JPS60220674A - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は横型静電誘導トランジスタ又は縦型静電誘導ト
ランジスタを用いた固体撮像装置に関するものである。

〔発明の背景技術〕

近時、固体撮像装置としてＢＢＤ、ＣＣＤ等の電荷転送
素子を用いるものや、ＭＯＳ型トランジスし、これら固
体撮像装置は電荷転送時に電荷の洩れがあること、光検
出感度が堡いこと、集積度力（上がらないことなどの問
題がある。斯様な問題を一挙に解決するものとして、静
電誘導トランジスタ（Ｓｔａｔｉｃ　Ｉｎｄｕｃｔｉｏ
ｎ　Ｔｈａｎｓｉｓｔｏｒ、以下ＳＩＴと略称する）を
用いたものが新たに提案されて０る。例えば、特開昭５
５−１５２２９号公報に（まマトリ・ノクス状に配列し
たＳＩＴのソースを行導線に接続し、ドレインを列導線
に接続し、ゲートをクリア導線に接続した固体撮像装置
が示されてＩ、Ｎる。更ニ、横型静電誘導トランジスタ
（Ｌａｔｅｒａｌ　５ｔａｔｉｃＩｎｄｕｃｔｉｏｎ　
Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ　；以下ＬＳＩＴと略称する）を
用いた固体撮像装置に於ける出力形式として（′！、各
受光受光画素つの抵抗を組合わせてソース接地又はソー
スフォロワ−形式で直接曲に受光信−号を出力するもの
がある。例えば１本発明者は昭和５８年３月２９日付特
許願　発明の名称［固体撮像素子および固体撮像装置］
に於いて、新たな固体撮像装置を提案した。即ち、この
提案による固体撮像装置は、絶縁物または高抵抗半導体
基体上嘉こ形成した半導体層の表面に、静電誘導トラン
ジスタのソース領域およびドレイン領域を設けると共に
、これらソース領域およびドレイン領域の少な（共一方
の領域を完全に囲むように光信号を蓄積するゲート領域
を設け、っ前記半導体層の表面と平行にソース・ドレイ
ン電流が流れるように構成したことを特徴とするもので
ある。

更に、該固体撮像装置は、絶縁物または高抵抗半導体基
体上に形成した半導体層の表面に、ソース領域およびド
レイン領域を設けると共に少なくとも一部分をこれらソ
ース領域およびドレイン領域の間に形成したゲート領域
を設け、半導体層の表面と平行にソース・ドレイン電流
が流れるように構成した静電誘導トランジスタを具える
固体撮ふ 像素子と、光信号蓄積時に前記ソースおよびドレイン領
域を逆バイアスする手段とを具えることを特徴とするも
のである。

更に、該固体撮像装置は、絶縁物または高抵抗半導体基
体上に形成した半導体層の表面に、ソース領域およびド
レイン領域を設けると共に少なくとも一部分をこれらソ
ース領域およびドレイン領域の間に形成したゲート領域
を設け、半導体層の表面と平行にソース・ドレイン電流
が流れるように構成した静電誘導トランジスタを具える
固体撮像素子を多数マトリックス状に配列したアレイと
このアレイの順次の固体撮像素子を、光電荷をゲート領
域に蓄積する光信号蓄積時間中はソースおよびドレイン
領域を逆バイアスして出力信号が生じないようにし、信
号読み出し時間中はソースまたはドレイン領域を接地し
てゲート領域に蓄積された光電荷に応じたソース・ドレ
イン電流をビデオラインに流す走査手段とを具えること
を特徴とするものである。以下、」二記固体撮像装置の
概要路記号であり、ソース接地回路を構成している。

同図に於いて、端子１はソース端子でソース電圧Ｖｓが
印加され、端子２はドレイン端子でありドレイン電圧Ｖ
Ｄが印加されており、負荷抵抗［有］Ｏレイン電極（Ｄ
）に接続されている。更に、端子３はゲート端子でゲー
ト電極（Ｇ）６に接続され、該ゲート電極６にはゲート
上部から入射光７が入射する。又、基板端子８には基板
電圧ＶＳＵＢが印加されている。第２図（Ａ）〜（Ｄ）
は上記固体撮像装置の動作を説明する信号波形図を示し
、同図（Ａ）は。

ゲート端子３に印加するゲート電圧■Ｇと時間との関係
、同図（Ｂ）はドレイン端子２に印加するドレイン電圧
ＶＤと時間との関係、同図（Ｃ）はソース端子１に印加
するソース電圧Ｖｓと時間との関係、同図（Ｄ）は基板
端子８に印加する基板電圧ＶｓｕＢと時間との関係を夫
々に示す図である。同図（Ａ）〜（Ｄ）　に於いて、読
み出し動作の１周期はＴであり、該周期Ｔは蓄積時間Ｔ
＋、読み出し時間Ｔ２及びリセット時間Ｔ３に分割して
示す。次に、第１図及び第２図（Ａ）〜（Ｄ）に基づい
て該固体撮像装置の読み出し動作について説明する。読
み出し期間の全期間を通じて上記ソース電圧Ｖｓはグラ
ンド電圧Ｖｓ＋に、また基板電圧Ｖｓｏｓは順）（イア
ス電ｎｊ’Ｒ−−−−，／”ｔｌ、、−、／１’ｌ’１
ｌｒＪＧＬ代？Ｊ’ｌｆｌ、！　Ｌ幻８積時間Ｔ＋の期
間中は、ゲート電圧ｖＧは、深い逆バイアス電位Ｖｃ＋
　（Ｖｃ＋＜Ｏ）となっており、光景に応じてゲート直
下の半導体、絶縁膜界面に光により発生した正孔が蓄積
されることとなる。なお。

蓄積時間Ｔ、Ｉの期間中は、ドレイン電圧ＶＤは、グラ
ンド電圧ＶＤＩとなっている。次に、蓄積時間Ｔ１の終
了後、読み出し時間Ｔ２に移り、該読み出し時間Ｔ２の
時間中は、ゲート電位は、ゲート読み出し電圧Ｖｃｚ（
Ｖｃ＋〈Ｖｃｚ＜０）トナリ、ビレ４ン１１ｔ、圧ＶＤ
はＶＤ２　（ＶＤ２　＞　Ｏ）が印加され、光量に応じ
た出力信号を読み出す。その後、上記読み出し期間Ｔ２
後１画素をリセットする時間Ｔ３に入り、該リセット時
間Ｔ３の期間中はゲート電圧ＶＧは、逆バイアス電圧Ｖ
Ｇ３（ＶＯ２＞Ｏ）となり光により発生し。

ゲート直下に蓄積していた正孔が掃き出される。

なお、同図でドレイン電圧ＶＤは、読み出し電圧ＶＤ２
となっているが、リセット期間中は、ドレイン電圧ＶＤ
がＶＤｔでもかまわない。次に、第３図は上記固体撮像
装置の出力例を示すものであり。

ゲート電極上部への入射光量と出力端子５の電圧ＶＯＵ
Ｔとをリニアスケールの関係で示す。同図に於いて、光
量ｌが零（０）の時は９画素を構成するＬＳＩＴはオフ
（ＯＦＦ）状態であり、出力電圧ＶＯＩＪＴはドレイン
電圧ＶＤとなる。次に、光Ｊｌノが増加するに従ってＬ
ＳＩＴはオン（ＯＮ）状態が強くなり出力電圧ＶＯＵＴ
が下降して、飽和光量を越える光量が入射すると一定の
出力電圧ＶＯＵＴが出力される。上記飽和光量までの光
量の領域に於いては。

出力（＝Ｖｏｔｒｒ）”光量（＝ｌ）の関係が実験によ
って確かめられている。次番と、上述の動作原理に基づ
いた固体撮像装置の単一出力アレイ（Ａｒｒａいの動作
について、第４図（Ａ）及び同図（Ｂ）を用いて説明す
る。固体撮像装置では固体撮像素子をマトリックス状に
配列し、これをラスク走査することにより映像信号を取
り出しているがこの走査方法としては、ドレイン・ゲー
ト選択方式、ソース・ゲート選択方式、ソース・ドレイ
ン選択方式があるが、以下ドレイン・ゲート選択方式に
ついて説明する。第４図（Ａ）は、上記ＬＳＩＴを゛マ
トリックス状に配列した固体撮像装置の構成概略図を示
し。

同図（Ｂ）は、該装置の動作を説明するための信号波形
図を示す。第４図（Ａ）に示すようにｔｎｘｎ個のＬＳ
ＩＴ　２５０−１１．２５０−１２．・・・、　２５０
−２１．２５０−２２．・・・、２５０−ｒｎｎをマト
リックス状に配列し。

ＸＹアドレス方式により順次信号を読み出すように構成
する。各画素を構成するＬＳＩＴとしてはゲート領域に
よってソースおよびドレイン領域の少な（とも一方を囲
む構成とした横形の静電誘導トランジスタだけでなく、
ソース・ドレイン領域間にゲート領域を設けた構成の横
形静電誘導トランジスタとすることもできる。該固体撮
像装置では各ＬＳＩＴのソース端子は接地し、Ｘ方向に
配列された各行のＬＳＩＴ群のゲート端子は行ライン２
５１−１．２５１−２．・・・、　２５１−ｍにそれぞ
れ接続する。またＹ方向に配列された各列のＬＳＩＴ群
のドレイン端子は列ライン２５２−１．２５２−２・・
・２５２−ｎにそれぞれ接続し、これら列ラインはそれ
ぞれ列選択用トランジスタ２５３−１．２５３−２・・
・２５３−１１および２５３−１’、２５３−２’・・
・２５３−ｎ’を介してそれぞれビデオライン２５４お
よびグラウンドライン２５４′に共通に接続する。ビデ
オライン２５４には負荷抵抗２５５を介してビデオ電源
ｖＤＤを接続する。行ライン２５１−１．２５１−２・
・・２５１−ｍは垂直走査回路２５６に接続され、それ
ぞれ信号ｌａｘ、　ｌＧ２．・・・。

ＶＧｍが順次に印加されるよう番ζ構成する。また。

列選択トランジスタ２５３−１．２５３−２・・・２５
３−ｎおよび２５３−１’、　２５３−２’・・・２５
３−ｎ’のゲート端子は水平走査回路２５７に接続され
、それぞれ信号ｌＤｇ、　ｌＤ２・・・ｙＪＤｎおよび
その反転信号が印加されるように構成する。

次に、第４図（Ｂ）を参照して本例の固体撮像装置の動
作を説明する。第４図（Ｂ）は垂直走査信号ｌａおよび
水平走査信号ＯＤを示すものである。行ライン２５１−
１．２５１−２・・・に印加される信号ｇｌｃｂｌａ２
・・・は小さい振幅の読み出しゲート電圧Ｖｓａと。

それより大きい振幅のリセットゲート電圧Ｖ（Ｒとより
成るもので、一つの行ラインの走査期間ｔＨの間はＶＩ
ＩＩＧ、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ｔＢＬにはＶｐ　Ｒ’の値になるように設
定されている。列選択用トランジスタのゲート端子に加
えられる水平走査信号９１Ｄ】、　ｌＤｚ・・・は列ラ
イン２５２−１．２５２−２・・・を選択するための信
号であり、低レベルは列選択用トランジスタ２５：３−
１．２５３−２・・・をオフ、反選択用トランジスタ２
５３−１’、　２５３−２’・・・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
オフとする電圧値となるように設定されている。

次に上述したＬＳＩＴの動作原理に基づいて第４図（Ａ
）に示した固体撮像装置の動作を同図（Ｂ）に示す信号
波形を参照して説明する。垂直走査回路２５６の作動に
より信号ｙｉＧｔがＶＩＧとなると２行ライン２５１−
１に接続されたＬＳＩＴ群２５０−１１゜２５０−１２
・・・２５０−１ｎが選択され、水平走査回路２５７よ
り出力される信号〆ｏ１．　ｌＤｚ・・・により水平選
択トランジスタ２５３−１．２５３−２・・・２５３−
ｎが順次オンすると、ＬＳＩＴ２５０−１１．２５０−
１２・−・ズ ２５０−１ｎの信号が順次にビデチライン２５４より出
力される。続いて、このＬＳＩＴ群２５０−１１゜２５
０−１２・２５０−１ｎは信号ｅａ１が高レベルＶ（Ｒ
になったときに一斉にリセットされ２次に光信号を蓄積
し得る状態となる。次いで信号χＧ２がＶｓＧとなると
行ライン２５１−２に接続されたＬＳＩＴ群２５０−２
１．２５０−２２・・・２５０−２１が選択され、水平
走査信号ダＤＩ、　ｙｆｏ２・・・によりＬＳＩＴ　２
５０−２１゜２５０−２２・・・２５０−２ｎの光信号
が順次に読み出され、続いてＯＧ２が■ダＲとなること
により一斉にリセットされる。以下同様にして順次のＬ
ＳＩＴの光信号が読み出され、１フイールドのビデオ信
号が出力される。上記の固体撮像装置に於いては、第３
図に示した出力形式から判明するように、出力形式とし
て入射光が弱い程大きい出力が出る。即ち、入力信号に
対して出力信号が逆相で出力され。

又、飽和露光出力ＶＯＵＴＩが加わりた状態で出力され
ることになる。従って、上記出力信号を固体撮像装置の
受光アレイチップ以外の外部で後処理を行わなければな
らず、余分な外部回路を必要とする。更に、斯様な外部
回路を用いて外部で出力信号を後処理を行うために個々
の画素或いはチップ間でのバラツキに対応させるのが困
難となり、それ故、該固体撮像装置の製作に於ける歩留
りの低下の原因となる。更に、上記後処理のための外部
回路を組込むものであるから、製造コストが高くなる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述した固体撮像装置における欠点を
除去し、高性能で且つ製作容易な固体撮像装置を提供す
るものである。更に２本発明の他の目的は、各受光画素
内に於いて増幅機能を備えた受光アレイに関して同一チ
ップ内に於ける各画素出力成分から損信号を差し引き、
受光アレイの他に外部処理回路を用いることな（単一の
受光装置チップで光量に比例した出力信号を得る固体撮
像装置を提供するものである。

〔発明の概要〕

本発明は横型静電誘導トランジスタまたは縦型静電誘導
トランジスタを用いる固体撮像装置であって、同一の受
光装置チップ内で１個のダミー画素、又は１列のダミー
画素列、又は読み出し画素と同行前列の画素等を用いる
ことによりアレイ内の画素信号との差動回路を構成し受
光装置チップから画素の光量に比例した差動出力を容易
に得ることを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下９本発明による固体撮像装置の実施例を添付図面を
参照して説明する。第５図は本発明の一実施例を示す基
本構成図である。第５図に於いて。

受光トランジスタ（Ｑｌ）４０と同様な構造を備えたト
ランジスタ（Ｑ２）４０’は表面に遮光膜或いは該トラ
ンジスタ（Ｑｌ）４０Ａをリセット時に動作させて用い
る等によって入射光量が零（０）の時、出力を送出する
ように構成したトランジスタである。上記受光トランジ
スタ（Ｑｌ）４０及びトランジスタ４０’の夫々のソー
ス端子４１及び４１ｚ負荷抵抗（Ｒｔθ４２と（ＲＬ２
）４２’を介したドレイン端子４３．ゲート端子４４．
基板端子細及びソース電圧（グランド電圧）ドレイン電
圧ＶＤ、ゲート電圧ＶＧＩ基板電圧ＶＳＵＢは共通に接
続されると共に上記各電圧が印加されている。上記負荷
抵抗（Ｒｔ＋）４２及び出力端子４５．′負荷抵抗（Ｒ
Ｌ２）４２’及び出力端子４５′は、′上記受光、トラ
ンジ’ｘ　ｌ　（Ｑ　１　）４０及び）　５　ンシｘｌ
　（Ｑ２）４０’の夫々のドレイン電極と共通の上記ド
レイン端子４３との間に接続されており、上記負荷抵抗
の抵抗値はＲｈ＋＝Ｒ’ｔ２なる関係に選定されている
。４６は上記受光トランジスタ（Ｑｌ）４０のゲート部
に入射する光である。次に、上記基本構成に於ける動作
の説明であるが、上述の第１図及び第２図に示した固体
撮像装置の説明と同等であるので省略すも上記出力端子
４５からは入射光４６に応じた出力信号が出力され、出
力端子４５′からは光量が零（０）の時の信号が出力さ
れる。該出力端子４５．４５’からの夫夫の出力信号Ｖ
ＯＵＴ、　Ｖ’ＯＵＴの差、即ち、△ＶＯＵＴ−Ｖ’０
ＬＩＴ　−ＶＯＩＪＴをとると、△ＶＯＵＴの入射光量
４６に対する出力信号は第６図に示すような光量１（ｌ
ｕｘ）と出力電圧ΔＶＯＵＴ　（Ｖ）の関係の出力特性
を得る。

以下に上記本発明の動作原理に基づいた各実施例につい
て説明する。第７図は本発明による固体撮像装置の他の
実施例を示す構成概略図であり。

本実施例は１個のダミーセルを用いて差動出力を得る受
光アレイ回路の構成概略図を示すものである。固体撮像
装置では固体撮像素子をマトリックス状に配列し、これ
をラスク走査することにより映像信号を取り出している
がこの走査方法としては、ドレイン・ゲート選択方式、
ソース・ゲート選択方式、ソース・ドレイン選択方式が
あるが。

以下ドレイン・ゲート選択方式について説明する。

ｍ　ｘ　ｎ個のＬＳＩＴ　６０−１１．６０−１２．　
・、　６０−２１゜６０−２２．・・・、５Ｑ−ｍｎを
マトリックス状に配列し。

ＸＹアドレス方式により順次信号を読み出すように構成
する。各画素を構成するＬＳＩＴとしてはゲジスタとす
ることもできる。本実施例では各ＬＳＩＴのソース端子
は接地し、Ｘ方向に配列された各行のＬＳＩＴ群のゲー
ト端子は行ライン６１−１゜６１−２．・・・、５１−
ｍにそれぞれ接続する。またＹ方向に配列された各列の
ＬＳＩＴ群のドレイン端子は列ライン６２−１．６２−
２・・・６２−ｎにそれぞれ接続し、これら列ラインは
それぞれ列選択用トランジスタ６３−１．６３−２・・
・６３−ｎおよび６３−１’、　６３−２′・・・６３
−ｎ’を介してそれぞれビデオライン６４および６４′
に共通に接続する。ビデオライン６４には負荷抵抗６５
を介してビデオ電源ＶＤＤを接続する。同様にビデオラ
イン６４′には負荷抵抗６５′を介してビデオ電源ＶＤ
Ｄを接続する。行ライン６１−１．６１−２・・・６１
−ｍは垂直走査回路６６に接続され、それぞれ信号１ａ
１．　ｉｃｚ、・・・、　９５Ｇ（ｎが順次に印加され
るように構成する。また１列選択トランジスタ６３−１
．６３−２・・・６３−ｎのゲート端子は水平走査回路
６７に接続され、それぞれ信号９６Ｄ１．　ｌＤ２・・
・　ｇｆｐｎが印加されるように構成する。ダミートラ
ンジスタ６８はＡＪ等により入射光が入らないように遮
光されており、そのソース端子は接地されている。更に
、ダミートランジスタ６８のゲート端子には行ライン６
１′に接続されると共に、ドレイン端子はライン６９に
接続されている。ビデオライン６４′には負荷抵抗６５
′を介してビデオ電圧ＶＤＤが加えられている。ここで
負荷抵抗６５と同６５′の抵抗値は同じ値とする。上記
ライン６１′は垂直走査回路６６に接続され信号ｌＧｄ
、　ｆ６ａ２．・・・。

ＨａｍのＯＲ（和）信号が加わるようになっている。

また１選択用トランジスタ６３′のゲート端子には水平
走査回路６７が接続され信号１ｏｒ、　ｌｏ２．・・・
。

ＳＤｎのＯＲ（和）信号が加わるようになっている。

次に、第８図に基づいて本実施例の固体撮像装置の動作
を説明する。第８図招垂直走査信号メＧ、水平走査ｌＤ
及びダミートランジスタ用信号ダσ＋　ｄｏ’について
説明する。行ライン６１−Ｌ　６１−２・・・に印加さ
れる信号ｌ！ＩＧＭ、　＄ａ２・・・は小さい振幅の読
み出しゲート電圧ｖ１１ＩＧと、それより大きい振幅の
リセットゲート電圧Ｖｐｉとより成るもので、一つの行
ラインの走査期間１．の間はＶＩＩＴＧ、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ｔＢＬに
はＶｙｉの値になるように設定されている。列選択用ト
ランジスタのゲート端子に加えられる水平走査信号ｌｏ
ｒ、グＤ２・・・は列ライン６２−１．６２−２・・・
を選択するための信号であり、低レベルは列選択用トラ
ンジスタ６３−１．６３−２・・・をオフ、高レベルは
列選択用トランジスタをオンする電圧値となるように設
定されている。上述したようにダミートランジスタ６８
のゲートライン６１′にはダミー用信号ｇｌｃ、・の信
号波形が入力し２選択用トランジスタ６３′のゲート端
子にはダミー用信号ＳＤ’の信号波形が入力される。次
に、上述したＬＳＩＴの動作原理に基づいて、第７図に
示した固体撮像装置の動作を第８図に示す信号波形を参
照して説明する。

垂直走査回路６６の作動により信号ｌａ＋が■〆Ｇとな
ると２行ライン６１−１に接続されたＬＳＩＴ群６〇−
１１，６０−１２・・・６Ｏ−１ｎ及びダミートランジ
スタ６８が選択され、水平走査回路６７より出力される
信号１ｖ１．　ｌＤｚ・・・により水平選択トランジス
タ６３−１．６３−２・　６３−ｎが順次オンすると、
　ＬＳ’ＩＴ６０−１１．６０−１２・・・６Ｏ−Ｉｎ
の信号が順次にビデオライン６４より出力される。続い
て、該ＬＳＩＴ群６０−１１．６Ｏ−１２−６０−Ｉｎ
及びダミートランジスタ６８は信号ＯＧｌが高レベルＶ
ＩＺＩＨになったときに一斉にリセットされ２次に光信
号を蓄積し得る状態となる。次いで信号１ａ２がｖｌＩ
ＬＧとなると行ライン６１−２に接続されたＬＳＩＴ群
６０−２１．６０−２２・・・６Ｏ−２ｎが選択され、
水平走査信号ＩＤ１．　ｌｏ２・・・によりＬＳＩＴ　
６０−２１．６Ｏ−２２−６０−２ｎの光信号が順次に
読み出され、これらトランジスタが読み出されている間
、上記ダミートランジスタ６８は常に読み出され続いて
信号りＧ２がＶｒＲとなることにより一斉にリセットさ
れる。以下、同様にして順次のＬＳＩＴの光信号及びダ
ミートランジスタ６８からの暗状態の出力信号（以下、
　Ｄａｒｋ：ダーク信号という）が読み出され、１フイ
ールドのビデオ信号を得ることができる。従って２本実
施例では。

ビデオライン６４からは光出力信号が出力され、該出力
信号と同期してビデオライン６４′からは暗状態の出力
信号が出力される。本実施例に於いては。

唯一のダミートランジスタを各画素に増幅機能を有した
ＬＳＩＴから成る受光アレイを同一の受光装置チップ内
に構成することにより、該受光アレイから差動出力を得
られるという特徴を有する。

第９図は本発明による固体撮像装置の更に他の実施例を
示す構成概略図であり１本実施例は１列のダミーセルを
用いて差動出力を得るドレイン・ゲート選択方式の受光
アレイ回路の構成概略図を示すものである。第９図に於
いて、ｍ　ｘ　ｎ個のＬＳＩＴ　７０−１１．７０−１
２．・・−・・７０−２１．７０−２２．・・・７Ｑ−
ｍｎをマトリックス状に配列し、ＸＹアドレス方式によ
り順次信号を読み出すように構成する。

また、各画素を構成するＬＳＩＴは上述の実施例と同様
の構成を適用することができる。本実施例では、各ＬＳ
ＩＴのソース端子は接地し、Ｘ方向に配列された各行の
ＬＳＩＴ群のゲート端子は行ライン７１−１．７１−２
．　・、　７１−ｍに夫々接続する。またＹ方向に配列
された各列のＬＳＩＴ群および破線で取り囲んだダミー
用ＬＳＩＴ　７０−１．７０−２．　・７０−ｍのドレ
イン端子は列ライン？２−１．７２−２．・・・７２−
ｎおよび７２に夫々に接続し、これら列ラインはそれぞ
れ列選択用トランジスタ７３−１．７３−２．・・・７
３−ｎおよび７３を介してそれぞれビデオライン７４お
よび７４′に共通に接続する。ビデオライン７４には負
荷抵抗７５を介してビデオ電源ＶＤＤ　を接続する。ま
た、同様にビデオライン７４′には負荷抵抗７５′を介
してビデオ電源ＶＤＤを接続する。

行ライン７１−１．７１−２．・・・１７１−１１１は
垂直走査回路７６に接続され、ヰれぞれ信号５’ｃ　１
＋　ｌｃ　２１・・・＋１２ｆｃｍが順次に印加される
ように構成する。また１列選択トランジスタ７３−１．
７３−２．・・・７３−ｎおよび７３のゲート端子は水
平走査回路７７に接続され、それぞれ信号ｌＤ】、　ｙ
ｉｏ２．・・・１ｉｏｎが印加され１列選択用トランジ
スタ７３のゲート端子には信号ｌＤｇ。

ｌｏ２．・・・〆ｐｎのＯＲ（和）信号が印加されるよ
うに構成されている。

次に、第１０図に基づいて本実施例の固体撮像装置の動
作を説明する。第１０図は信号波形図を示し垂直走査信
号りＧ、水平走査信号Ｓｏ及びダミートランジスタ用信
号ｌａ’、ｌびについて説明する。行ライン７１−１．
７１２・・・に印加される信号ｌａｒ＋９６６２・・・
は小さい振幅の読み出しゲート電圧Ｖｐａと。

それより大きい振幅のリセットゲート電圧ＶｊＲとより
成るもので、一つの行ラインの走査期間１゜の間はＶｔ
ｔａ　＊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ｔａｔ、にはＶｊａの値になるように設
定されている。列選択用トランジスタのゲート端子に加
えられる水平走査信号ｌｏ１．　ｌＤ２・・・は列ライ
ン７２−１．７２−２・・・を選択するための信号であ
り、低レベルは列選択用トランジスタ７３−１、７３−
２・・・をオフ、高レベルは列選択用トランジスタをオ
ンする電圧値となるように設定されている。また、上記
列選択用トランジスタ７３のゲート端子に印加されるダ
ミー走査信号ＩＤ’は上述のように信号ＩＤ＋＋　ｌＤ
２＋・・・９６ＤｎのＯＲ（和）をとるために信号波形
は第１０図のようになる。

次に、上述したＬＳＩＴの動作原理に基づいて。

第９図に示した固体撮像装置の動作を第１０図に示す信
号波形を参照して説明する。垂直走査回路７６の作動に
より信号Ｓａｔとなると２行ライン７１−１に接続され
たＬＳＩＴ群７０−１１．７０−１２．・・・７０〜１
ｎ及びダミー選択用ＬＳＩＴ　７０−１．７０−２．−
７０−　ＩＴＩが選択され、水平走査回路７７より出力
される信号５ｏ１ｔ　ｌＤ２．・・・により水平選択ト
ランジスタ７３−１．７３−２．７３−ｎが順次オンす
ると、　ＬＳＩＴ７０−１１．７０−１２．７Ｏ−１ｎ
の信号が順次にビデオライン７４より出力される。また
、該行が読み出される間、同行のダミー用ＬＳＩＴ７０
−１より暗状態の信号成分がビデオライン７４′より出
力される。

続いて、該ＬＳＩＴ群７０−１１．７０−１２．　・−
７０−１ｎは信号Ｓａｔが高レベルＶｓＲになった時に
一斉にリセットされ１次に光信号を蓄積し得る状態とな
る。

次いで、信号９６Ｇ２が信号ＶｊｌＧとなると行ライン
７１−２に接続されたＬＳＩＴ群７０−２１．７０−２
２．・・・７Ｏ−２ｎが選択され、水平走査信号９６Ｄ
１．　ｇＤ２．・−４Ｄｎおよびダミー走査信号ダＤノ
によりＬＳＩＴ　７０−２１゜７０−２２．・・・７０
−２１の光信号が順次に読み出され。

その間、上記ダミー選択用ＬＳＩＴ７０−２からの暗状
態の信号成分が同期して読み出され、続いて信号１ａｚ
が■１ｌＩＲとなることにより一斉にリセットされる。

以下、同様にして順次に各画素の光信号およびダーク信
号が読み出され１フイールドのビデオ信号を得ることが
できる。なお、上記ダミー用ＬＳＩＴ　７０−１．７０
−２−７０−ｍは本実施例では最右列に配列させたが、
該ダミー用ＬＳＩＴはいずれの行に配列されていてもよ
い。

本実施例に於いては、光信号の読み出し画素と同一の積
分時間を経過した後のダーク信号を読み出すことができ
るという特徴を有する。

第１１図は本発明による固体撮像装置の更に他の実施例
を示す（Ｒ成概略図であり１本実施例は１列のダミーセ
ルを用いて全ての画素について近接の暗状態と近似でき
る画素との間での差動出力を得るものである。第１１図
に於いて、ｍｘｎ個のＬＳＩＴ−ｍをマトリックス状に
配列し、ＸＹアドレス方式により順次信号を読み出すよ
うに構成する。また、各画素を構成するＬＳＩＴは上述
の実施例と同様の構成を適用することができる。本実施
例ではＹ方向に配列された各ＬＳＩＴのソース端子は行
うイン８９−１’、　８９−１．８９−２．・・・８９
−一ζ接続され。

Ｘ方向に配列された各行のＬＳＩＴ群のゲート端子は行
ライフ　８１−１．８１−２．−、８１−ｍに夫々に接
続する。また、Ｙ方向に配列された各列のＬＳＩＴ群の
ドレイン端子は列ライン８２−１’、　８２−１．８２
−２・・・８２−ｎに接続され、これらの列ラインはそ
れぞれ列選択用トランジスタ８３−１．８３−２．・・
・８３−ｎおよび８３．８３−１’　、　８３−２’　
、・・・８３−（ｎ−１）’を介してビデオライン８４
および８４′に共通に接続する。ビデオライン８４には
負荷抵抗８５を介してビデオ電源ＶＤＤを接続する。ま
た、同様にビデオライン８４′には負荷抵抗８５′を介
してビデオ電源ＶＤＤを接続する。ここで、負荷抵抗８
５および８５′は同等の抵抗値を有している。行ライン
８１−１゜８１−２．・・・、８１−ｍは垂直走査回路
８６に接続され。

−１，８３−２，・・・８３−ｎ、含−キ℃ゲート端子
は水平走査回路８７に接続され、それぞれ信号１ｓｘ、
　ｌｓ２゜・・・ｌｓｎ、　ｌｓｆが印加されるように
構成されている。

次に、第１２図に基づいて本実施例の固体撮像装置の動
作を説明する。第１２図は信号波形図を示し垂直走査信
号メＧ、水平走査信号ＩＤ及び〆Ｓについて説明する。

行ライン８１−１．８２−２．　品に印加される信号ｌ
ａｔ、　ｌａ２・・・は光蓄積電圧Ｖｓｔと小さい振幅
の読み出しゲート電圧Ｖｍｃとより成るもので。

一つの行ラインの走査期間ｔＨの間は■９ＬＩＧとなる
ように設定されている。各画素をリセットするために、
ＬＳＩＴ群のソース列端子に印加される水平走査信号ｌ
　ｓ　１＋ダＳ２．・・・ダＳｎ＋　＄Ｓ’は各画素の
読み出しドレイン電圧９６Ｄ１が終了した後に信号ｍｓ
ｔが入力されるようになっている。該信号Ｏｓ＋は読み
出しゲート電圧ＶｌｌＩＧと電位がほぼ等しく、読み出
し直後の１画素のみをリセットする効果を有している。

次に、上述したＬＳＩＴの動作原理に基づいて。

第１１図に示した固体撮像装置の動作を第１２図に示す
信号波形を参照して説明する。垂直走査回路８６の作動
により信号Ｓａｔが信号Ｖｓａになると９行ライン８１
−１に接続されたＬＳＩＴ群８０−１１．８０−１２゜
・・・８Ｏ−Ｉｎが選択され、水平走査回路８７より出
力される信号ｌｏ１．　、ｉｏ２．・・・ＩＤｎにより
水平選択トランジスタ８３−１．８３−２．８３−ｎお
よび８３．８３−１’。

−８３−（ｎ−１）’が順次オンすると、　ＬＳＩＴ　
８０−１１゜８０−１２．　８０−１．ｎの信号が順次
にビデオライン８４より、また、順次暗状態とみなせる
ダミー画素およびＬＳＩＴ群である夫々のトランジスタ
８０−１゜８０−１１．・・・８Ｏ−（１，ｎ−１）の
信号がビデオライン８４′より出力される。上記各画素
はそれぞれ読み出し動作が終了すると、水平走査回路８
３より出力される信号１ｓ１．ダＳ２．・・・ダｓｎ、
　９６ダにより１画素ずつリセットされる。次いで、信
号ｌａｚが信号Ｖｍｃとなると１行ライン８１−２に接
続されたＬＳＩＴ群が選択され、水平走査信号ｆｌｏｓ
、　１ＺＩＤ２．・・・ＳＤｎにより、ＬＳＩＴ８０−
２１．８０−２２．　・　８Ｏ−２ｎの光信号と暗状態
とみなせるＬＳＩＴ　８０−２．８０−２１、・・・８
０−　（２，１−１）の信号が順次に読み出され。

続いてリセットされる。以下、同様にして順次に各画素
の光信号と各画素と同行前列のリセット直後の近似的な
暗状態のダーク信号が読み出され１フイールドのビデオ
信号を得ることができる。

本実施例に於いては、全ての画素についての暗状態との
差動信号を隣接する画素より得るために差動出力が正確
であるという特徴がある。

第１３図は本発明による固体撮像装置の更に他の実施例
を示す構成概略図であり１本実施例は画素列の同列前行
のＬＳＩＴとの差動をとり、これによって差動出力を得
るものである。第１３図に於いて。

１ｎＸｎ個のＬＳＩＴ　９０−１１．９０−１２．９０
−１３．　・・・９０−２１．９０−２２．・・・、９
Ｑ−Ｉｎｎをマトリックス状に配列し、ＸＹアドレス方
式により順次信号を読み出すように構成する。本実施例
では各ＬＳＩＴのソース端子は接地し、Ｘ方向に配列さ
れた各行ＬＳＩＴ群のゲート端子には行ライン９１−１
．９１−２゜・・・９１−ｍにそれぞれ接続する。また
、Ｙ方向に配列された各列のＬＳＩＴ群のドレイン端子
は列ライン９２−１．９２−２．・・・９２−ｎおよび
列ライン９２−１ｉ９２−２’、・・・９２−ｎ’に一
行おきに接続され、これら列ラインは列選択用トランジ
スタ９３−１．９３−２゜・・・９３−ｎおよび９３−
１’　、　９３−２’　、・・・９３−ｎ’を介してそ
れぞれビデオライン９４および９４′に共通に接続する
。ビデオライン９４には負荷抵抗９５を介してビデオ電
源ＶＤＤを接続する。また、同様にビデオライン９４′
には負荷抵抗９５′を介してビデオ電源ＶＤＤを接続す
る。ここで、上記負荷抵抗９５と９５′は同等の抵抗値
を備えている。更に１行ライン９１−１．９１−２．・
・・９１−ｍは垂直走査回路９６に接続され、それぞれ
信号１ａｒ＋　ｌａ２＋・・・りＧｍが順次に印加され
るように構成する。また１列選択トランジスタ９３−１
．９３−２．・・・９３−ｎおよび９３−１’；９３−
２’　、・・・９３−ｎ’のゲート端子には水平走査回
路９７に接続され、それぞれ信号ｙｉＤｇ、　ｌＤ２．
・・・１ｏｎｆｆｉ印加されるように構成されている。

次に、第１４図に基づいて本実施例の固体撮像装置の動
作を説明する。第１４図は信号波形図を示し。

垂直走査信号ＩＧおよび水平走査信号９１Ｄについて説
明する。行ライン９１−１．９１−２．・・・に印加さ
れる信号５’ｃ　ｌ＋〆Ｇ２・・・は小さい振幅の読み
出しゲート電圧ｖｊＩＧと、それより大きい振幅のリセ
ットゲート電圧ｖｊｌＴＲとより成るもので、一つの行
ラインの走査期間ｔＨの間はＶｐＧ、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ｔｓｔ、には
リセットゲート電圧ＶＩＩＩＲの値になるように設定さ
れている。列選択用トランジスタのｙ−ト端子に加えら
れる水平走査信号ｙＩｏ＋＋　ｌｏ２．・・・は列ライ
ン９２−１．９２−２．・・・を選択するための信号で
あり。

低レベルは選択用トランジスタ９３−１．９３−２．・
・・をオフ、高レベルは列選択用、トランジスタをオン
する電圧値となるように設定されている。

次に、上述したＬＳＩＴの動作原理に基づいて第１３図
に示した固体撮像装置の動作を第１４図に示す信号波形
図を参照して説明する。垂直走査回路９６の作動により
信号９６Ｇ１およびＩ’Ｇ２がＶＩＧになると。

（第１４図に示すＴの領域）、　行ライン９１−１およ
び９１−２に接続されたＬＳＩＴ群９０−１１．９０−
１２゜・・・９Ｏ−１ｎが選択され、水平走査回路９７
より出力される信号ＩＩ）］、　ｌＤ２．・・・ＳＤｎ
により水平選択トランジスタ９３−１．９３−２．・・
・９３−ｎが順次オンすると、順次ＬＳＩＴ　９０−２
１．９０−２２．　・９０−２１の光信号が１フイール
ド（Ｈ）前にリセットゲート電圧ＶｍＲによりリセット
される。該リセットにより１フイールドの間のみ受光し
ておらず近似的にダーク信号の出力状態になっているＬ
ＳＩＴ群９０−１１゜９０−１２．・・・９Ｏ−１ｎの
信号がビデオライン９４および９４′に出力される。続
いて１行目および２行目のＬＳＩＴ群は信号ｇＩ６ａ１
およびダＧ２が高レベルＶｍＲになった時にリセットさ
れる。次いで、信号ダＧ２およびＯＧ３がＶｌｃになる
と（第１４図に示すＴ′の領域）と１行ライン９１−２
および９１−３に接地されたＬＳＩＴ群が選択され、水
平走査信号ｄｏｌ。

９１Ｄ２．　・・・ｙＩＤｎにより、ＬＳＩＴ９０−３
１．９０−３２．−９０−３ｎの光信号と近似的にダー
ク状態であるＬＳＩＴ９０−２１．９０−２２．・・・
９０−２１の信号が順次１こ読み出され、続いてリセッ
トされる。以下、同様にして順次に各画素および１行と
の近似的なダーク信号が読み出され１フイールドのビデ
オ信号が得られる。なお、最上番目性の受光アレイの光
信号の読み出しを行う場合は、近似的に暗状態とみなせ
る信号は最後の行の出力を得ることになる。

本実施例では、余分なダミーセルが不要になるという特
徴を有するものである。

更に、光出力画素とダーク出力画素が最上行の場合を除
いて互に隣接する位置関係にあるため暗電流の差し引き
が高精度に行われるという特徴も有するものである。

なお１本発明による固体撮像装置は上述の種々の実施例
に限定されるものではなく幾多の変更による適用もでき
る。即ち、上述の実施例では横型静電誘導トランジスタ
（ＬＳＩＴ）を用いたが、ノーマリオン型静選誘導トラ
ンジスタ（ＮｏｒｍａｌｌｙＯｎ　Ｖｅｒｔｉｃａｌ　
５ｔａｔｉｃ　Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　Ｔｒａｎｓｉｓｔ
ｏｒ）であってもよい。更に、上述の種々の実施例では
ｎチャンネル型のＳＩＴで説明したが、極性および不純
物のタイプを逆にすればｐチャンネル型であってよいこ
とは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明による固体撮像装置は、受光信号と暗信号の差動
をとった出力が得られるため、即ち、受光装置チップ内
からの出力が光量に比例した出力として得られる。従っ
て、出力信号が光信号の正相で出力するため、信号の後
処理が容易になる。

また、差動を同一の受光装置チップ内でとるため。

価格も安価に上がり、また、該チップ内で差動をとらな
い場合に比べて、差動が正確にとれるため。

ＸＩ！ｌ＆／ｌ＞ｘ＃　８　’ｋ　−ｎ　’；Ｔ：　ａ
ｌすｆイｔ’ｉ’＋４１＜　ＩＩ　ス　ｒ　シ　、レナ
ｆス−ｒ

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明者が先に提案した固体撮像装置の基本構
成図。 第２図（２）〜０は該基本構成に於ける信号波形図第３
図は該装置の出力電圧と入射光量の関係を示す図。 第４図（２）τ−（Ｂｌは該装置の構成概略図とその信
号波形図。 第５図は本発明による固体撮像装置の一実施例を示す基
本構成図。 第６図は該基本構成に於ける出力電圧と入射光量の関係
を示す図。 第７図は本発明装置の他の実施例を示す構成概略図。 第８図は該装置の動作を説明するための信号波形図。 第９図は本発明装置の更に他の実施例を示す構成概略図
。 第１０図は該装置の動作を説明するための信号波形図。 第１１図は本発明装置の更に他の実施例を示す構成概略
図。 第１２図は該装置の動作を説明するための信号波形図。 第１３図は本発明装置に更に他の実施例を示す構成概略
図。 第１４図は該装置の動作を説明するための信号波形図を
それぞれに示すものである。 ６０−１１．・・・６０−ｍｎ、７０−１１．・・・７
Ｑ−ｍｎ、３Ｑ−１１，−８０−ｍｎ、９０−１１．−
９０−ｍｎ−・−−−−ＬＳＩＴ６４、６４’　、　７
４．７４’　、　８４．８４’　、　９４．９４’・・
・・・・ビデオライン ６６、７６、８６．９６・・・・・・垂直走査回路６７
、７？、　８７．９７・・・・・・水平走査回路６８・
・・・・・ダミー用トランジスタ７０−１．　・７０−
ｍ−・−−−−ダミー用ＬＳＩＴ８０−１．−８０−ｍ
　・・・−・−ダミー画素ＬＳＩＴ第１図 第２図 （Ａ）　ｙ。 第３図 ｏｕｒ 第１４図 手続ネｔｔｉ４１三自（自発） 昭和６０年４月２５１ 特許庁長官　志賀　学　殿 １、事件の表示 昭和５９年特許願第７７１３７号 ２、発明の名称 固体ｍ像装置 ３、補正をする者 ５、補正の対象 （別紙〉 （１）明ｍ書第６頁第１９行の「順バイアス」を「逆バ
イアス」に訂正する。 （２）同第７頁第１３行〜同頁第１４行の「逆バイアス
」を「順バイアス」に訂正する。 （３）同第８頁第７行（７）　ｒ　ＶＯ（ＩＴ　Ｊ　ヲ
ｒ　ｖＯｔｌｒｌＪに訂正する。 （４）同第１７頁第２行〜同第３行のｒ６３−１゜６３
−２”　、・・・６３−ｎ′Ｊをｒ６３′Ｊに訂正する
。 （５）同第１７頁第７行の「ビデオ電源ＶＤＤを接続す
る。」の後に、「また、ビデオライン６４及び６４′は
それぞれ差動増幅器１６０の入力端子に接続されている
。」を加入し訂正する。 （６）同第２０頁第１４行の「出力信号が出力される。 ｊの後に、「これら２つの信号は差動増幅器１６０に入
力され、該増幅器の出力端子に実効的な光出力信号が出
力される。」を加入し訂正する。 （１）同第２２頁第１行ノ「ビデオｍ　ｍ　ｖ　ｏＨ接
続する。」の後に、「また、ビデオライン７４及び７４
′はそれぞれ差動増幅Ｂ１７０の入力端子に接続されて
いる。」を加入し訂正する。 （８）同第２３頁第１６行〜同頁第１７行の「ダミー選
択用ＬＳＩＴ７０−１．７０−２、・・・７０−ｍＪを
［ダミー用ＬＳＩＴ７０−ＩＪに訂正する。 （９）同第２４頁第１６行の［ダーク信号が読み出され
」の後に［、それぞれの信号は差動増幅器１７０に入力
され、該増幅器の出力端子より］を加入し訂正する。 （１０）同第２４頁第２０行の「行」を「列」に訂正す
る。 （１１）同第２６頁第７行〜同頁第８行の［Ｖｏｏを接
続する。］の後に、［また、ビデオライン８４及び８４
′はそれぞれ差動増幅器１８０の入力端子に接続されて
いる。」を加入し訂正する。 （１２）同第２８頁第１５行の「ダーク信号が読み出さ
れ」の後に、「、これらの信号は差動増幅器１８０に入
力され、該増幅器の出力端子より」を加入し訂正する。 （１３）同第２９頁第２０行の［電源ＶＤＤを接続する
。」の後に、「また、ビデオライン９４及び９４′はそ
れぞれ差動増幅器１９０の入）Ｊ端子に接続され、更に
、該増幅器の出力端子は絶対値回路１９１の入力端子に
接続されている。」を加入し訂正する。 （１４）同第３１頁第１１行のｒ９０．−１ｎＪをｒ９
０−２ｎＪに訂正する。 （１５）同第３１頁第１４行〜同頁第２０行の「光信号
が・・・出力される。」を「光信号がビデオライン９４
に出力される。１フイールド（Ｉｔ−１）前にリセット
ゲート電圧■ψＢによりリセットされ、該リセットより
１フイールドの間のみしか受光しておらず近似的にダー
ク信号の出力状態になっているＬＳＩＴ群９０−１１．
９０−１２・・・９Ｏ−Ｉｎの信号がどデオライン９４
′に出力される。」に訂正する。 （１６）同第３２頁第４行の「接地」を「接続」に訂正
する。 （１７）同第３２頁第１０行の「１行との近似的な」を
「１行前の同列画素との近似的な」に訂正する。 （１８）同第３２頁第１１行の「読み出され」の後に、
［、これらの信号が差動増幅器１９０に入力され、該増
幅器と絶対値回路を通ることにより」を加入し訂正する
。 （１９）添付図面のうち、第４図、第７図、第９図、第
１１図及び第１３図を別添訂正図のように補正し代替え
をする。 特許出願人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、各画素に増幅機能を有した固体撮像手段と上記各画
   素からの出力信号と暗状態の出力信号との差動をとる差
   動手段とを備え、上記固体撮像手段及び差動手段を同一
   の受光装置チップ内に形成して、該受光チップから差動
   出力を得ることを特徴とする固体−撮像装置。 ２、上記固体撮像手段は、横型静電誘導トランジスタま
   たは縦型静電誘導トランジスタをマトリックス状に配列
   して構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の固体撮像装置。 ３、上記受光装置チップは遮光された１個の画素を備え
   、該画素を用いることにより暗状態の出力信号を得るこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載
   の固体撮像装置。 ４　上記受光装置チップは遮光された１列の画素群を備
   え、該画素群を用いることにより暗状の範囲第１項また
   は第２項記載の固体撮像装置。 ５、上記撮像手段はマトリックス状に配列され。 読み出そうとする画素の同行前列の画素を用いることに
   より暗状態の出力信号を得ることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項または第２項記載の固体撮像装置。 ６、上記撮像手段はマトリックス状に配列され。 読み出そうとする画素の同列前行の画素を用いることに
   より暗状態の出力信号を得ることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項または第２項記載の固体撮像装置。