JPS62159576A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JPS62159576A
JPS62159576A JP61000418A JP41886A JPS62159576A JP S62159576 A JPS62159576 A JP S62159576A JP 61000418 A JP61000418 A JP 61000418A JP 41886 A JP41886 A JP 41886A JP S62159576 A JPS62159576 A JP S62159576A
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JP
Japan
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vsl
signal
solid
state imaging
imaging device
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JP61000418A
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Shoichi Tanaka
正一 田中
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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】 技術分野 本発明はM OS固体撮像装置に関し、特にローノイズ
及10S固体撮像装置に関する。
背景技術 垂直信号線(VSL)と水平信号線(IIS[、[、)
を有する固体撮像装置(以下においてM OS固体撮像
装置と略称される。)として多くの形式が提案されてい
る。v s r、と水平信号線01 S L )を接続
するM OS固体撮像装置は純MO8固体撮像装置また
は午にM OS固体撮像装置と呼ばれる。V S Lの
信心−電荷が不完全転送ゲートと容量と水平走査手段を
備えるM OS固体撮像装置はM OS転送固体撮像装
置と呼ばれろ。MO3固体撮像装置において、画素は一
般に接合容r+1またはMO8容7.1である。画素容
F!tがM OS ’8 fitであるM OS固体撮
像装置において、垂直走査回路は一般に画素容htとM
 OS容;11を接続する垂直スイッチのゲートに接続
されるが、V S Lと画素容量の間に一定の電位を持
つ電位障壁を設置し、そしてM OS容量のMn9ノ?
−1、−+!ii;ノー+ni占B%=rialリタ+
−トー=−r閉3m−j−1事も可能である。また一般
に画素容量の信号電荷は直接にVSLに出力されるが、
画素容量の信号電荷をコンデンサを介してVSLに出力
する事も可能である。本出願人によって出願された特出
60−274117、昭和60年12月30日出願の特
許願は本発明の先行出願である。
上記のMO8固体撮像装置は競争技術であるCCD固体
撮像装置に比較して、構造が簡単てあろので、製造プロ
セスがl1tlであり、製造コストを低減できる利点を
持つ。更に、電荷転送動作が不要なので、クロック電力
と暗゛心流ノイズが小さく、転送損失が発生しない利点
を持つ。特に、M OSメモリとほとんど同じ製造プロ
セスを持つ事は大きな利点である。
発明の開示 り記の先行技術にも拘わらず、MO3固体撮像装置は特
有のノイズを持ち、その為に競争技術であるCCD固体
撮像装置に比較してSN比(感度)が悪い欠点を持つ。
従って、本発明の目的はMO8固体撮像装置のノイズの
低減である。上記の目的を達成する為に、本明細書は2
個の独立発明を開示する。各独立発明は深い相互関係を
持つので以ドに−・緒に説明される。ただし、第2独立
発明はV S L 、!: 水平CODを持つハイブリ
ッド固体撮像装置(一般にCI) D固体撮像装置と呼
ばれる。)にム応用できる。
各発明のJl(本釣な特徴が以下に説明される。
以下余白 (1)、 複数の画素と、複数の垂直信号線(VSLと
略称される。)と、水平信号線(H5Lと略称される。
)と、画素の(3号をv s L、に出力する手段(@
真出力手段と略称される。)と、V S Lの信号をH
S Lに出力する手段(水平出力手段と略称される。)
を備える固体撮像装置(上記の限定を持つ固体撮像装置
は以下においてMO3固体撮像装;ξと略称される。)
において、 上記の11 S Lは第1の期間に非信号電圧を出力し
、そしてその後の第2期間に信号電圧を出力j2、そし
て上記の非信号電圧と信号型FEの差を検出セろ弔を特
徴とする固体撮像装置。
(2)、 上記のVSLはソースホロワ動作を実施する
トランジスタ(SF’rと略称される。)のゲート電極
と、VSLを一定電圧にリセットするリセットスイッチ
(RSと略称される。)の主電極に接続され、そして上
記の水平出力手段は上記のS F Tと、そして水平走
査回路によって順番に選択される水平走査スイッチ(ト
Isと略称される。)を備える一ICを特徴とする第1
項記載の固体撮像装置。
(3)、 上記のVSLとII S Lは水平走査回路
によって順番に選択されるM Sによって接続される事
を特徴とする第1項記載の固体撮像装置。
(4)、複数のHS Lを備え、そして第1のHSLは
奇(仰)散水乎走査期間に信号電圧を出力し、偶(市)
数水平走査期間に非信号電圧を出力し、そして第2のH
S Lは奇(偶)数水平走査期間に非信号電圧を出力し
、そして偶(奇)数水平走査期間に信号電圧を出力し、
そして上記の非信号電圧は約111期間遅延される事を
特徴とする第1項記載の固体撮像装置。
(5)、 第1のHS Lの非信号電圧を遅延する遅延
回路と、第2のIT S Lの非信号電圧を遅延する遅
延回路は共通である°l(を特徴とする第4項記載の固
体撮像装置。
(6)、  VSLは酌(偶)数水平帰線期間にリセッ
トされるlを特徴とする第4項記載の固体撮像装置。
(7)、 垂直方向に隣接する複数の画素によって構成
される画素列を複数個備え、そして1画素列の各画素の
信ぢ一電荷はその両側に設置された2VS Lのとしら
かに出力される11を特徴とする第1項記載の固体撮像
装置。
(8)、R9を介してVSLをリセットするリセット電
源とS F Tのドレン電極に接続されるドレン電源は
共通である事を特徴とする第2項記載の固体撮像装置。
(9)、  V S Lに蓄積されるノイズ電荷か多い
時に、各水平帰線期間にVSLをリセ・ノトオる事を特
徴とする第2項記載の固体撮像装置。
(10)、  垂直帰線期間にV S Lに蓄積される
ノイズ電荷量を検出し、そしてそれが大きい時に次の!
旧直走杏期間内の各水平帰線期間に各VSLをリセット
し、そして上記のノイズ電百量か小さい時に、各VSL
は次の垂直走査期間内の分(偶)数水平帰線期間にリセ
ットされる事を特徴とオろ第9項記載の固体撮像装置δ
1゜ (II)、1水平走査期間に1画素行の信η電荷を出力
し、そして信号電荷量か多い時に、水平帰線期間内のリ
セット動作の前に非選択画素行の信号7u尚を順番にV
SLに出力する事を特徴とする第2項記載の固体撮像装
置。
(12)、  I水平走査期間に1画素行の信号?i圧
を出力するMO3固体撮像装置において、画素に蓄積さ
れる信>B 4i+’、;rか多い時に、水平帰線期間
に非選択画素行の信ぢ電荷をV S Lに出力し、そし
てその後で各V S Lの信号電荷を排出4−る事を特
徴と4゛る固体撮像装置。
各発明の詳細な特徴と効果が以下に説明される。
独xr発明l、クレームI MO9O9固体撮像装置いて、重要なノイズはVS L
の熱雑音(いわゆるKTCノイズ)Qt−400rであ
る。ただし、CvはVSLの容Mである。上記のK ’
I’ Cノイズは2回のサンプリングによ−て約1.・
1倍になる。MO8固体撮象装置ξの他のiR要なノイ
ズは水平走査スイッチ(RS)が発生する水平走hノイ
ズ、ブルーミングノイズ、スミアノイズ、そして各VS
Lごとの暗′1毛流のばらつきノイズである。上記のノ
イズを除去する/)に、本発明は信号型(tニアを持っ
VSLの電圧(信号電圧)をHS Lに出力する第1期
間と、信号電荷を持l=ないVSLの電圧(非信号電圧
)をl−[S Lに出力オろ第2期間を設定し、そして
同じII S Lから胃なる期間に出力される同じVS
Lの信号電圧と非信号型FEの差を検出する事を特徴と
する。好ましい実施例において、最初に非信号電圧が出
力され、そして上記の非信号電圧が一定期間遅延される
そして両者の差電圧が検出される。このましい実施例に
おいて、除去されるべきノイズ電圧はl−T SI7か
ら出力される信号電圧と非信号電圧の両方に等しく含ま
れる。その結果、両者の停電王は上記のノイズ電圧を含
まない、、もちろん、非信号電圧と信号電圧が異なる比
率で除去されるべきノイズ電圧を含む71[は可能であ
る。
従属発明1.クレーム2 クレーム1の好ましい実施例において、V S Lの信
号電圧をII S Lに出力する水平W力手段はソース
ホロワ動作(ドレン接地動作)を実施する電界効果トラ
ンジスタ(S r’ Tと略称される。)と、上記のs
 Ft’からHS I、に出力される電流を制御する水
゛ト走杏スイッチ(Its)を含む。一般に」−記の両
者は直列に接続される。モしてVsLはりセプトスイ・
ノヂ(R8)を介して一定の電源に接続される。
このようにすれば、ノイズの小さなMO8固体撮像装置
を製造する事ができろ。即ち、に記の■えSを導通し、
遮断した後で上記のV S Lの非信号型TI:、(V
 nと略称される。)をr−r s r、に出力する。
次に画素からV S Lに信号電荷を出力し、その後で
、上記のV S 1.の信号電圧(Vsと略称される。
)をHS Lに出力する。その結果、先に出力された非
信号電圧に含まれろK ′r Cノイズと後に出力され
る信号電圧に含まれるK TCノイズは同しである。
なぜなら、VSLにはR8が遮断される時に上記のK 
’T’ Cノイズを受は取り、その後でV S Lから
非信号電圧Vnと信号電圧Vsを出力する時に」−記0
) RSは遮断されているからである。更に、」〕記の
S F ’I’のしきい値Iπ圧Vtのばらつきは■二
足の減算によって除去される。なぜなら、TI S L
の非信号電圧Vn’と信号電圧Vs“は同じ大きさのし
きい値電圧Vtを含むからである。さらに、あるVS 
Lかりセットされてから非信号電圧をHS Lに出力す
るまでの期間をtl、そしてリセットされてから信号電
圧をHS Lに出力オろまでの期間を[2とずれば、停
電rfV s“−Vn’に含まれろブルーミングノイズ
とスミアノイズと暗、U流ノイズは大体トー記の期間差
t2−11に比例し、その結果−14記の各ノイズは低
減される。モしてtl =t2においてそれらのバラツ
キノイズをのぞいて、」−記の各ノイズは除去される。
本実施例の他の効果はVSLから出力される信号電圧V
sの平均値が従来+17) M OS固体撮像装置のそ
れよりも大幅に大きいillである。叩ち従来の純IV
fOS固体撮像装置において、V S LとII S 
Lを急速に放電するl)にVSI7とII S Lの容
;、il、 +j小さな放電抵抗によ−)で放電される
。その結果、信号電圧波形はCR放電、π波形になり、
\11均信号電圧は小さくなる。本発明によれば゛[均
信鱈′iy II:、が大きいので、従来のMO8固体
撮像装置よりアンプまたは−I−記の放電屯低抗または
II Sの熱熱准音が相対的に小さくなる。もちろん、
S I” ′[’またはII Sの熱ノイズは(f在す
るが、それらは低域フィルタ(LPF)によって帯域制
限する事によって低減可能である。
従属発明2.クレーム3 り1/−ム1の池の実施例において、VSLとHSr1
を+1 Sで接続する純MO5固体撮象装置が使用され
る。その結果、Vn’に含まれる水平走査ノイズとvS
に含まれる水平走査ノイズは同じであり、両者の差電圧
はl−[Sから発生ずる水平走査ノイズを含まない。更
に従属発明lと同じ理由で暗電流ノイズ、ブルーミング
ノイズ、スミアノイズも低減または除去できる。
即ち、12とLlを同しに設定すれば、ブルーミングノ
イズ、スミアノイズ、暗電流ノイズはそれらのばらつき
ノイズをのぞいて、ヒ1:己の減算(こよっタレ−A 
Iの好ましい実施例において、復改の1rS[、か設置
される。そして第1 II S Lは奇(偶)数水平走
査期間にVs’を出力し、偶(奇)数水平走査期間にV
n’を出力する。そして第211 S Lは奇(偶)数
水平走査期間にVn’を出力し、偶(奇)数水宇走査期
間にVs’を出力ずろ。そして31U S +、、のV
n′はそれぞれ約111期間遅延された後て、同しH3
l、から出力されるVsから減算される。このようにす
れば回路を筒中にでき、クロック周波数を低減できる。
従属発明4.クレーム5 クレーム4の好ましい実施例において、第1I−IsL
のVn’と第2 +−I S I、のVn’は同じ遅延
回路で交互に遅延される。このようにすれば遅延回路を
節約できる。
従属発明5.クレーム6 クレーム2とクレーム4の好ましい実施例において、特
定のVSLは奇(偶)数水平帰線期間にRsによって一
定の電圧にリセットされる。ただし、」1記の「奇(偶
)数」は奇数または偶数のどちらかを0味゛4゛る。好
ましい実施例において第1のV S L肝は奇数水平帰
線期間にリセットされ、そして次の水平走査期間に各V
SLのVnが順番に出力される。そして次の水平帰線期
間に上記の各VSLに信号電荷かIt人され、そして次
の水平走査期間に1、記の各VSLのVsが順番に出力
される。そして第21−I S Lは偶数水平帰線期間
にリセットされ、そして次の水平走査期間に」1記の3
vs+、のVnか順番に出力される。そして次の水平帰
線期間に1−記の各V S t、に信号電荷がfP:、
人され、そして次の水平走杏1…間に[聾己の各V S
 L Q)V sが順番に出力される。このようにずれ
ば、Vs’とVn’の減算によって、8 V S Lの
KTCノイズとそして各SFTのしきい値電圧■【のば
らつきノイズは除去される。さらに、It SとS F
 ”I’のI/fノイズし低減される。
従属発明6 クレーム7 クレーム1の好ましい実施例において、垂直方向に配列
される1画素列の各画素の信号電荷はその両側に設置さ
れる2木のVSL、のどちらかに出力される。このよう
にすれば、1画素列の信号電荷をL記の画素列の片側に
配列された2木のv s L。
に出力゛4゛る実施例に比較して、VSLと垂直走査ス
イッチの接続が簡?rになる。
従属発明7.クレーム8 クレーム2の好−ましい実施例において、■tSの主心
極に接続されるトレン電源とS F Tのトレン電源は
共通てある。このようにすれば、電源設計を簡11jに
でき、そして電源線の配線を筒中にてきる。
従属発明8.クレーム9 クレー1.2の好ましい実施例において、V S t、
に混入するノイズ電荷が多い時に、V S t、は各水
平帰線期間毎にリセットされる。そして奇(偶)数水平
帰線期間の次の水平走査期間に各VSLの非信号型IF
 V nがHS Lに出力され、そしてその後の偶(奇
)数水平帰線期間に一上記のりセント動作の後で各VS
Lに信号電荷が注入される。そしてその後の水・+1走
査期間に各VSLのVsが順番にIt SLに出ノ〕さ
れる。このようにすれば、v s r、のKTCノイズ
は除去できないが、gvs+、に蓄積されるブルーミン
グノイズとスミアノイズと暗電流ノイズはそれらのばら
つきノイズをのぞいて除去される。らちるん、SFTの
しきい値電圧Vtのばらつきら除去される7 従属発明9.クレームIO クレーム9の好ましい実施例において、垂直帰線IU1
間にVSLに注入されるノイズ尼尚弓1が検出される。
そして、上記のノイズ電4ii R1か大きい時に、タ
レーム9を実施してブルーミングノイズ、スミアノイズ
、暗?fX MLノイズなどのノイズとS F TのV
Lのばらつきノイズを除去A゛ろ。そしてl二足のノイ
ズ電G:i nlが小さい時に、クレーム6を実施して
、V S LのK ’I’ C/イズとSFTのVtの
ばらつきノイズを除去ずろ。このようにすれば、非席に
〔J−ノイズのM OS固体撮像装置を設計する事がで
きる。即ち、一般にブルーミングノイズまたはスミアノ
イズが発生−おるのは、信号゛電荷11が多い時てあり
、K T Cノイズを除去できなくてもSN比企晶<推
持できる。そして上記のブルーミングノイズまたはスミ
アノイズか711(い時に、K TCノイズが除去され
る。クレーム10の好ましい実施例において、垂直帰線
期間に各V S L間のノイズの差の絶対値が検出され
る。そして、ノイズのばらつきが大きい時に、クレーム
9が実施され、そしてノイズのばらつきが小さい時に、
クレーム6が実施される。このようにすればブルーミン
グノイズ+スミアノイズ→−暗電流ノイズの各V S 
L間のばらつきが大きい時にクレーム9によってそれら
は相段され、そして上記のばらつきが小さい時にクレー
ム6によって、VSLのK T Cノイズが除去され、
ローノイズのM OS固体撮像装置を設計できる。
従属発明10.クレーム11 1水平走査期間に1画素行の信号電荷を出力するクレー
ム2の好ましい実施例において、信号電荷量が多い時に
、選択される画素行に近接する非選択画素行の信号電荷
が水平帰線期間にVSLに出力される。そしてその後で
上記の信号電荷を持っVSLはリセツトされる。このよ
うにすれば、高照度時に、信号電荷の蓄積期間を1フレ
一ム期間から約1フイールド期間に短縮できるので、画
像の動解像度を改善できる。そして低照度時にフレーム
蓄積モードの採用によって、SN比を改善できる。クレ
ームIIのこのましい実施例において、第Nフィールド
(垂直走査)期間の平均信号電荷量または最大信号電荷
量か測定される。そしてそれか大きい時に、クレーノ、
l!が実施され、それが小さい時にクレーム11は実施
されない。クレーム11の他の利点は非選択画素行の信
号電荷を水平帰線期間にV S Lを介して除去ずろに
ら拘イつら「、V S LのK ′r Cノイズ(リセ
ットノイズ)を除去できるItである。
従1.・4発明11゜ クレーム2の好ましい実施例において、水平出力手段は
S F Tと、そのソース電極とI−I S I、を接
続するII Sであり、そしてl−T SとS I” 
’r’のヂャンネルは高濃度拡散領域なしに直接接続さ
れる。このようにすればII Sのサンプリング時に発
生ずるに’I’ Cノイズを除去できろ)11点がある
。また、上記のSFTまたはII Sのヂャンネルをバ
ルクヂャンネルとする11tら可能である。
独立発明2、クレーム12 クレーム11に開示されるMOS固体撮像装置の残像低
減技術は従来のMOS固体撮像装置にら応用てきろ。即
ち、信号電荷量が大きい時に、水平帰線期間に選択画素
行に近接する非選択画素行の13号電荷をVSLに出力
し、そしてV S Lに存在する上記の信号it: (
ufを除去する。そしてその後で選択画素行のイ5号重
重!:jを各V S Lに出力し、そして次の水平走査
期間に各VSLの信号型イ:1 & HSI、に順番に
出力する。このようにすれば、高、[I6度時に残像を
低減でき、低j、1度時にSN比を改善できろ。
発明を実施するための最良の形態 図1はクレーム3の1実施例を表す等価回路ヌ1てある
。2画素列X l1画素行の画素1(aからd、a“か
らdo)はそれぞれ垂直走査スイッチ2(aからd、a
’から(jo)によってV S L 3 (a、a’ 
、b、b’)に接続されている。そして各画素行の垂直
走査スイッチのゲート電極はそれぞれ垂直走査線4 (
aからd)とインタレース制御スイッチ5(aからd)
を介して垂直走査回路6の各出力接点6 (a、b)に
接続されている。
そしてRV S L 3 (a、a’ 、b、b’ )
はそれぞれ水平走査スイッチ(II S ) 7 (a
、a’ 、b、b’ )を介してHS Ll0.10°
に接続されている。そして各HSのゲート電極は水平走
査回路+1の各出力接点+1(a。
b)に接続されている。この純MO3固体撮像装置は1
水平走査期間に1画素行の信号電荷をHS Ll 0.
10’によって交7Eに出力する。図1の純MO8固体
撮像装置の基本的な動作が以下に説明される。奇数フィ
ールド期間の水平帰線期間に?′!r敗画素行の垂直走
査線は順番に奇数画素行の垂直スイッチ(垂直走査スイ
ッチ)を導通させ、そして導通された垂直スイッチに接
続される画素の(A重重Aは半分のVSL、に出力され
る。即ち、奇数フィールド期間の奇(偶)数番目の水平
帰線期間に奇数番口のV S Lに第M画素行のイへ重
重(::)が出力され、そして偶(奇)数番目の水平帰
線期間に偶数番目のV S Lに第M−1−2画素行の
信号電荷が出力される。
偶数フィールド期間において、同様の動作が実施され、
偶数画素行の信号電荷かV S Lに出力される。そし
て水平走査期間に各VSLの電圧はHSによって、11
SLIO,IO’のどちらかに出力される。図4は図I
のMO3固体撮像装置の動作図である。23CはHS 
L I Oの信号状態を表し、23dはll5LIO’
の信号状態を表す。即ち、6HS Lは交互に信号電圧
Vs’とノイズ電圧Vn’を出力する。ただし、V s
’ 、 V n’はHS Lの電圧てあり、Vs、Vn
はVSLの電圧である。図2は図1のMO3固体撮像装
置の出力電圧を処理オろ信号処理回路図である。1.r
s L I O,,10°はそれぞれ負荷素子(放電抵
抗)+ 8.+ 8°を介して一定電源Vdに接続され
る。そして各It S Lは電圧増幅アンプ+ 2.1
2’を介して切り替えスイッチ13(a、b、a’ 、
b’)に接続される。負荷素子18.18゜を省略して
アンプ+ 2.+ 2°のフィードバック抵抗を介して
アンプの出力接点からHS Lに?IX流を(Jl、給
する事ら可能である。切り替えスイッチ13a、I3a
’の出力接点は加減算回路17の+接点に接続される。
そして切り替えスイ・ソチ+3b、135′の出力接点
は加算回路14と低域フィルタ(LPF)I 5aとC
CD I t+遅延回路I6を介して加減算回路17の
一接点に接続される。図2の回路が以下に説明される。
切り替えスイッチ!3a、13b、I 3b’、I 3
a’は水平帰線期間に切り替えられる。そして13a、
I3a’は信号“−[圧を導通させ、ノイズ電「〔(非
信号電圧)を遮断する。切り替えスイッチ+3b、+3
b’はノイズ電圧を導通させ、信号電圧を遮断する。た
だし、図1において、1:3a、13a’かノイズ電圧
を導通し、+3b、+311’か信号電圧を導通する事
も可能である。図4の23c、23dから分かるように
、13a、+3b’と13a’、+3bは交互に導通ず
る。従って、加算2;14はH9LIO,IO’のノイ
ズ電圧を水平走査期間毎に交互に出力する。LPF I
 5aはノイズ電圧に含まれる不要な高周波成分を除去
する。これはCGD I H遅延回路の入力接点に設置
されるサンプリングゲートが発生ずるK T Cm音を
低減する効果を持つ。従って加減算回路17は同じVS
I2の信号電圧とノイズ電圧の差を検出する。その結果
、17から出力される差電圧はI−I Sの水平走だ蓄
V’を性ノイズ電圧(ブルーミングノイズ電圧とスミア
ノイズ電圧と暗電流ノイズ電圧を1口味する)を含む。
同じVSLの隣接する2個の水平期間(水平帰線期間+
水平走査期間)に発生ずる蓄積性ノイズ電圧はほとんど
同じであるから、両者は17の減算によってはとんと除
去される。ただし、当然り記の蓄積性ノイズ電圧のばら
つきは除去できない。LPF15aによって発生する遅
延は+ 1.1遅延回路16によってhli償できる事
は当然である。
II S Lの電圧状態23c、23dが以下に詳しく
説明される。各水平帰線期間の時刻t2に水平走査回路
11が全II Sを導通させ、全VSLはHS Ll 
0.10’に接続され、全VSLは一定電圧にリセット
される。もちろん谷V S Lと電源Vdの間にそれぞ
れ特別のりセントスイッチを付加し、それを導通させろ
′■ち可能である。そして全[−r Sまたは全すセソ
トスイノヂを遮断して全■SLを浮遊状聾にした後で、
時刻t3に垂直走査回路6は1画素行の信号電荷を奇(
偶)数行番目のVSLに出ノ〕する。そして次の水平走
査期間に各VSlイの信号電圧Vsまたはノイズ?[f
庄VnがII S !、に出力される。L記のリセット
動作の重要な利点はVSl、のK T Cノイズが低減
できろ事である。即ち、乙し]−記のりセント動作を実
施しない場合、iK水甲走査期間に17番l]のVSL
から出力されるノイズ1[圧VnはK T C電荷量 
ktc I −Q ktc2を含み、そして次のに→−
1水平水平走間にL番目のVS Lから出力される信号
電圧VsはKTC電荷QkLc2− Q ktc3を含
む。従って両者の差電圧は2xQktc2成分を含む。
そして差電圧に含まれるK T C電荷はσ×400響
Tになる。ら1−、リセット動作を実在すれば、Vnに
含まれるK TC市向とVsに含まれるK T C?T
i ?、fは上記の逆相関を全く持にないので、差電圧
に含まれるK i’ C電荷は約2×400口になる。
そして1〕記のリセット動作によって信号型IEとノイ
ズ電工に含まれろ蓄積性ノイズ電圧は当然低紘される。
図1の純MO9固体撮像装置において、信号電荷”it
が多い時(高い、照度時)の信号処理動作が図4の23
a、23bによって説明される。即ち、木毛帰線期間の
時刻【3に選択される画素行に隣接する画素行の信号電
荷が時刻t1にV S Lに出力される。そして時刻t
2にV S Lに出力された上記の非選択画素行の信号
電荷はHS Lに排出される。
図1で説明すれば、奇数フィールド期間に垂直走龜線4
a、4cが時刻t3に垂直スイッチを導通させ、そして
偶数フィールド期間に垂直走査線4h、4dが時刻t3
に垂直スイッチを導通させろと仮定ずろ。その結果、制
御スイツチ5aか時刻t3に導通する水11帰線期間の
時刻tlに制御スイッチ5bが導通し、そして垂直走査
回路6は画素t b、 + b’の信号電荷をVSLに
出力する。同様に、5Cが時刻L3に導通する水平帰線
期間の時刻t+に5dが導通する。同様に時刻t3に5
bが導通する水平帰線期間の時刻t1に5aが導通する
。同碌に時刻t3に5dが導通する水平帰線期間の時刻
t1に50が導通オろ。このようにすれば時刻t2にリ
セット動作を実施する1riに、選択画素行に隣接する
画素行の信号電荷を同じv s r、に出力でき、モし
てV S Lに出力された信号電荷をリセットできる。
従って、各画素は約1フイールド期間信号電荷を蓄積ず
ろ。その結果、各画素のダイナミックレンジは2倍にな
り、残像は低減される。ただし、図1の実施例では奇数
フィールド期間に出力゛される信号゛電荷の蓄積時間と
偶数フィールド期間に出力される信号電荷のKI積待時
間少し穴なる。上記のざi待時間の差は小さいので実用
−L問題は無いが、L記の蓄積時間差を除去ずろには奇
(個)数円素行を制御する第1垂直走査回路と偶(奇)
数円素行を制御する第2垂直走査回路を使用し、そして
選択画素行の上または下に隣接する画素行の信号電荷を
常に排出すれば良い。図3は信号電荷量の大きさを検出
する回路を表す。図2の17の出力接点はLPFI5b
を介して可変アンプ22と比較器1つに接続される。+
5bは16または各HSまたはアンプで発生する高周波
ノイズを除去する。
比較器19は15bから出力される信号電圧と参照電圧
Vrxを比較する。そして信号電圧がVrxより大きい
時に19は1を出力し、そうでない時に0を出力する。
2ビツトメモリ20の第1ヒツI・は19から出力され
るデジタル信号を5己憶、する。
そして上記のデンタル信号は次の垂直帰線期間に次の第
2ビツトに移送される。そして次の垂直走査期間にデジ
タルメモリの第2ビJトは可変アンプ22の増幅率を制
御する。即ち、20が1を出力−4°ろ時の22の増幅
率は20がOを出力する時の増幅率の2倍になる。そし
て20が1を出力するフィールド期間に図4の23a、
23bに記載されるフィールド石積動作が実施され、2
0がOを出力するフィールド期間に図4の23C,23
(Iに記載されるフレーム蓄積動作が実施される。
なお、図4の23aはH8LIOの信号状態を表し、2
3bは!l5LIO’の信号状態を表す。
図1の純MO8固体撮像装置は重要な多くのノイズを低
減するが、その大きな問題はVSLのKTCノイズか大
きい事とII S Lの平均信号電圧が小さい事である
。この問題は図5に記載されるクレーム2の1実施例等
価回路図によって改善される。
図5のMO8固体撮像装置は基本的に図1の純MO8固
体撮像装置と同じである。従って、画素l(a“、b’
、c’J’)を持つ画素列を説明ずろ。図1と図4の違
LL ハI−r s (りとえば7 b、 7 b”)
カS P T (7,:とえば27 b、27 b’)
を介してドレン電源26に接続され、そして各V S 
Lがリセットスイッヂ(たとえば25 b、25 b’
)を介してドレン電源26に接続される事である。図5
のM OS固体撮像装置の基本動作が図6の信号状態図
で説明される。28aはl(S L I Oの信号状態
図であり、28bはH8LIO’の信号状態図である。
m+ l水平帰線期間に奇数番目のV S L (たと
えば3b’)はR5(たとえば25b’)によって一定
電圧Vdxにリセットされ、そして偶数番L1のVSL
(たとえば3b)にIR直定走査回路よって選択された
11iTq素行(たとえば1b°)の信号電荷が出力さ
れる。当然リセットスイッヂRS (たとえば25bま
たは25b’)は水゛ト帰線期間にだけ導通される。そ
して各VSLの電圧はS I” Tのゲート電極に加え
られる。そして各S F Tのソース電圧は水平走査回
路11が順番に118を導通させる事によって、I−I
 S L I 0 。
10′に出力される。従って、次のM+1水平走iX 
!g1間に、11 S L I O!、:偶数番[:1
 t7) V S I−ノ信号心圧か順番に出力され、
II S L I O’に奇数番[1のV S Lの非
信号電圧が順番に出力される。次のm12水平帰線期間
に、偶数番[1のlえS(たとえば25b)は偶数番目
のV S L (たとえば3b)をリセットし、そして
奇数番目のVSL(たとえば3b°)に画素1d’の信
号電荷が出力される。そして次のM十2水平走査期間に
、II S L I Oに偶数番口のVSLの非信号電
圧が順番に出力され、そしてII 5LIO’に奇数番
目のVSLの信号電圧が順番に出力される。従って、図
6の28a、28bがら分かるように、HS L I 
O、I Ooはそれぞれ非信号電工Vn’と信号電圧V
s”を交互に出力する。モしてR8は2水平帰線期間に
1回導通ずるので、ある水平走査期間に出力される信号
電圧Vs’に含まれるVSLのK T C電圧は直前の
水平走査期間に出力される非信号電圧Vn“に含まれる
VSLのに′rC電圧と同しである。従って、図2の回
路で非信号型IEをllll01間遅延して、V s’
 −V n’を検出すれば各V S LのK T C電
圧は除去できる。ただし、上記のKTC電圧はRSの遮
断時にVSLに発生される。また、上記の差電圧の検出
によって、各s rr ]’のしきい(にj1電圧Vt
のばらつきら除去できろ。そして上記の差電圧にはI 
+−1期間の蓄積時間を持つ、ソ;積性ノイズ電圧が混
入する。図7は上記の蓄積性ノイズの大きさを検出する
回路を表す。
垂直帰線期間に、図2の加減算回路I7がら出力される
差電圧はLPF15bを介して比較器19に入力され、
比較器19は差電圧と参照電圧Vrxを比較する。垂直
帰線期間に17がら出力される停電LEはI 11期期
間 S Lに蓄積された蓄積性ノイズ電圧だけを表すか
らそれがVrxより大きい時に比較器19は1ビツトの
デジタルメモリ20aに1を出力する。そして差電圧が
参照電圧Vrxより小さい時に19は0を出力する。そ
して20aが1を出力する時に、図6の28c、28d
に表される動作が実施される。即ち、28cは28aに
おいて、各水平帰線期間の時刻t2にR8を導通させる
“ドを表し、28dは28hにおいて、6水T’ Ai
)線期間の時刻t2にR8を導通させる事を表す。従っ
て、谷水平帰線期間の時刻t2に総てのVSLはRSに
よってリセットされる。そして上記の全R8が遮断され
た後の時刻t3に信号電荷が奇数番目のVSLまたは偶
数番目のV S Lに出力される。
このようにすれば、II S Lの信号電圧Vs’に含
まれろ蓄積性ノイズ電圧と、HS Lの非信号電圧Vn
゛に含まれる蓄積性ノイズ電圧の蓄積時間は等しくなる
劇=l目暗。従って、同しVSLがら出力されるVs’
とVn’の差電圧を検出する事によって、蓄積性ノイズ
電圧はほとんど除去される。ただし、図6の28c、2
8dによって表される動作モートにおいて、VSLのK
 ’l’ C電圧は除去できない。
しかし、蓄積性ノイズ特に最ら有害なブルーミングノイ
ズとスミアノイズは高照度時に発生するので、信号電荷
ら1は比較的大きく、KTC電圧を除去できなくてbS
N比は悪くない。なお、本発明のMOS固体撮像装置に
おいて、画素容量を接合容111とする時、」二足の接
合容積は信号電荷が0である時に完全に空乏化する事が
好ましい。この低d5度PN接合形成プロセスでS F
TまたはHSのハルクヂャノ不ルを作る゛)fら可能で
ある。
図5のMOS固体撮像装置において、図3で表されるフ
ィールド蓄積動作を実施する事は当然可能である。即ち
、図6の28c、28dにおいて、時亥11 t 3に
信号電荷をVSLに出力する水平帰線期間の時刻t1に
、隣接する非選択画素行の信号型61を同じV S L
に出力すれば良い。そして信号電荷の大きさを検出する
回路は図7の比較回路を共用できろ。ただし、比較器1
9は垂直帰線期間に蓄積性ノイズ電圧の大きさを検出し
、そして垂直帰線期間に信号電荷の大きさを検出する。
従って、垂直帰線期間と17j直走査期間で比較器19
に入力する参照電圧Vrxは変更する必要がある。そし
てそして図7の比較器1つの出力信号は垂直走査jす1
間に図3のデジタルメモリ20に記憶される。
図8は図5において、画素をM OS ’8 mとし、
モして6垂直走査線4 (aからd)を上記のM OS
容量のMOSゲート電極に接続し、そして上記のMOS
 8 F+’Iの信号電荷を蓄積する第2電極を一定の
電位を持つ電位障壁40.40°を介してV S Lに
接続した実施例を表す。上記の電位障壁40.=IO。
はMOSゲート電極によって作られ、そして」二足のM
OSゲート電極は制御線41.41’によって制御され
る。そして、奇数水平帰線期間に41が中間電位を持ち
、そして41’か浅い電位を持つ。
モして偶数水平帰線期間に41が浅い電位を持ち、41
゛が中間電位を持つ。ただし、中間電位は浅い電位より
信号電荷を通過させやすい電(qを3味する。そして垂
直走査回路は各水平帰線期間に各垂直走査線に深い電位
を与え、各MO5容墳に信号電荷を蓄積する。ただし、
深い電位はMO9容喰が最も信号電荷を多く蓄積できる
電位を色味する。そして垂直走査回路は1水平・層線期
間に隣接する2本の垂直走査線に浅い電位を与え、上記
の2木の垂直走査線に接続されるMO5容…容量号電荷
は中間電位を持つ電位障壁を越えて奇数番目のまたは偶
数番目のVSLに出力される。このようにすれば、隣接
する2画素行の信号電荷を加算してとちらかのVSLに
出力でき、+1i仮力ラー固体撮像装置において周知で
あるフィールド蓄積モートの色フィルタ配列を採用でき
る。当然、奇数水平走査期間に仝(偶)数番目のVSL
が信号電圧を出力し、偶(奇)数番目のVSLか非信号
電圧を出力する。そして偶数水平走査期間に奇(偶)数
番目のV S I、か非信号電圧を、偶(奇)数番目の
VSI7が信号電圧を出力する。具体的な敗値例が以下
に記載される。ただし信号電荷は電子である。
図1と図5において、垂直走査回路6の出力パルス電圧
は約+6V、その保持電圧は約OV7図8において、信
号電荷を持たないM OS :#m(たとえば1a°)
は信号電荷転送期間に約OV、信号電荷保持期間に約→
−5V、制御スイッチのゲート電圧Va、Vbは約+8
V、図1の固体撮像装置から信号電圧を受は取る図2の
回路において、Vclは約+5v、図5と図8の固体撮
像装置がら信号電圧を受は取る図2の回路において、V
clは約OV、水・ト走査回路の出力パルス電圧は約+
6■、図5と図8において、26のドレン電圧は約+5
■、図8の電位障壁40,40°のチャノ不ル電位は約
+3Vである5LPFI5aはI+−1遅延回路が入力
電圧に含まれる高周波ノイズ電圧をサンプリング4゛ろ
′11を防ぐ。
【図面の簡単な説明】
図1は本発明のM OS固体撮像素子のI実施例等価回
路図である。図2は図1の固体撮像素子から出力される
信号を処理するブロック回路図である。 図3は図2の信号処理回路から出力される(2号を処理
するブロック回路図である。図4は図1の水平信号線(
lIsL)の信号状態図である。図5は本発明のM O
S固体撮像素子の他の実施例を表す等f+ffi回路図
である。図6は図5の水平信号線(H3L )の信号状
態図である。図7は図5のM OS固体撮像素子から出
力される信号を処理するブロック回路図である。図8は
本発明のM OS固体撮像又G 1りb

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)、複数の画素と、複数の垂直信号線(VSLと略
    称される。)と、水平信号線(HSLと略称される。)
    と、画素の信号をVSLに出力する手段(垂直出力手段
    と略称される。)と、VSLの信号をHSLに出力する
    手段(水平出力手段と略称される。)を備える固体撮像
    装置(上記の限定を持つ固体撮像装置は以下においてM
    OS固体撮像装置と略称される。)において、 上記のHSLは第1の期間に非信号電圧を出力し、そし
    てその後の第2期間に信号電圧を出力し、そして上記の
    非信号電圧と信号電圧の差を検出する事を特徴とする固
    体撮像装置。
  2. (2)、上記のVSLはソースホロワ動作を実施するト
    ランジスタ(SFTと略称される。)のゲート電極と、
    VSLを一定電圧にリセットするリセットスイッチ(R
    Sと略称される。)の主電極に接続され、そして上記の
    水平出力手段は上記のSFTと、そして水平走査回路に
    よって順番に選択される水平走査スイッチ(HSと略称
    される。)を備える事を特徴とする第1項記載の固体撮
    像装置。
  3. (3)、上記のVSLとHSLは水平走査回路によって
    順番に選択されるHSによって接続される事を特徴とす
    る第1項記載の固体撮像装置。
  4. (4)、複数のHSLを備え、そして第1のHSLは奇
    (偶)数水平走査期間に信号電圧を出力し、偶(奇)数
    水平走査期間に非信号電圧を出力し、そして第2のHS
    Lは奇(偶)数水平走査期間に非信号電圧を出力し、そ
    して偶(奇)数水平走査期間に信号電圧を出力し、そし
    て上記の非信号電圧は約LH期間遅延される事を特徴と
    する第1項記載の固体撮像装置。
  5. (5)、第1のHSLの非信号電圧を遅延する遅延回路
    と、第2のHSLの非信号電圧を遅延する遅延回路は共
    通である事を特徴とする第4項記載の固体撮像装置。
  6. (6)、VSLは奇(偶)数水平帰線期間にリセットさ
    れる事を特徴とする第4項記載の固体撮像装置。
  7. (7)、垂直方向に隣接する複数の画素によって構成さ
    れる画素列を複数個備え、そして1画素列の各画素の信
    号電荷はその両側に設置された2VSLのどちらかに出
    力される事を特徴とする第1項記載の固体撮像装置。
  8. (8)、RSを介してVSLをリセットするリセット電
    源とSFTのドレン電極に接続されるドレン電源は共通
    である事を特徴とする第2項記載の固体撮像装置。
  9. (9)、VSLに蓄積されるノイズ電荷が多い時に、各
    水平帰線期間にVSLをリセットする事を特徴とする第
    2項記載の固体撮像装置。
  10. (10)、垂直帰線期間にVSLに蓄積されるノイズ電
    荷量を検出し、そしてそれが大きい時に次の垂直走査期
    間内の各水平帰線期間に各VSLをリセットし、そして
    上記のノイズ電荷量が小さい時に、各VSLは次の垂直
    走査期間内の奇(偶)数水平帰線期間にリセットされる
    事を特徴とする第9項記載の固体撮像装置。
  11. (11)、1水平走査期間に1画素行の信号電荷を出力
    し、そして信号電荷量が多い時に、水平帰線期間内のリ
    セット動作の前に非選択画素行の信号電荷を順番にVS
    Lに出力する事を特徴とする第2項記載の固体撮像装置
  12. (12)、1水平走査期間に1画素行の信号電圧を出力
    するMOS固体撮像装置において、 画素に蓄積される信号電荷が多い時に、水平帰線期間に
    非選択画素行の信号電荷をVSLに出力し、そしてその
    後で各VSLの信号電荷を排出する事を特徴とする固体
    撮像装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9062441B2 (en) 2011-08-18 2015-06-23 Kohler Co. Cable overload device

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