JPH11266400A - 固体撮像素子およびその駆動方法、並びにカメラシステム - Google Patents
固体撮像素子およびその駆動方法、並びにカメラシステムInfo
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- JPH11266400A JPH11266400A JP10067965A JP6796598A JPH11266400A JP H11266400 A JPH11266400 A JP H11266400A JP 10067965 A JP10067965 A JP 10067965A JP 6796598 A JP6796598 A JP 6796598A JP H11266400 A JPH11266400 A JP H11266400A
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- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 30
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 7
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 abstract description 10
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 19
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 19
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
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- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
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- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 垂直信号線に寄生容量が存在することで、こ
の寄生容量に蓄積された余剰の電荷に起因して、出力さ
れる信号電流の波形にスパイク状ノイズが乗り、これが
縦筋状の固定パターンノイズとなって現れる。 【解決手段】 ＣＭＯＳ型撮像素子などの増幅型撮像素
子１０において、各列の垂直信号線１４に、負荷制御ト
ランジスタ２０と電圧源２１からなる負荷素子を接続
し、ｎ列目の垂直信号線１４を選択する際に前もって、
ｎ−１列目の水平走査パルスφＨｎ−１によってｎ列目
の垂直信号線１４に接続された負荷制御トランジスタ２
０を導通状態にすることにより、ｎ列目の垂直信号線１
４の電位を強制的に、信号電流が定常状態に収まった状
態のときの垂直信号線１４の電位とほぼ同じ電位とし、
垂直信号線１４の寄生容量に蓄積された余剰の電荷を予
め排出しておく。
の寄生容量に蓄積された余剰の電荷に起因して、出力さ
れる信号電流の波形にスパイク状ノイズが乗り、これが
縦筋状の固定パターンノイズとなって現れる。 【解決手段】 ＣＭＯＳ型撮像素子などの増幅型撮像素
子１０において、各列の垂直信号線１４に、負荷制御ト
ランジスタ２０と電圧源２１からなる負荷素子を接続
し、ｎ列目の垂直信号線１４を選択する際に前もって、
ｎ−１列目の水平走査パルスφＨｎ−１によってｎ列目
の垂直信号線１４に接続された負荷制御トランジスタ２
０を導通状態にすることにより、ｎ列目の垂直信号線１
４の電位を強制的に、信号電流が定常状態に収まった状
態のときの垂直信号線１４の電位とほぼ同じ電位とし、
垂直信号線１４の寄生容量に蓄積された余剰の電荷を予
め排出しておく。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子およ
びその駆動方法、並びにカメラシステムに関し、特に各
画素の信号が電流で出力されるＣＭＯＳ型撮像素子など
の増幅型撮像素子およびその駆動方法、並びにこれらを
用いたカメラシステムに関する。
びその駆動方法、並びにカメラシステムに関し、特に各
画素の信号が電流で出力されるＣＭＯＳ型撮像素子など
の増幅型撮像素子およびその駆動方法、並びにこれらを
用いたカメラシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】各画素の信号が電流で出力されるいわゆ
る電流出力方式のＣＭＯＳ型撮像素子などの増幅型撮像
素子の従来例を図５に示す。同図から明らかなように、
従来例に係る増幅型撮像素子１００は、複数個の単位画
素１０１、垂直選択線１０２、垂直リセット線１０３、
垂直信号線１０４、垂直走査回路１０５、水平選択トラ
ンジスタ１０６、水平走査回路１０７、水平信号線１０
８および出力端子１０９を有する構成となっている。
る電流出力方式のＣＭＯＳ型撮像素子などの増幅型撮像
素子の従来例を図５に示す。同図から明らかなように、
従来例に係る増幅型撮像素子１００は、複数個の単位画
素１０１、垂直選択線１０２、垂直リセット線１０３、
垂直信号線１０４、垂直走査回路１０５、水平選択トラ
ンジスタ１０６、水平走査回路１０７、水平信号線１０
８および出力端子１０９を有する構成となっている。
【０００３】単位画素１０１は、フォトダイオード１１
１、増幅トランジスタ１１２、垂直選択トランジスタ１
１３および画素リセットトランジスタ１１４からなり、
行列状に２次元配置されている。この単位画素１０１に
おいて、フォトダイオード１１１は増幅トランジスタ１
１２のゲート電極と画素リセットトランジスタ１１４の
ソース電極に接続されている。
１、増幅トランジスタ１１２、垂直選択トランジスタ１
１３および画素リセットトランジスタ１１４からなり、
行列状に２次元配置されている。この単位画素１０１に
おいて、フォトダイオード１１１は増幅トランジスタ１
１２のゲート電極と画素リセットトランジスタ１１４の
ソース電極に接続されている。
【０００４】増幅トランジスタ１１２は、ソース電極が
垂直選択トランジスタ１１３のドレイン電極に、ドレイ
ン電極が電源ＶＤＤにそれぞれ接続されている。垂直選
択トランジスタ１１３は、ゲート電極が垂直選択線１０
２に、ソース電極が垂直信号線１０４にそれぞれ接続さ
れている。画素リセットトランジスタ１１４は、ゲート
電極が垂直リセット線１０３に、ドレイン電極が電源Ｖ
ＤＤにそれぞれ接続されている。
垂直選択トランジスタ１１３のドレイン電極に、ドレイ
ン電極が電源ＶＤＤにそれぞれ接続されている。垂直選
択トランジスタ１１３は、ゲート電極が垂直選択線１０
２に、ソース電極が垂直信号線１０４にそれぞれ接続さ
れている。画素リセットトランジスタ１１４は、ゲート
電極が垂直リセット線１０３に、ドレイン電極が電源Ｖ
ＤＤにそれぞれ接続されている。
【０００５】各行の垂直選択線１０２は、垂直走査回路
１０５の対応する行の垂直走査パルスφＶ（……，φＶ
ｍ，……）の出力端に接続されている。この垂直選択線
１０２を介して垂直走査回路１０５から垂直走査パルス
φＶが順次印加されることにより、各画素１０１が行単
位で選択される。各行の垂直リセット線１０３は、垂直
走査回路１０５の対応する行の垂直リセットパルスφＶ
Ｒ（……，φＶＲｍ，……）の出力端に接続されてい
る。
１０５の対応する行の垂直走査パルスφＶ（……，φＶ
ｍ，……）の出力端に接続されている。この垂直選択線
１０２を介して垂直走査回路１０５から垂直走査パルス
φＶが順次印加されることにより、各画素１０１が行単
位で選択される。各行の垂直リセット線１０３は、垂直
走査回路１０５の対応する行の垂直リセットパルスφＶ
Ｒ（……，φＶＲｍ，……）の出力端に接続されてい
る。
【０００６】各列の垂直信号線１０４の一端と水平信号
線１０８との間には、各列ごとに水平選択トランジスタ
１０６が接続されている。水平選択トランジスタ１０６
は、水平走査回路１０７から順次出力される水平走査パ
ルスφＨ（……，φＨｎ，……）に応答して順に導通状
態となって各列の垂直信号線１０４を順に選択する。こ
れにより、各列の垂直信号線１０４に出力された信号
が、水平選択トランジスタ１０６を介して水平信号線１
０８へ、さらに出力端子１０９から外部へ出力される。
線１０８との間には、各列ごとに水平選択トランジスタ
１０６が接続されている。水平選択トランジスタ１０６
は、水平走査回路１０７から順次出力される水平走査パ
ルスφＨ（……，φＨｎ，……）に応答して順に導通状
態となって各列の垂直信号線１０４を順に選択する。こ
れにより、各列の垂直信号線１０４に出力された信号
が、水平選択トランジスタ１０６を介して水平信号線１
０８へ、さらに出力端子１０９から外部へ出力される。
【０００７】次に、上記構成の従来の増幅型撮像素子１
００の基本動作について説明する。先ず、単位画素１０
１の各々において、フォトダイオード１１１で光電変換
され、信号電荷が蓄積されるに連れて、フォトダイオー
ド１１１の両端の電圧が変化する。このフォトダイオー
ド１１１の両端電圧の変化量が増幅トランジスタ１１２
のゲート電極で読み取られ、その変化量に応じた信号電
流が増幅トランジスタ１１２に流れる。
００の基本動作について説明する。先ず、単位画素１０
１の各々において、フォトダイオード１１１で光電変換
され、信号電荷が蓄積されるに連れて、フォトダイオー
ド１１１の両端の電圧が変化する。このフォトダイオー
ド１１１の両端電圧の変化量が増幅トランジスタ１１２
のゲート電極で読み取られ、その変化量に応じた信号電
流が増幅トランジスタ１１２に流れる。
【０００８】そして、垂直走査回路１０５から垂直選択
線１０２を介して垂直走査パルスφＶが印加され、垂直
選択トランジスタ１１３が導通状態となることで、増幅
トランジスタ１１２の信号電流が垂直選択トランジスタ
１１３を通して垂直信号線１０４に出力される。この信
号電流は、水平走査回路１０７から水平走査パルスφＨ
が順次出力され、水平選択トランジスタ１０６が順に導
通状態となることで、水平選択トランジスタ１０６およ
び水平信号線１０８を通して出力端子１０９から外部へ
出力される。
線１０２を介して垂直走査パルスφＶが印加され、垂直
選択トランジスタ１１３が導通状態となることで、増幅
トランジスタ１１２の信号電流が垂直選択トランジスタ
１１３を通して垂直信号線１０４に出力される。この信
号電流は、水平走査回路１０７から水平走査パルスφＨ
が順次出力され、水平選択トランジスタ１０６が順に導
通状態となることで、水平選択トランジスタ１０６およ
び水平信号線１０８を通して出力端子１０９から外部へ
出力される。
【０００９】ある画素行の信号出力が完了したら、垂直
走査回路１０５から垂直リセット線１０３を介して垂直
リセットパルスφＶＲが印加され、画素リセットトラン
ジスタ１１４が導通状態となることで、フォトダイオー
ド１１１に蓄積された信号電荷がリセットされ、再び光
電変換に伴う信号電荷の蓄積が開始される。このような
動作が、垂直走査回路１０５の垂直走査パルスφＶおよ
び水平走査回路１０７の水平走査パルスφＨによって各
単位画素１１１を順に走査することで、画像信号として
信号電流Ｉｏｕｔが出力端子１０９から出力される。
走査回路１０５から垂直リセット線１０３を介して垂直
リセットパルスφＶＲが印加され、画素リセットトラン
ジスタ１１４が導通状態となることで、フォトダイオー
ド１１１に蓄積された信号電荷がリセットされ、再び光
電変換に伴う信号電荷の蓄積が開始される。このような
動作が、垂直走査回路１０５の垂直走査パルスφＶおよ
び水平走査回路１０７の水平走査パルスφＨによって各
単位画素１１１を順に走査することで、画像信号として
信号電流Ｉｏｕｔが出力端子１０９から出力される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の増幅型
撮像素子において、水平映像期間の最初に垂直走査パル
スφＶが立ち上がり、まだ水平走査パルスφＨが立ち上
がっていない状態では、垂直選択トランジスタ１１３が
導通状態で水平選択トランジスタ１０６が非導通状態に
あるため、増幅トランジスタ１１２からは垂直信号線１
０４がキャパシタ（負荷容量）として見えて、増幅トラ
ンジスタ１１２の電流が流れなくなるまで垂直信号線１
０４の電位が上昇する。
撮像素子において、水平映像期間の最初に垂直走査パル
スφＶが立ち上がり、まだ水平走査パルスφＨが立ち上
がっていない状態では、垂直選択トランジスタ１１３が
導通状態で水平選択トランジスタ１０６が非導通状態に
あるため、増幅トランジスタ１１２からは垂直信号線１
０４がキャパシタ（負荷容量）として見えて、増幅トラ
ンジスタ１１２の電流が流れなくなるまで垂直信号線１
０４の電位が上昇する。
【００１１】すなわち、この状態において、増幅トラン
ジスタ１１２のソース電位をＶｓ、ゲート電位をＶｇ、
閾値電圧をＶｔｈとすれば、Ｖｇ−Ｖｔｈ≒Ｖｓになる
まで垂直信号線１０４の電位（≒ソース電位Ｖｓ）が上
昇する。その後水平映像期間中に、水平走査回路１０７
から水平走査パルスφＨが出力され、水平選択トランジ
スタ１０６が導通状態になる。
ジスタ１１２のソース電位をＶｓ、ゲート電位をＶｇ、
閾値電圧をＶｔｈとすれば、Ｖｇ−Ｖｔｈ≒Ｖｓになる
まで垂直信号線１０４の電位（≒ソース電位Ｖｓ）が上
昇する。その後水平映像期間中に、水平走査回路１０７
から水平走査パルスφＨが出力され、水平選択トランジ
スタ１０６が導通状態になる。
【００１２】このとき、増幅トランジスタ１１２から信
号電流が一定以上流れるように、出力端子１０９の電位
がＶｇ−Ｖｔｈよりも低く（例えば、Ｖｏ）設定されて
いるため、水平走査パルスφＨが立ち上がる前の状態の
垂直信号線１０４の電位Ｖｇ−Ｖｔｈと出力端子１０９
の電位Ｖｏの電位差Ｖｇ−Ｖｔｈ−Ｖｏと、垂直信号線
１０４の持つ寄生容量Ｃｖの積に相当する電荷が、水平
走査パルスφＨが立ち上がった瞬間に出力端子１０９に
スパイク状の電流となって現れる。
号電流が一定以上流れるように、出力端子１０９の電位
がＶｇ−Ｖｔｈよりも低く（例えば、Ｖｏ）設定されて
いるため、水平走査パルスφＨが立ち上がる前の状態の
垂直信号線１０４の電位Ｖｇ−Ｖｔｈと出力端子１０９
の電位Ｖｏの電位差Ｖｇ−Ｖｔｈ−Ｖｏと、垂直信号線
１０４の持つ寄生容量Ｃｖの積に相当する電荷が、水平
走査パルスφＨが立ち上がった瞬間に出力端子１０９に
スパイク状の電流となって現れる。
【００１３】その結果、図６の波形図に示すように、ス
パイク状ノイズを含む信号電流Ｉｏｕｔが現れ、これが
その後の信号処理におけるサンプルホールド時のＳＮ比
の劣化を引き起こしたり、スパイク状の大きな電流にと
って水平選択トランジスタ１０６の導通抵抗のバラツキ
が無視できない大きさであると、そのスパイク状の電流
が縦筋状の固定パターンノイズの原因となってしまう。
パイク状ノイズを含む信号電流Ｉｏｕｔが現れ、これが
その後の信号処理におけるサンプルホールド時のＳＮ比
の劣化を引き起こしたり、スパイク状の大きな電流にと
って水平選択トランジスタ１０６の導通抵抗のバラツキ
が無視できない大きさであると、そのスパイク状の電流
が縦筋状の固定パターンノイズの原因となってしまう。
【００１４】このサンプルホールド後のＳＮ比の劣化
は、サンプルホールドパルスの位相がそのパルスが立つ
たびに微妙に異なるジッタと呼ばれる現象を持っている
ときに発生し、また水平選択トランジスタ１０６の導通
抵抗のバラツキにおいては、垂直信号線１０４の寄生容
量Ｃｖに蓄積された電荷が放電しきらないうちに、即ち
信号電流Ｉｏｕｔが定常状態にならないうちにサンプル
ホールドしなけれはならない場合に、スパイク状のノイ
ズ電流が水平選択トランジスタ１０６の導通抵抗で起こ
る電圧降下にその導通抵抗のバラツキが現れ、結果的に
縦筋状の固定パターンノイズが発生する要因となる。
は、サンプルホールドパルスの位相がそのパルスが立つ
たびに微妙に異なるジッタと呼ばれる現象を持っている
ときに発生し、また水平選択トランジスタ１０６の導通
抵抗のバラツキにおいては、垂直信号線１０４の寄生容
量Ｃｖに蓄積された電荷が放電しきらないうちに、即ち
信号電流Ｉｏｕｔが定常状態にならないうちにサンプル
ホールドしなけれはならない場合に、スパイク状のノイ
ズ電流が水平選択トランジスタ１０６の導通抵抗で起こ
る電圧降下にその導通抵抗のバラツキが現れ、結果的に
縦筋状の固定パターンノイズが発生する要因となる。
【００１５】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、出力信号波形に乗る
スパイク状のノイズを抑圧し、ＳＮ比を向上することが
できる固体撮像素子およびその駆動方法、並びにカメラ
システムを提供することにある。
であり、その目的とするところは、出力信号波形に乗る
スパイク状のノイズを抑圧し、ＳＮ比を向上することが
できる固体撮像素子およびその駆動方法、並びにカメラ
システムを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明による固体撮像素
子は、行列状に２次元配置された複数の画素と、これら
複数の画素に対して各列ごとに配線され、一列の画素に
共通に接続された信号線と、この信号線に対して各列ご
とに接続された負荷素子とを備えた構成となっている。
子は、行列状に２次元配置された複数の画素と、これら
複数の画素に対して各列ごとに配線され、一列の画素に
共通に接続された信号線と、この信号線に対して各列ご
とに接続された負荷素子とを備えた構成となっている。
【００１７】上記構成の固体撮像素子において、各列の
信号線に負荷素子が接続されていることで、これら信号
線から信号電流が出力される前に、各信号線の寄生容量
にチャージされた電荷が負荷素子を通して予め排出され
る。これにより、信号線の寄生容量に蓄積された余剰の
電荷がなくなるため、信号電流が出力された瞬間にでる
スパイク状ノイズの発生が極めて少なくなる。
信号線に負荷素子が接続されていることで、これら信号
線から信号電流が出力される前に、各信号線の寄生容量
にチャージされた電荷が負荷素子を通して予め排出され
る。これにより、信号線の寄生容量に蓄積された余剰の
電荷がなくなるため、信号電流が出力された瞬間にでる
スパイク状ノイズの発生が極めて少なくなる。
【００１８】また、本発明による駆動方法は、行列状に
２次元配置された複数の画素と、これら複数の画素に対
して各列ごとに配線され、一列の画素に共通に接続され
た信号線と、この信号線に対して各列ごとに接続された
負荷素子とを備えた固体撮像素子において、列方向の走
査の際に少なくとも１列前の走査タイミングで信号線に
負荷素子を選択的に接続するようにする。
２次元配置された複数の画素と、これら複数の画素に対
して各列ごとに配線され、一列の画素に共通に接続され
た信号線と、この信号線に対して各列ごとに接続された
負荷素子とを備えた固体撮像素子において、列方向の走
査の際に少なくとも１列前の走査タイミングで信号線に
負荷素子を選択的に接続するようにする。
【００１９】また、本発明によるカメラシステムは、上
記構成の固体撮像素子を撮像デバイスとして用いた構成
となっている。
記構成の固体撮像素子を撮像デバイスとして用いた構成
となっている。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一
実施形態を示す概略構成図である。図１において、本実
施形態に係る増幅型撮像素子１０は、単位画素１１、垂
直選択線１２、垂直リセット線１３、垂直信号線１４、
垂直走査回路（行走査回路）１５、水平選択トランジス
タ１６、水平走査回路（列走査回路）１７、水平信号線
１８、出力端子１９、負荷制御トランジスタ２０および
電圧源２１を有する構成となっている。
て図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一
実施形態を示す概略構成図である。図１において、本実
施形態に係る増幅型撮像素子１０は、単位画素１１、垂
直選択線１２、垂直リセット線１３、垂直信号線１４、
垂直走査回路（行走査回路）１５、水平選択トランジス
タ１６、水平走査回路（列走査回路）１７、水平信号線
１８、出力端子１９、負荷制御トランジスタ２０および
電圧源２１を有する構成となっている。
【００２１】単位画素１１の各々は、光電変換素子であ
るフォトダイオード３１、増幅トランジスタ３２、垂直
選択トランジスタ３３および画素リセットトランジスタ
３４からなり、行列状に２次元配置されて撮像領域を構
成している。これら単位画素１１において、フォトダイ
オード３１は増幅トランジスタ３２のゲート電極と画素
リセットトランジスタ３４のソース電極に接続されてい
る。
るフォトダイオード３１、増幅トランジスタ３２、垂直
選択トランジスタ３３および画素リセットトランジスタ
３４からなり、行列状に２次元配置されて撮像領域を構
成している。これら単位画素１１において、フォトダイ
オード３１は増幅トランジスタ３２のゲート電極と画素
リセットトランジスタ３４のソース電極に接続されてい
る。
【００２２】増幅トランジスタ３２は、ソース電極が垂
直選択トランジスタ３３のドレイン電極に、ドレイン電
極が電源ＶＤＤにそれぞれ接続されている。垂直選択ト
ランジスタ３３は、ゲート電極が垂直選択線１２に、ソ
ース電極が垂直信号線１４にそれぞれ接続されている。
画素リセットトランジスタ３４は、ゲート電極が垂直リ
セット線１３に、ドレイン電極が電源ＶＤＤにそれぞれ
接続されている。
直選択トランジスタ３３のドレイン電極に、ドレイン電
極が電源ＶＤＤにそれぞれ接続されている。垂直選択ト
ランジスタ３３は、ゲート電極が垂直選択線１２に、ソ
ース電極が垂直信号線１４にそれぞれ接続されている。
画素リセットトランジスタ３４は、ゲート電極が垂直リ
セット線１３に、ドレイン電極が電源ＶＤＤにそれぞれ
接続されている。
【００２３】垂直走査回路１４は、例えばシフトレジス
タによって構成され、垂直走査のための垂直走査パルス
φＶ（……，φＶｍ，……）を順次出力する。垂直選択
線１２は各行ごとに配線されており、これら各行の垂直
選択線１２は、垂直走査回路１４の対応する行の垂直走
査パルスφＶ（……，φＶｍ，……）の出力端に接続さ
れている。
タによって構成され、垂直走査のための垂直走査パルス
φＶ（……，φＶｍ，……）を順次出力する。垂直選択
線１２は各行ごとに配線されており、これら各行の垂直
選択線１２は、垂直走査回路１４の対応する行の垂直走
査パルスφＶ（……，φＶｍ，……）の出力端に接続さ
れている。
【００２４】そして、この垂直選択線１２を介して垂直
走査回路１４から垂直走査パルスφＶが順次印加される
ことにより、各単位画素１１が行単位で選択される。垂
直リセット線１３も垂直選択線１２と同様に各行ごとに
配線されており、これら各行の垂直リセット線１３は、
垂直走査回路１５の対応する行の垂直リセットパルスφ
ＶＲ（……，φＶＲｍ，……）の出力端に接続されてい
る。
走査回路１４から垂直走査パルスφＶが順次印加される
ことにより、各単位画素１１が行単位で選択される。垂
直リセット線１３も垂直選択線１２と同様に各行ごとに
配線されており、これら各行の垂直リセット線１３は、
垂直走査回路１５の対応する行の垂直リセットパルスφ
ＶＲ（……，φＶＲｍ，……）の出力端に接続されてい
る。
【００２５】垂直信号線１３は各列ごとに配線されてお
り、これら各列の垂直信号線１４の一端と水平信号線１
８の間には、各列ごとに水平選択トランジスタ１６が接
続されている。水平走査回路１７は、例えばシフトレジ
スタによって構成され、水平走査のための水平走査パル
スφＨ（φＨ1 ，…，φＨn ，…，φＨN ）を順次出力
する。
り、これら各列の垂直信号線１４の一端と水平信号線１
８の間には、各列ごとに水平選択トランジスタ１６が接
続されている。水平走査回路１７は、例えばシフトレジ
スタによって構成され、水平走査のための水平走査パル
スφＨ（φＨ1 ，…，φＨn ，…，φＨN ）を順次出力
する。
【００２６】この水平走査回路１７から出力される水平
走査パルスφＨが水平選択トランジスタ１６のゲート電
極に印加されることにより、水平選択トランジスタ１６
が順次導通状態となって各列の垂直信号線１４を選択す
る。これにより、各列の垂直信号線１４に出力された信
号が、水平選択トランジスタ１６を介して水平信号線１
８へ、さらに出力端子１９から外部へ出力される。
走査パルスφＨが水平選択トランジスタ１６のゲート電
極に印加されることにより、水平選択トランジスタ１６
が順次導通状態となって各列の垂直信号線１４を選択す
る。これにより、各列の垂直信号線１４に出力された信
号が、水平選択トランジスタ１６を介して水平信号線１
８へ、さらに出力端子１９から外部へ出力される。
【００２７】また、垂直信号線１４の一端とグランドの
間には、負荷制御トランジスタ２０と電圧源２１が直列
に接続されて負荷素子を構成している。この負荷制御ト
ランジスタ２０のゲート電極（制御電極）には、水平走
査回路１７から出力される水平走査パルスφＨ（……，
φＨｎ，……）が印加される。具体的には、ｎ列の垂直
信号線１４に接続されている負荷制御トランジスタ２０
には、１画素前に相当するｎ−１列の水平走査パルスφ
Ｈｎ−１が印加される。また、電圧源２１の電位は、信
号電流が定常状態に収まったときの垂直信号線１４の電
位Ｖｏとほぼ同じ電位に設定される。
間には、負荷制御トランジスタ２０と電圧源２１が直列
に接続されて負荷素子を構成している。この負荷制御ト
ランジスタ２０のゲート電極（制御電極）には、水平走
査回路１７から出力される水平走査パルスφＨ（……，
φＨｎ，……）が印加される。具体的には、ｎ列の垂直
信号線１４に接続されている負荷制御トランジスタ２０
には、１画素前に相当するｎ−１列の水平走査パルスφ
Ｈｎ−１が印加される。また、電圧源２１の電位は、信
号電流が定常状態に収まったときの垂直信号線１４の電
位Ｖｏとほぼ同じ電位に設定される。
【００２８】ここで、上記構成の増幅型撮像素子１０の
基本動作について、図２のタイミングチャートを用いて
説明する。先ず、単位画素１１の各々において、フォト
ダイオード３１で光電変換され、信号電荷が蓄積される
に連れて、フォトダイオード３１の両端電圧が変化す
る。
基本動作について、図２のタイミングチャートを用いて
説明する。先ず、単位画素１１の各々において、フォト
ダイオード３１で光電変換され、信号電荷が蓄積される
に連れて、フォトダイオード３１の両端電圧が変化す
る。
【００２９】そして、ある水平走査期間にｍ行目の垂直
走査パルスφＶｍが立ち、その行の垂直選択トランジス
タ３３が導通状態になると、そのｍ行目のフォトダイオ
ード３１の両端電圧を、それぞれの増幅トランジスタ３
２がそのゲート電極で受けることにより、増幅トランジ
スタ３２に信号電流が流れる。この信号電流は各垂直選
択トランジスタ３３を通して各垂直信号線１４に流れ込
む。
走査パルスφＶｍが立ち、その行の垂直選択トランジス
タ３３が導通状態になると、そのｍ行目のフォトダイオ
ード３１の両端電圧を、それぞれの増幅トランジスタ３
２がそのゲート電極で受けることにより、増幅トランジ
スタ３２に信号電流が流れる。この信号電流は各垂直選
択トランジスタ３３を通して各垂直信号線１４に流れ込
む。
【００３０】続いて、水平映像期間に水平走査回路１７
から水平走査パルスφＨが順次出力され、水平選択トラ
ンジスタ１６が水平走査に同期して順次導通状態になる
ことで、各垂直信号線１４に流れ込んだ信号電流は、各
列の水平選択トランジスタ１６および水平信号線１８を
通して出力端子１９から外部へ信号電流Ｉｏｕｔとして
出力される。
から水平走査パルスφＨが順次出力され、水平選択トラ
ンジスタ１６が水平走査に同期して順次導通状態になる
ことで、各垂直信号線１４に流れ込んだ信号電流は、各
列の水平選択トランジスタ１６および水平信号線１８を
通して出力端子１９から外部へ信号電流Ｉｏｕｔとして
出力される。
【００３１】その後、信号が出力されたｍ行目の画素に
対して垂直走査回路１５から垂直リセット線１３に対し
て、その直後の水平ブランキング期間中に垂直リセット
パルスφＶＲが出力され、画素リセットトランジスタ３
４が導通状態になることで、フォトダイオード３１が初
期状態にリセットされる。以上説明した動作が、垂直画
素数（垂直選択線１２の本数）分だけ繰り返され、１画
面分の信号電流Ｉｏｕｔが出力端子１９から出力され
る。
対して垂直走査回路１５から垂直リセット線１３に対し
て、その直後の水平ブランキング期間中に垂直リセット
パルスφＶＲが出力され、画素リセットトランジスタ３
４が導通状態になることで、フォトダイオード３１が初
期状態にリセットされる。以上説明した動作が、垂直画
素数（垂直選択線１２の本数）分だけ繰り返され、１画
面分の信号電流Ｉｏｕｔが出力端子１９から出力され
る。
【００３２】ところで、垂直走査によって選択された行
の各垂直選択トランジスタ３３を通して各垂直信号線１
４に信号電流が流れ込むことにより、水平走査回路１７
から水平走査パルスφＨがまだ出力されていない状態で
は、従来技術で説明したように、増幅トランジスタ３２
からは垂直信号線１４がキャパシタ（負荷容量）として
見えて、増幅トランジスタ３２の電流が流れなくなるま
で、図３の波形図に示すように、垂直選択線１４の電位
Ｖsig.ｎが上昇する。
の各垂直選択トランジスタ３３を通して各垂直信号線１
４に信号電流が流れ込むことにより、水平走査回路１７
から水平走査パルスφＨがまだ出力されていない状態で
は、従来技術で説明したように、増幅トランジスタ３２
からは垂直信号線１４がキャパシタ（負荷容量）として
見えて、増幅トランジスタ３２の電流が流れなくなるま
で、図３の波形図に示すように、垂直選択線１４の電位
Ｖsig.ｎが上昇する。
【００３３】すなわち、増幅トランジスタ３２のソース
電位をＶｓ、ゲート電位をＶｇ、閾値電圧をＶｔｈとす
れば、Ｖｇ−Ｖｔｈ≒Ｖｓになるまで垂直選択線１４の
電位Ｖsig.ｎ（≒ソース電位Ｖｓ）が上昇する。この電
位上昇は、水平走査時に出力端子１９から出力される信
号電流Ｉｏｕｔへのスパイク状ノイズの発生原因となる
ことから、本実施形態においては、ｎ列目の画素の信号
電流を出力する前に、ｎ列目の垂直信号線１４の電位を
強制的に、垂直信号線１４の寄生容量Ｃｖに蓄積された
余剰の電荷が放電しきった状態、即ち信号電流が定常状
態に収まった状態のときの垂直信号線１４の電位とほぼ
同じ電位にする。
電位をＶｓ、ゲート電位をＶｇ、閾値電圧をＶｔｈとす
れば、Ｖｇ−Ｖｔｈ≒Ｖｓになるまで垂直選択線１４の
電位Ｖsig.ｎ（≒ソース電位Ｖｓ）が上昇する。この電
位上昇は、水平走査時に出力端子１９から出力される信
号電流Ｉｏｕｔへのスパイク状ノイズの発生原因となる
ことから、本実施形態においては、ｎ列目の画素の信号
電流を出力する前に、ｎ列目の垂直信号線１４の電位を
強制的に、垂直信号線１４の寄生容量Ｃｖに蓄積された
余剰の電荷が放電しきった状態、即ち信号電流が定常状
態に収まった状態のときの垂直信号線１４の電位とほぼ
同じ電位にする。
【００３４】具体的には、ｎ列目の画素の信号について
は、ｎ−１列目の画素の信号を出力しているときに、そ
の列の水平走査パルスφＨｎ−１をｎ列目の負荷制御ト
ランジスタ２０のゲート電極にも印加し、この負荷制御
トランジスタ２０を導通状態とする。これにより、ｎ列
目の垂直信号線１４の電位Ｖsig.ｎが電圧源２１の電
位、即ち信号電流が定常状態に収まったときの垂直信号
線１４の電位Ｖｏとほぼ同じ電位に低下する。
は、ｎ−１列目の画素の信号を出力しているときに、そ
の列の水平走査パルスφＨｎ−１をｎ列目の負荷制御ト
ランジスタ２０のゲート電極にも印加し、この負荷制御
トランジスタ２０を導通状態とする。これにより、ｎ列
目の垂直信号線１４の電位Ｖsig.ｎが電圧源２１の電
位、即ち信号電流が定常状態に収まったときの垂直信号
線１４の電位Ｖｏとほぼ同じ電位に低下する。
【００３５】すると、ｎ列目の画素の信号を出力すると
きには、すでにｎ列目の垂直信号線１４の電位Ｖsig.ｎ
がほぼ定常状態に収まった状態になっているため、垂直
信号線１４の寄生容量Ｃｖに蓄積された余剰の電荷がな
く、ｎ列目の水平選択トランジスタ１６が水平走査パル
スφＨｎにより導通状態になり、信号電流が出力された
瞬間にでるスパイク状ノイズの発生が極めて少なくな
る。
きには、すでにｎ列目の垂直信号線１４の電位Ｖsig.ｎ
がほぼ定常状態に収まった状態になっているため、垂直
信号線１４の寄生容量Ｃｖに蓄積された余剰の電荷がな
く、ｎ列目の水平選択トランジスタ１６が水平走査パル
スφＨｎにより導通状態になり、信号電流が出力された
瞬間にでるスパイク状ノイズの発生が極めて少なくな
る。
【００３６】上述したように、電流出力方式の増幅型撮
像素子において、垂直信号線１４の各々に負荷素子を接
続したことにより、この負荷素子の作用によって信号が
出力される前に垂直信号線１４の寄生容量Ｃｖにチャー
ジされた電荷を予め排出できるため、余剰電荷に起因し
て出力信号波形に乗るスパイク状のノイズを抑圧でき
る。
像素子において、垂直信号線１４の各々に負荷素子を接
続したことにより、この負荷素子の作用によって信号が
出力される前に垂直信号線１４の寄生容量Ｃｖにチャー
ジされた電荷を予め排出できるため、余剰電荷に起因し
て出力信号波形に乗るスパイク状のノイズを抑圧でき
る。
【００３７】特に、ｎ列目の垂直信号線１４に接続され
た負荷制御トランジスタ２０を、ｎ−１列目の水平走査
パルスφＨｎ−１によって制御するようにしたことによ
り、負荷素子が１列前の走査タイミングで選択的に垂直
信号線１４に接続されることになるため、負荷素子を接
続したことに伴う当該負荷素子での電力消費を最小限に
抑えることができる。
た負荷制御トランジスタ２０を、ｎ−１列目の水平走査
パルスφＨｎ−１によって制御するようにしたことによ
り、負荷素子が１列前の走査タイミングで選択的に垂直
信号線１４に接続されることになるため、負荷素子を接
続したことに伴う当該負荷素子での電力消費を最小限に
抑えることができる。
【００３８】図４は、本発明が適用されるカメラシステ
ムの一例を示す概略構成図である。本例のカメラシステ
ムは、固体撮像素子４１と、この固体撮像素子４１の撮
像面上に被写体（図示せず）からの像光を結像させるレ
ンズ４２と、固体撮像素子４１から出力される映像信号
に対してサンプルホールドなどの種々の信号処理を行う
信号処理回路４３とを有する構成となっている。
ムの一例を示す概略構成図である。本例のカメラシステ
ムは、固体撮像素子４１と、この固体撮像素子４１の撮
像面上に被写体（図示せず）からの像光を結像させるレ
ンズ４２と、固体撮像素子４１から出力される映像信号
に対してサンプルホールドなどの種々の信号処理を行う
信号処理回路４３とを有する構成となっている。
【００３９】そして、上記構成のカメラシステムにおい
て、固体撮像素子４１として、図１に示した構成の増幅
型撮像素子１０、即ち垂直信号線１４の先端に負荷制御
トランジスタ２０と電圧源２１で構成され負荷素子を接
続し、この負荷素子の作用によって信号電流が出力され
た瞬間にでるスパイク状ノイズを抑圧した構成の増幅型
撮像素子１０を用いる。
て、固体撮像素子４１として、図１に示した構成の増幅
型撮像素子１０、即ち垂直信号線１４の先端に負荷制御
トランジスタ２０と電圧源２１で構成され負荷素子を接
続し、この負荷素子の作用によって信号電流が出力され
た瞬間にでるスパイク状ノイズを抑圧した構成の増幅型
撮像素子１０を用いる。
【００４０】この増幅型撮像素子１０からは、図３の波
形図から明らかなように、スパイク状のノイズがほとん
ど無い波形の信号電流Ｉｏｕｔが出力されることから、
信号処理回路４３においてサンプルホールドする際に、
従来技術で説明したようなスパイク状のノイズが乗って
いる信号をサンプルホールドするときのランダムノイズ
の発生や、水平選択トランジスタ１６の導通抵抗のバラ
ツキによる縦筋状の固定パターンノイズの発生が抑圧さ
れる。
形図から明らかなように、スパイク状のノイズがほとん
ど無い波形の信号電流Ｉｏｕｔが出力されることから、
信号処理回路４３においてサンプルホールドする際に、
従来技術で説明したようなスパイク状のノイズが乗って
いる信号をサンプルホールドするときのランダムノイズ
の発生や、水平選択トランジスタ１６の導通抵抗のバラ
ツキによる縦筋状の固定パターンノイズの発生が抑圧さ
れる。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による固体
撮像素子によれば、各列の信号線に負荷素子を接続した
ことにより、これら信号線から信号電流が出力される前
に、信号線の寄生容量にチャージされた電荷が負荷素子
を通して予め排出されるため、余剰の電荷に起因して信
号電流の波形に乗るスパイク状のノイズを大幅に抑圧で
きる。
撮像素子によれば、各列の信号線に負荷素子を接続した
ことにより、これら信号線から信号電流が出力される前
に、信号線の寄生容量にチャージされた電荷が負荷素子
を通して予め排出されるため、余剰の電荷に起因して信
号電流の波形に乗るスパイク状のノイズを大幅に抑圧で
きる。
【００４２】本発明による固体撮像素子の駆動方法によ
れば、信号線に対して各列ごとに負荷素子を接続した構
成の固体撮像素子において、列方向の走査の際に少なく
とも１列前の走査タイミングで信号線に負荷素子を選択
的に接続するようにしたことにより、信号線から信号電
流が出力される直前に、信号線の寄生容量にチャージさ
れた電荷が負荷素子を通して予め排出できるため、余剰
の電荷に起因して信号電流の波形に乗るスパイク状のノ
イズを大幅に抑圧できるとともに、負荷素子が必要最小
限の期間だけ動作状態となり、当該負荷素子での消費電
力を最小限に抑えることができるため、低消費電力にて
所期の目的を達成できることになる。
れば、信号線に対して各列ごとに負荷素子を接続した構
成の固体撮像素子において、列方向の走査の際に少なく
とも１列前の走査タイミングで信号線に負荷素子を選択
的に接続するようにしたことにより、信号線から信号電
流が出力される直前に、信号線の寄生容量にチャージさ
れた電荷が負荷素子を通して予め排出できるため、余剰
の電荷に起因して信号電流の波形に乗るスパイク状のノ
イズを大幅に抑圧できるとともに、負荷素子が必要最小
限の期間だけ動作状態となり、当該負荷素子での消費電
力を最小限に抑えることができるため、低消費電力にて
所期の目的を達成できることになる。
【００４３】さらに、本発明によるカメラシステムは、
上記構成の固体撮像素子またはその駆動方法を用いるこ
とにより、固体撮像素子からはスパイク状のノイズがほ
とんど無い波形の出力を得ることができるため、信号処
理系でサンプルホールドする際に、スパイク状ノイズに
起因するランダムノイズの発生を抑圧し、ＳＮ比を向上
できるとともに、水平選択トランジスタの導通抵抗のバ
ラツキによる縦筋状の固定パターンノイズの発生を抑圧
できることになる。
上記構成の固体撮像素子またはその駆動方法を用いるこ
とにより、固体撮像素子からはスパイク状のノイズがほ
とんど無い波形の出力を得ることができるため、信号処
理系でサンプルホールドする際に、スパイク状ノイズに
起因するランダムノイズの発生を抑圧し、ＳＮ比を向上
できるとともに、水平選択トランジスタの導通抵抗のバ
ラツキによる縦筋状の固定パターンノイズの発生を抑圧
できることになる。
【図１】本発明の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本実施形態の動作説明のためのタイミングチャ
ートである。
ートである。
【図３】本実施形態に係る信号線電位および信号電流の
波形図である。
波形図である。
【図４】本発明が適用されるカメラシステムの一例の概
略構成図である。
略構成図である。
【図５】従来例を示す概略構成図である。
【図６】従来例に係る信号線電位および信号電流の波形
図である。
図である。
１０…増幅型撮像素子、１１…単位画素、１２…垂直選
択線、１３…垂直リセット線、１４…垂直信号線、１５
…垂直走査回路、１６…水平選択トランジスタ、１７…
水平走査回路、１８…水平信号線、２０…負荷制御トラ
ンジスタ、２１…電圧源、３１…フォトダイオード、３
２…増幅トランジスタ、３３…垂直選択トランジスタ、
３４…画素リセットトランジスタ
択線、１３…垂直リセット線、１４…垂直信号線、１５
…垂直走査回路、１６…水平選択トランジスタ、１７…
水平走査回路、１８…水平信号線、２０…負荷制御トラ
ンジスタ、２１…電圧源、３１…フォトダイオード、３
２…増幅トランジスタ、３３…垂直選択トランジスタ、
３４…画素リセットトランジスタ
Claims (9)
- 【請求項１】 行列状に２次元配置された複数の画素
と、 前記複数の画素に対して各列ごとに配線され、一列の画
素に共通に接続された信号線と、 前記信号線に対して各列ごとに接続された負荷素子とを
備えたことを特徴とする固体撮像素子。 - 【請求項２】 前記負荷素子は、列方向の走査の際に少
なくとも１列前の走査タイミングで前記信号線に選択的
に接続されることを特徴とする請求項１記載の固体撮像
素子。 - 【請求項３】 前記負荷素子の動作が列走査回路により
制御されることを特徴とする請求項２記載の固体撮像素
子。 - 【請求項４】 前記負荷素子は、前記列走査回路から出
力される１列前の走査パルスによって前記信号線に選択
的に接続されることを特徴とする請求項３記載の固体撮
像素子。 - 【請求項５】 前記負荷素子は、前記信号線と基準電位
点の間に直列に接続された制御トランジスタおよび電圧
源からなり、前記制御トランジスタの制御電極に前記１
列前の走査パルスが与えられることを特徴とする請求項
４記載の固体撮像素子。 - 【請求項６】 前記電圧源の電位は、各画素から出力さ
れた信号電流が定常状態に収まったときの前記信号線の
電位とほぼ同じ電位に設定されることを特徴とする請求
項５記載の固体撮像素子。 - 【請求項７】 行列状に２次元配置された複数の画素
と、前記複数の画素に対して各列ごとに配線され、一列
の画素に共通に接続された信号線と、前記信号線に対し
て各列ごとに接続された負荷素子とを備えた固体撮像素
子において、 列方向の走査の際に少なくとも１列前の走査タイミング
で前記信号線に前記負荷素子を選択的に接続することを
特徴とする固体撮像素子の駆動方法。 - 【請求項８】 行列状に２次元配置された複数の画素
と、 前記複数の画素に対して各列ごとに配線され、一列の画
素に共通に接続された信号線と、 前記信号線に対して各列ごとに接続された負荷素子とを
備えた固体撮像素子を撮像デバイスとして用いたことを
特徴とするカメラシステム。 - 【請求項９】 前記負荷素子は、列方向の走査の際に少
なくとも１列前の走査タイミングで前記信号線に選択的
に接続されることを特徴とする請求項８記載のカメラシ
ステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10067965A JPH11266400A (ja) | 1998-03-18 | 1998-03-18 | 固体撮像素子およびその駆動方法、並びにカメラシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10067965A JPH11266400A (ja) | 1998-03-18 | 1998-03-18 | 固体撮像素子およびその駆動方法、並びにカメラシステム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11266400A true JPH11266400A (ja) | 1999-09-28 |
Family
ID=13360203
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10067965A Pending JPH11266400A (ja) | 1998-03-18 | 1998-03-18 | 固体撮像素子およびその駆動方法、並びにカメラシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11266400A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007110741A (ja) * | 1999-09-30 | 2007-04-26 | California Inst Of Technology | 光ダイオードベースのｃｍｏｓ画像形成部を使用する高速オンチップウィンドウ化セントロイディング |
| US7525079B2 (en) | 2005-11-17 | 2009-04-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | CMOS image sensor circuit and method of supplying initial charge thereof |
| WO2017056160A1 (ja) * | 2015-09-28 | 2017-04-06 | オリンパス株式会社 | イメージセンサおよびイメージセンサの駆動方法 |
| US9972656B2 (en) | 2011-12-02 | 2018-05-15 | Arnold & Richter Cine Technik Gmbh & Co. Betriebs Kg | Image sensor and method of reading out an image sensor |
-
1998
- 1998-03-18 JP JP10067965A patent/JPH11266400A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007110741A (ja) * | 1999-09-30 | 2007-04-26 | California Inst Of Technology | 光ダイオードベースのｃｍｏｓ画像形成部を使用する高速オンチップウィンドウ化セントロイディング |
| JP4527100B2 (ja) * | 1999-09-30 | 2010-08-18 | カリフォルニア インスティテュート オブ テクノロジー | 光ダイオードベースのｃｍｏｓ画像形成部を使用する高速オンチップウィンドウ化セントロイディング |
| US7525079B2 (en) | 2005-11-17 | 2009-04-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | CMOS image sensor circuit and method of supplying initial charge thereof |
| US9972656B2 (en) | 2011-12-02 | 2018-05-15 | Arnold & Richter Cine Technik Gmbh & Co. Betriebs Kg | Image sensor and method of reading out an image sensor |
| WO2017056160A1 (ja) * | 2015-09-28 | 2017-04-06 | オリンパス株式会社 | イメージセンサおよびイメージセンサの駆動方法 |
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