターンオフさせて、ウエルがＶdd及びＶssに関してフ
ロートすることを可能とすることによって達成すること
が可能である。
トダイオード拡散部をリセット電圧から切断させる前
に、ウエルがＶddからフロートすることを可能とする。
従って、ホトダイオードとウエルの両方が前述した如く
にリセットされた後に（ステップ３０４）、本システム
はウエルをＶddから切断し、それによりステップ３０８
において示したようにウエルがフロートすることを可能
とさせる。このことは、例えば、単にトランジスタ３０
をターンオフさせて、ウエルがＶdd及びＶssに関してフ
ロートすることを可能とすることによって達成すること
が可能である。
【００３４】次に、本システムは、ステップ３１０にお
いてホトダイオードをＶr供給源から切断する。このこ
とは、ホトダイオードがＶr，Ｖdd，Ｖssに関してフロ
ートすることを可能とさせる。このステップは、単に、
トランジスタ２０をターンオフさせることによって達成
することが可能である。前述したように、Ｖrから切断
させるステップは、ピクセル内のノイズを表わすある量
の電荷を注入させる。その結果、△Ｖεがホトダイオー
ド内に導入される。通常、△Ｖεはウエルとホトダイオ
ード拡散部との接合コンデンサ（即ち、コンデンサ２
８）のみを横断しての電圧降下に貢献する。
いてホトダイオードをＶr供給源から切断する。このこ
とは、ホトダイオードがＶr，Ｖdd，Ｖssに関してフロ
ートすることを可能とさせる。このステップは、単に、
トランジスタ２０をターンオフさせることによって達成
することが可能である。前述したように、Ｖrから切断
させるステップは、ピクセル内のノイズを表わすある量
の電荷を注入させる。その結果、△Ｖεがホトダイオー
ド内に導入される。通常、△Ｖεはウエルとホトダイオ
ード拡散部との接合コンデンサ（即ち、コンデンサ２
８）のみを横断しての電圧降下に貢献する。
【００３５】ウエルがフロートすることが許容されてい
るので（ステップ３０８）、エラー電圧（△Ｖε）はウ
エル・基板接合コンデンサ３２とホトダイオード拡散部
・ウエル接合コンデンサ２８の両方に亘って分布する。
拡散部１４内のドーパント濃度は基板１２におけるドー
パント濃度よりも著しく大きいものであるから、接合コ
ンデンサ２８の容量は接合コンデンサ３２の容量よりも
著しく大きい。従って、△Ｖεのほとんどは接合コンデ
ンサ３２上に分布される。
るので（ステップ３０８）、エラー電圧（△Ｖε）はウ
エル・基板接合コンデンサ３２とホトダイオード拡散部
・ウエル接合コンデンサ２８の両方に亘って分布する。
拡散部１４内のドーパント濃度は基板１２におけるドー
パント濃度よりも著しく大きいものであるから、接合コ
ンデンサ２８の容量は接合コンデンサ３２の容量よりも
著しく大きい。従って、△Ｖεのほとんどは接合コンデ
ンサ３２上に分布される。
【００３６】従って、接合コンデンサ３２上に存在する
△Ｖεの部分は、図３におけるステップ３１２で示した
ように、単に、ウエル１６をＶddへクランプさせること
によってキャンセル即ち相殺させることが可能である。
従って、ｋＴＣノイズに関連しているＣws上の電荷はＶ
ddとなる。その後に、本プロセスはステップ３１４で完
了する。
△Ｖεの部分は、図３におけるステップ３１２で示した
ように、単に、ウエル１６をＶddへクランプさせること
によってキャンセル即ち相殺させることが可能である。
従って、ｋＴＣノイズに関連しているＣws上の電荷はＶ
ddとなる。その後に、本プロセスはステップ３１４で完
了する。
【００３７】典型的なＣＭＯＳホトダイオードアレイに
おいては、ＣpwとＣwsとの比は約２：１とすることが可
能である。この場合には、△Ｖεの比較的小さな割合の
ものがＣpw上に分布されるに過ぎない。
おいては、ＣpwとＣwsとの比は約２：１とすることが可
能である。この場合には、△Ｖεの比較的小さな割合の
ものがＣpw上に分布されるに過ぎない。
【００３８】ウエル１６が再度Ｖdd供給源へ接続される
と、ウエル・基板接合コンデンサ３２上に格納されてい
るノイズ（△Ｖε）の部分が、ウエルがＶddへリセット
される場合にキャンセルされる。ホトダイオード拡散部
・ウエル接合コンデンサ２８上には幾らかの残存ノイズ
（コンデンサ２８と３２との相対的な寸法に依存する△
Ｖεの一部）が存在する。しかしながら、この残存ノイ
ズは、典型的に、全体的な△Ｖεの５０％を遙かに下回
るものであり、それは、ウエル領域１６がＶdd供給源か
ら切断される場合にコンデンサ２８及び３２上に分布さ
れる。
と、ウエル・基板接合コンデンサ３２上に格納されてい
るノイズ（△Ｖε）の部分が、ウエルがＶddへリセット
される場合にキャンセルされる。ホトダイオード拡散部
・ウエル接合コンデンサ２８上には幾らかの残存ノイズ
（コンデンサ２８と３２との相対的な寸法に依存する△
Ｖεの一部）が存在する。しかしながら、この残存ノイ
ズは、典型的に、全体的な△Ｖεの５０％を遙かに下回
るものであり、それは、ウエル領域１６がＶdd供給源か
ら切断される場合にコンデンサ２８及び３２上に分布さ
れる。
【００３９】本発明のＭＯＳイメージャは、例えば、軍
事的、科学的、事業的及び家庭的適用例に対する種々の
高感度システムにおいて使用することが可能である。例
えば、それは、自動車用の夜間運転用ディスプレイ、高
品質デジタルスチールカメラ、天文学用に使用されるよ
うな科学装置などの高感度適用例において特に有用なも
のである。
事的、科学的、事業的及び家庭的適用例に対する種々の
高感度システムにおいて使用することが可能である。例
えば、それは、自動車用の夜間運転用ディスプレイ、高
品質デジタルスチールカメラ、天文学用に使用されるよ
うな科学装置などの高感度適用例において特に有用なも
のである。
【００４０】通常、本発明システムは、ＭＯＳイメージ
ャチップに加えて、イメージをキャプチャし、それをＭ
ＯＳアレイへ指向するための光学系を有している。それ
は、イメージキャプチャシステムにおいて従来使用され
ているタイプの一つ又はそれ以上のレンズ、フィルタな
どを包含する場合がある。該光学系及びＭＯＳイメージ
ャは、例えばカメラケースなどのケーシングに装着され
る。更に、本システムは、後にディスプレイシステムへ
ダウンロードするためにキャプチャしたイメージを一時
的に格納するためのメモリを有することが可能である。
ある場合には、ディスプレイシステム自身がイメージャ
システム全体の一部を形成することが可能である。
ャチップに加えて、イメージをキャプチャし、それをＭ
ＯＳアレイへ指向するための光学系を有している。それ
は、イメージキャプチャシステムにおいて従来使用され
ているタイプの一つ又はそれ以上のレンズ、フィルタな
どを包含する場合がある。該光学系及びＭＯＳイメージ
ャは、例えばカメラケースなどのケーシングに装着され
る。更に、本システムは、後にディスプレイシステムへ
ダウンロードするためにキャプチャしたイメージを一時
的に格納するためのメモリを有することが可能である。
ある場合には、ディスプレイシステム自身がイメージャ
システム全体の一部を形成することが可能である。
【００４１】以上、本発明の具体的実施の態様について
詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ制限
されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなしに種々の変形が可能であることは勿論であ
る。例えば、上述した実施例においては受動的ピクセル
を使用する場合について説明したが、例えばオンピクセ
ル増幅器を有する能動的ピクセル（ホトダイオード又は
ホトゲート型）などのその他のタイプのピクセルを使用
することも可能である。
詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ制限
されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなしに種々の変形が可能であることは勿論であ
る。例えば、上述した実施例においては受動的ピクセル
を使用する場合について説明したが、例えばオンピクセ
ル増幅器を有する能動的ピクセル（ホトダイオード又は
ホトゲート型）などのその他のタイプのピクセルを使用
することも可能である。
【図１Ａ】 例えばＣＭＯＳカメラにおいて有用なタイ
プのホトダイオード受動的ピクセル要素を示した概略断
面図。
プのホトダイオード受動的ピクセル要素を示した概略断
面図。
【図１Ｂ】 図１Ａに示したタイプのピクセル要素を修
正したものであってピクセル要素内のウエルへＶddを印
加することを制御することを可能とするスイッチを包含
する構成を示した概略断面図。
正したものであってピクセル要素内のウエルへＶddを印
加することを制御することを可能とするスイッチを包含
する構成を示した概略断面図。
【図２Ａ】 図１Ａのピクセル要素の概略的構成を示し
ており且つピクセル内のＰＮ接合によって構成される接
合コンデンサを示している概略図。
ており且つピクセル内のＰＮ接合によって構成される接
合コンデンサを示している概略図。
【図２Ｂ】 図２Ａに示した構成を示しており図１Ｂに
示したピクセルを表わす概略断面図。
示したピクセルを表わす概略断面図。
【図３】 本発明の一実施例に基づいて熱的ノイズを相
殺するために使用されるステップを示したフローチャー
ト。
殺するために使用されるステップを示したフローチャー
ト。
１０ ピクセル １２ 基板 １４ ホトダイオード拡散部 １６ ウエル ２０ トランジスタ ２４ タップ ２８，３２ 接合コンデンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロベルト ランバルディ イタリア国， ボローニャ， アイ− 40129， ヴィア ガベッラ ４ (72)発明者 マルコ タルターニ イタリア国， メルドーラ， アイ− 47014， ヴィア マストリ 17
Claims (22)
- 【請求項１】 各々がウエル内にホトダイオード拡散部
を有しており、前記ウエルが半導体基板内に形成されて
いる複数個のピクセルからなるアレイを具備するイメー
ジセンサにおいてノイズを補償する方法において、 （ａ）ホトダイオード拡散部をリセット電圧へ露呈させ
ることによってホトダイオード拡散部のバイアスをリセ
ットし、 （ｂ）ウエル内の電圧をパワー及び接地に関してフロー
トすることを許容し、 （ｃ）ホトダイオード拡散部をリセット電圧から切断
し、それによりノイズをホトダイオード内に導入し、そ
のノイズは（ｉ）ホトダイオード拡散部とウエルとの間
の界面を横断しての第一電圧降下と、（ii）前記第一電
圧降下より大きくウエルと半導体基板との間の界面を横
断しての第二電圧降下とを有しており、 （ｄ）ウエルを再度パワー又は接地へ接続し、それによ
り第二電圧降下のノイズを相殺する、上記各ステップを
有することを特徴とする方法。 - 【請求項２】 請求項１において、更に、前記ウエルを
切断する前に前記ウエルをパワー又は接地へリセットす
るステップを有していることを特徴とする方法。 - 【請求項３】 請求項１において、前記ステップ（ｂ）
及び（ｄ）が前記ウエルをパワーへそれぞれ切断及び再
接続することを必要とすることを特徴とする方法。 - 【請求項４】 請求項３において、前記ホトダイオード
拡散部がＮ型であり且つ前記ウエルがＰ型であることを
特徴とする方法。 - 【請求項５】 請求項１において、更に、 （ｅ）イメージセンサを照射パターンへ露光させてそれ
によりピクセルをそれが露光された照射量を表わす電圧
へ荷電させる、ステップを有することを特徴とする方
法。 - 【請求項６】 請求項１において、前記リセット電圧が
電荷積分器によって設けられていることを特徴とする方
法。 - 【請求項７】 請求項１において、前記ピクセルのウエ
ルが互いに分離されていることを特徴とする方法。 - 【請求項８】 請求項１において、前記ステップ（ｂ）
が前記ウエルをパワー又は接地から切断することを必要
とすることを特徴とする方法。 - 【請求項９】 複数個のピクセルからなるアレイを有す
るイメージセンサにおいて、前記アレイ内の少なくとも
幾つかのピクセルが、 半導体基板、 前記半導体基板内に形成されている第一導電型のウエル
であって隣接するピクセルのウエルから分離されている
ウエル、 前記第一導電型と反対の第二導電型のホトダイオード拡
散部であって前記ウエル内に形成されているホトダイオ
ード拡散部、 パワー又は接地供給源、 前記ウエル内に形成されているパワー又は接地へのタッ
プ、 前記パワー及び接地供給源と前記タップとの間に配設さ
れているスイッチであって、前記スイッチが開成してい
る場合に前記ウエル内のピクセル電圧がフロートするス
イッチ、を有することを特徴とするイメージセンサ。 - 【請求項１０】 請求項９において、前記第一導電型が
Ｎ型であり且つ前記第二導電型がＰ型であることを特徴
とするイメージセンサ。 - 【請求項１１】 請求項１０において、更に、前記ピク
セルをリセットする回路を有することを特徴とするイメ
ージセンサ。 - 【請求項１２】 請求項１１において、前記回路が前記
ホトダイオード拡散部へリセット電圧を供給することの
可能な１個又はそれ以上の電荷積分器を有していること
を特徴とするイメージセンサ。 - 【請求項１３】 請求項１１において、前記ピクセルを
リセットする回路がスイッチを介して前記ホトダイオー
ド拡散部へ結合しており、前記スイッチが閉成される
と、前記ホトダイオード拡散部がリセット電圧に保持さ
れ且つ前記スイッチが開成されると、前記ホトダイオー
ド拡散部が前記リセット電圧からアンクランプされるこ
とを特徴とするイメージセンサ。 - 【請求項１４】 請求項１３において、前記リセット電
圧が暗所状態に関連するホトダイオード拡散部に対応す
ることを特徴とするイメージセンサ。 - 【請求項１５】 請求項９において、前記ピクセルが別
々にアドレス可能であることを特徴とするイメージセン
サ。 - 【請求項１６】 請求項９において、前記１個又はそれ
以上のピクセルが受動的ピクセルであることを特徴とす
るイメージセンサ。 - 【請求項１７】 請求項９において、前記１個又はそれ
以上のピクセルが能動的ピクセルであることを特徴とす
るイメージセンサ。 - 【請求項１８】 物体の画像を形成するシステムにおい
て、 （ａ）イメージャであって、 （ｉ）半導体基板と、 （ii）前記半導体基板内に形成されている第一導電型の
ウエルであって隣接するピクセルのウエルから分離され
ているウエルと、 （iii）前記第一導電型と反対の第二導電型のホトダイ
オード拡散部であって前記ウエル内に形成されているホ
トダイオード拡散部と、 （iv）パワー又は接地の供給源と、 （ｖ）前記ウエル内に形成されているパワー又は接地へ
のタップと、 （vi）前記パワー及び接地の供給源と前記タップとの間
に配設されているスイッチであって前記スイッチが開成
されている場合に前記ウエル内のピクセル電圧がフロー
トするスイッチと、を有しているイメージャ、 （ｂ）前記１個又はそれ以上のピクセルの出力から得ら
れる画像を出力する手段、を有することを特徴とするシ
ステム。 - 【請求項１９】 請求項１８において、前記出力手段に
よって出力される画像が写真であることを特徴とするシ
ステム。 - 【請求項２０】 請求項１８において、前記出力手段が
ディスプレイであることを特徴とするシステム。 - 【請求項２１】 請求項１８において、複数個の前記１
個又はそれ以上のピクセルが、前記複数個のピクセルに
おけるピクセルの各々が別々にアドレス可能であるよう
なアレイに配列されていることを特徴とするシステム。 - 【請求項２２】 請求項１８において、前記１個又はそ
れ以上のピクセルが能動的ピクセル又は受動的ピクセル
であることを特徴とするシステム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/964571 | 1997-11-05 | ||
| US08/964,571 US5981932A (en) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | Noise compensation circuit for image sensors |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11220662A true JPH11220662A (ja) | 1999-08-10 |
Family
ID=25508716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10314167A Pending JPH11220662A (ja) | 1997-11-05 | 1998-11-05 | イメージセンサ用ノイズ補償回路 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5981932A (ja) |
| EP (1) | EP0915616A1 (ja) |
| JP (1) | JPH11220662A (ja) |
Families Citing this family (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3527094B2 (ja) * | 1998-04-03 | 2004-05-17 | Ｎｅｃエレクトロニクス株式会社 | アクティブ型ｘｙアドレス方式固体撮像装置 |
| US6606120B1 (en) * | 1998-04-24 | 2003-08-12 | Foveon, Inc. | Multiple storage node full color active pixel sensors |
| KR100279295B1 (ko) * | 1998-06-02 | 2001-02-01 | 윤종용 | 액티브 픽셀 센서 |
| US6130423A (en) * | 1998-07-10 | 2000-10-10 | Pixel Cam, Inc. | Method and apparatus for a CMOS image sensor with a distributed amplifier |
| US7129978B1 (en) | 1998-07-13 | 2006-10-31 | Zoran Corporation | Method and architecture for an improved CMOS color image sensor |
| FR2781929B1 (fr) * | 1998-07-28 | 2002-08-30 | St Microelectronics Sa | Capteur d'image a reseau de photodiodes |
| JP4006111B2 (ja) * | 1998-09-28 | 2007-11-14 | キヤノン株式会社 | 固体撮像装置 |
| US6724426B1 (en) * | 1999-03-08 | 2004-04-20 | Micron Technology, Inc. | Multi junction APS with dual simultaneous integration |
| US7176446B1 (en) | 1999-09-15 | 2007-02-13 | Zoran Corporation | Method and apparatus for distributing light onto electronic image sensors |
| US7133074B1 (en) | 1999-09-28 | 2006-11-07 | Zoran Corporation | Image sensor circuits including sampling circuits used therein for performing correlated double sampling |
| US6465862B1 (en) | 1999-10-05 | 2002-10-15 | Brannon Harris | Method and apparatus for implementing efficient CMOS photo sensors |
| JP3610291B2 (ja) * | 2000-08-21 | 2005-01-12 | オリンパス株式会社 | 電子カメラ |
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| US6617562B1 (en) * | 2000-10-05 | 2003-09-09 | Pictos Technologies, Inc. | CMOS imager with discharge path to suppress reset noise |
| FR2820883B1 (fr) | 2001-02-12 | 2003-06-13 | St Microelectronics Sa | Photodiode a grande capacite |
| FR2820882B1 (fr) | 2001-02-12 | 2003-06-13 | St Microelectronics Sa | Photodetecteur a trois transistors |
| FR2824665B1 (fr) * | 2001-05-09 | 2004-07-23 | St Microelectronics Sa | Photodetecteur de type cmos |
| US6982403B2 (en) | 2002-03-27 | 2006-01-03 | Omnivision Technologies, Inc. | Method and apparatus kTC noise cancelling in a linear CMOS image sensor |
| JP2007502061A (ja) * | 2003-08-12 | 2007-02-01 | サイモン フレーザー ユニバーシティー | マルチモード・デジタル・イメージング装置およびシステム |
| US7385166B2 (en) * | 2003-10-30 | 2008-06-10 | Micron Technology, Inc. | In-pixel kTC noise suppression using circuit techniques |
| CA2494602A1 (en) * | 2005-01-08 | 2006-07-08 | Karim S. Karim | Digital imaging apparatus and system |
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| US7924332B2 (en) * | 2007-05-25 | 2011-04-12 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Current/voltage mode image sensor with switchless active pixels |
| US8199236B2 (en) * | 2007-09-11 | 2012-06-12 | Simon Fraser University/Industry Liason Office | Device and pixel architecture for high resolution digital |
| JP2010016056A (ja) * | 2008-07-01 | 2010-01-21 | Canon Inc | 光電変換装置 |
| EP2556536B1 (en) * | 2010-04-09 | 2018-03-14 | Scint-X AB | Pixel structures for optimized x-ray noise performance |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4843473A (en) * | 1988-03-21 | 1989-06-27 | Polaroid Corporation | Charge injection device with low noise readout |
| US4902886A (en) * | 1989-01-23 | 1990-02-20 | Hewlett-Packard Company | Noise reduction for photodiode arrays |
| US5721425A (en) * | 1996-03-01 | 1998-02-24 | National Semiconductor Corporation | Active pixel sensor cell that reduces the effect of 1/f noise, increases the voltage range of the cell, and reduces the size of the cell |
-
1997
- 1997-11-05 US US08/964,571 patent/US5981932A/en not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-10-27 EP EP98308775A patent/EP0915616A1/en not_active Withdrawn
- 1998-11-05 JP JP10314167A patent/JPH11220662A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5981932A (en) | 1999-11-09 |
| EP0915616A1 (en) | 1999-05-12 |
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