JPS63161784A - 固体撮像素子 - Google Patents
固体撮像素子Info
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- JPS63161784A JPS63161784A JP61309498A JP30949886A JPS63161784A JP S63161784 A JPS63161784 A JP S63161784A JP 61309498 A JP61309498 A JP 61309498A JP 30949886 A JP30949886 A JP 30949886A JP S63161784 A JPS63161784 A JP S63161784A
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Landscapes
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は検出精度を向上させた固体撮像素子に関する。
従来のＭＯＳ型イメージセンサの１つの画素の原理的構
成は第３図に示すようになっている。即ち、ホトダイオ
ードＰＤがＭＯＳ−ＦＥＴのスイッチＳＷを介して映像
信号を出力するビデオラインＶＬに接続されている。ビ
デオラインＶＬは抵抗Ｒを介して負電源Ｅに接続されて
おり、この抵抗Ｒの端子間電圧の変化により映像信号■
Ｓが取り出される。 映像信号は、各画素のスイッチＳＷを順次オンとするこ
とより、スイッチＳＷを介して各画素のホトダイオード
ＦＤを負電源Ｅで充電する時の充電電流による抵抗Ｒの
電圧変動として検出される。 この充電電流はホトダイオードＰＤに励起された電荷の
量に依存する。まず、ある走査のタイミングで、ホトダ
イオードＦＤは負電源Ｅにより充電され逆方向にバイア
スされる。次の走査タイミグまでに、ホトダイオードＰ
Ｄは光を受光して電荷を光励起させる。その結果、その
光励起された電荷により予め充電された電荷は緩和され
、ホトダイオードの逆電圧Ｖｐは低下する。この逆電圧
■ｐは、第４図に示すように、走査タイミングの１周期
の間に受光された光の光量に応じて減少する。 例えば、光量がＯの場合暗電流によりΔｑ０の電圧低下
が生じ、光量が増加するにつれて光励起された電荷によ
りΔｑ＋、Δｑ、の電圧低下が生じ、光量が多いと電圧
低下は飽和する。従ってホトダイオードＰＤの逆電圧Ｖ
ｐは、光量、暗電流、走査周期（「電荷の蓄積期間」を
意味する。）に依存する。そして、走査タイミングでス
イッチＳＷがオンとなると、ホトダイオードＰＤは再び
負電源Ｅから充電され、ホトダイオードＰＤの逆電圧Ｖ
ｐは負電源Ｅの電圧に等しくなる。この時流れる充電電
流は、第４図（ｄ）に示すようにホトダイオードＰＤの
電圧低下に応じて変化する。したかって、充電電流はホ
トダイオードＰＤで１走査゛周期の間に受光された光量
に応じて変化することになる。 第５図は１画素の部分的なパターン図である。 アパーチャ部９０の拡散層部分がホトダイオードＰＤと
なり、他の拡散部分を含めて容量部が形成されている。 ９１はｎ型の基板であり、９２．９３はｐ型の拡散層で
ある。このホトダイオードＰＤにＭＯＳ Ｆ［！Ｔスイ
ッチ素子ＳＷが接続されている。 ９２はソース、９３はドレインであり、９４がゲートで
ある。そして、ドレイン９３はポリシリコン９５を介し
てビデオラインＶＬに接続されている。ビデオライン容
量には、ポリシリコン９５により形成される浮遊容量、
ドレイン９３の拡散容量、アルミニウムからなるビデオ
ラインＶＬによって形成される浮遊容量がある。
成は第３図に示すようになっている。即ち、ホトダイオ
ードＰＤがＭＯＳ−ＦＥＴのスイッチＳＷを介して映像
信号を出力するビデオラインＶＬに接続されている。ビ
デオラインＶＬは抵抗Ｒを介して負電源Ｅに接続されて
おり、この抵抗Ｒの端子間電圧の変化により映像信号■
Ｓが取り出される。 映像信号は、各画素のスイッチＳＷを順次オンとするこ
とより、スイッチＳＷを介して各画素のホトダイオード
ＦＤを負電源Ｅで充電する時の充電電流による抵抗Ｒの
電圧変動として検出される。 この充電電流はホトダイオードＰＤに励起された電荷の
量に依存する。まず、ある走査のタイミングで、ホトダ
イオードＦＤは負電源Ｅにより充電され逆方向にバイア
スされる。次の走査タイミグまでに、ホトダイオードＰ
Ｄは光を受光して電荷を光励起させる。その結果、その
光励起された電荷により予め充電された電荷は緩和され
、ホトダイオードの逆電圧Ｖｐは低下する。この逆電圧
■ｐは、第４図に示すように、走査タイミングの１周期
の間に受光された光の光量に応じて減少する。 例えば、光量がＯの場合暗電流によりΔｑ０の電圧低下
が生じ、光量が増加するにつれて光励起された電荷によ
りΔｑ＋、Δｑ、の電圧低下が生じ、光量が多いと電圧
低下は飽和する。従ってホトダイオードＰＤの逆電圧Ｖ
ｐは、光量、暗電流、走査周期（「電荷の蓄積期間」を
意味する。）に依存する。そして、走査タイミングでス
イッチＳＷがオンとなると、ホトダイオードＰＤは再び
負電源Ｅから充電され、ホトダイオードＰＤの逆電圧Ｖ
ｐは負電源Ｅの電圧に等しくなる。この時流れる充電電
流は、第４図（ｄ）に示すようにホトダイオードＰＤの
電圧低下に応じて変化する。したかって、充電電流はホ
トダイオードＰＤで１走査゛周期の間に受光された光量
に応じて変化することになる。 第５図は１画素の部分的なパターン図である。 アパーチャ部９０の拡散層部分がホトダイオードＰＤと
なり、他の拡散部分を含めて容量部が形成されている。 ９１はｎ型の基板であり、９２．９３はｐ型の拡散層で
ある。このホトダイオードＰＤにＭＯＳ Ｆ［！Ｔスイ
ッチ素子ＳＷが接続されている。 ９２はソース、９３はドレインであり、９４がゲートで
ある。そして、ドレイン９３はポリシリコン９５を介し
てビデオラインＶＬに接続されている。ビデオライン容
量には、ポリシリコン９５により形成される浮遊容量、
ドレイン９３の拡散容量、アルミニウムからなるビデオ
ラインＶＬによって形成される浮遊容量がある。
【発明が解決しようとする問題点１
以上のように、従来のＭ口Ｓイメージセンサは、ホトダ
イオードＰＤが受光していなくても、熱励起によりホト
ダイオードＰＤに蓄積されている電荷は緩和されるので
、ホトダイオードＰＤの逆電圧ｖｐは減少する。このた
め、映像信号はこの熱励起による影響を受け、＋１１電
流を含むことになる。 映像信号のＳ／Ｎ比は主として光電流と暗電流の比とな
り暗電流の大きさがＳ／Ｎ比を支配する。 しかも、暗電流は顕著な温度依存性があるため、固体撮
像素子を高温又は広温度範囲で使用することに問題があ
った。 【問題点を解決するための手段】 上記問題点を解決するための発明の構成は、各画素にホ
トダイオードを配列し、各ホトダイオードにおいて光励
起された電荷に基づいて映像信号を出力する固体撮像素
子において、前記ホトダイオードに挿列に、少なくとも
ホトダイオードにより光励起された電荷の蓄積期間導通
されるスイッチ素子と容量素子からなる直列回路を接続
し、前記容量素子の充電状態に基づいて映像信号を取り
出す検出セルと、遮光されたホトダイオードと、該ホト
ダイオードに並列に接続され、前記検出セルにおけるス
イッチ素子が導通ずる゛期間導通するスイッチ素子と容
量素子からなる直列回路とを有し、その容量素子の充電
状態に基づいて暗信号を出力する少なくとも１つのダミ
ーセルとを設けたことである。
イオードＰＤが受光していなくても、熱励起によりホト
ダイオードＰＤに蓄積されている電荷は緩和されるので
、ホトダイオードＰＤの逆電圧ｖｐは減少する。このた
め、映像信号はこの熱励起による影響を受け、＋１１電
流を含むことになる。 映像信号のＳ／Ｎ比は主として光電流と暗電流の比とな
り暗電流の大きさがＳ／Ｎ比を支配する。 しかも、暗電流は顕著な温度依存性があるため、固体撮
像素子を高温又は広温度範囲で使用することに問題があ
った。 【問題点を解決するための手段】 上記問題点を解決するための発明の構成は、各画素にホ
トダイオードを配列し、各ホトダイオードにおいて光励
起された電荷に基づいて映像信号を出力する固体撮像素
子において、前記ホトダイオードに挿列に、少なくとも
ホトダイオードにより光励起された電荷の蓄積期間導通
されるスイッチ素子と容量素子からなる直列回路を接続
し、前記容量素子の充電状態に基づいて映像信号を取り
出す検出セルと、遮光されたホトダイオードと、該ホト
ダイオードに並列に接続され、前記検出セルにおけるス
イッチ素子が導通ずる゛期間導通するスイッチ素子と容
量素子からなる直列回路とを有し、その容量素子の充電
状態に基づいて暗信号を出力する少なくとも１つのダミ
ーセルとを設けたことである。
検出セルでは、電荷の蓄積期間において、ホトダイオー
ドから出力される光電流がホトダイオードにスイッチ素
子を介して並列接続された容量素子に流れる。この結果
、容量素子の充電状態が変化しその端子間電圧も変化す
る。電荷の蓄積期間が終了すると、スイッチ素子はオフ
となり、各検出セルの容量素子の充電状態に基づいて順
次映像信号が取り出される。 また、ダミーセルにおいて、スイッチ素子は検出セルの
スイッチ素子が導通する期間導通するように制御され、
遮光された永トダイオードから出力される暗電流が容量
素子に流れる。この結果、容量素子の充電状態が変化し
その端子間電圧も変化する。ダミーセルは検出セルとホ
トダイオードが遮光されていることを除いて同一に構成
されているため、ダミーセルの容量素子の充電状態は、
受光量が零の場合の検出セルの容量素子の充電状態と等
しくなる。したがって、検出セルの容量素子の充電状態
に基づいて出力される映像信号から、ダミーセルの容量
素子の充電状態に基づいて出力される暗信号を減算すれ
ば、映像信号から暗電流による影響を除去することがで
きるため、高温、広温度範囲でも高精度で使用すること
が可能となる。
ドから出力される光電流がホトダイオードにスイッチ素
子を介して並列接続された容量素子に流れる。この結果
、容量素子の充電状態が変化しその端子間電圧も変化す
る。電荷の蓄積期間が終了すると、スイッチ素子はオフ
となり、各検出セルの容量素子の充電状態に基づいて順
次映像信号が取り出される。 また、ダミーセルにおいて、スイッチ素子は検出セルの
スイッチ素子が導通する期間導通するように制御され、
遮光された永トダイオードから出力される暗電流が容量
素子に流れる。この結果、容量素子の充電状態が変化し
その端子間電圧も変化する。ダミーセルは検出セルとホ
トダイオードが遮光されていることを除いて同一に構成
されているため、ダミーセルの容量素子の充電状態は、
受光量が零の場合の検出セルの容量素子の充電状態と等
しくなる。したがって、検出セルの容量素子の充電状態
に基づいて出力される映像信号から、ダミーセルの容量
素子の充電状態に基づいて出力される暗信号を減算すれ
ば、映像信号から暗電流による影響を除去することがで
きるため、高温、広温度範囲でも高精度で使用すること
が可能となる。
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。第
１図は実施例のＭＯ３型固体撮像素子の主要部の構成を
示した電気回路図である。Ｘｌは一つの検出セル（第１
検出セル）を表し、Ｗはダミーセルである。ダミーセル
は固体撮像素子において１つ設けられている。 まず、検出セルＸ１について説明する。 ホトダイオードＰＤＩのカソードは、ＭＯＳ−Ｐｉ！Ｔ
（以下単に「トランジスタ」という）ＦＴ２（エンハン
スメントタイプ）のソースに接続され、ホトダイオード
ＰＤＩのアノードは接地されている。 そして、トランジスタＦＴ２のドレインには正のリファ
レンス電圧Ｖ ｒｅｆが印加されている。また、ホトダ
イオードＰＤＩの陰極はトランジスタＦＴ１（エンハン
スメントタイプ）のソースに接続され、そのトランジス
タＦＴＩのドレインは容量素子Ｃ１に接続され、その容
ｆ２ｔＳ子ＣＩの他の端子は接地されている。この容量
素子Ｃ１はＭＯＳ型の容量素子で構成されている。この
トランジスタＦＴＩと容量素子Ｃ１とで直列回路を構成
し、その直列回路がホトダイオードＰＤＩの両端子間に
接続されている。 また、容量素子Ｃ１の陽極はトランジスタＦＴ３（エン
ハンスメントタイプ）のソースに接続され、そのトラン
ジスタＦＴ３のドレインにはリファレンス電圧Ｖ ｒｅ
ｆが印加されている。さらに、容量素子Ｃ１の陽極はセ
ンス増幅器Ａ１を構成すルトランジス９ＦＴ４Ｃエンハ
ンスメントタイプ）のゲートに接続され、そのトランジ
スタＦＴ４のドレインには電圧Ｖ ｒａｆが印加され、
そのソースは負荷抵抗を構成するトランジスタＦＴ６の
ドレインに接続されている。トランジスタＦＴ６のソー
スはトランジスタＦＴ７のドレインに接続され、トラン
ジスタＦＴ７のソースは接地されている。両トランジス
タＦＴ６、ＦＴ７のゲートには安定した電圧が印加され
ている。また、トランジスタＦＴ４のソースはトランジ
スタＦＴ５（エンハンスメントタイプ）のドレインに接
続され、そのトランジスタＦＴ５のソースはビデオライ
ンＶＬに接続されている。 トランジスタＦＴ３はゲートにアクティブハイのリセッ
ト信号Ｓ２を入力しており、リセット信号Ｓ２が高レベ
ルとなると導通する。また、トランジスタＦＴＩはゲー
トにアクティブハイのデータ信号Ｓ１を入力しており、
データ信号Ｓ１が高レベルζなると導通する。また、ト
ランジスタＦＴ５はゲートにアクティブハイのｘ１選択
慣号Ｓ３を入力しており、ｘ１選択信号Ｓ３が高レベル
となると導通する。さらに、トランジスタＦＴ２はデー
タ信号Ｓ１を反転したロック信号Ｓ４が入力しており、
ロック信号Ｓ４が高レベルとなると導通する。 係る構成において、第２図のタイミングチャートに示す
ように、リセット信号Ｓ２が時刻ｔ１で高レベルとなる
と、トランジスタＦＴ３は導通し容量素子Ｃ１は電圧Ｖ
ｒｅｆに充電される。尚、ロック信号Ｓ４は時刻ｔ１
において高レベルであるので、この時ホトダイオードＰ
ＤＩには逆方向に電圧Ｖ ｒｅｆが印加されている。次
に時刻ｔ２において、データ信号Ｓ１が高レベルとなり
ロック信号Ｓ４が低レベルとなると、トランジスタＦＴ
ＩがオンとなりトランジスタＦＴ２がオフとなる。 すると、ホトダイオードＰＤＩはトランジスタＦＴ１、
ＦＴ３を介して、逆方向に電圧Ｖ ｒｅｆが継続して印
加される。 次に、時刻ｔ３においてリセット信号Ｓ２が低レベルと
なると、トランジスタＦＴ３はオフとなり、トランジス
タＦＴＩのみがオン状態を継続する。すると、ホトダイ
オードＰＤＩにより生じる光電流ＩＬは自己の容量を充
電すると共に、１１で示すように容量素子Ｃ１、トラン
ジスタＦＴＩ、ホトダイオードＰＤＩの閉回路に分流す
る。このため、光電流ＩＬの分流成分により容量素子Ｃ
１は逆方向に充電され、その端子電圧Ｖｃは初期電圧Ｖ
ｒｅｆから漸次減少する。 次に、時刻ｔ４においてデータ信号Ｓ１が低レベルとな
ると、トランジスタＦＴＩがオフとなり、光電流ＩＬの
分流成分による容量素子Ｃ１に対する逆充電が停止し、
容量素子Ｃ１の端子電圧Ｖｃの減少が停止する。このよ
うにして、容量素子Ｃ１の端子電圧Ｖｃは光電流ＩＬの
分流成分の大きさと容量素子Ｃ１を逆方向に充電する期
間（時刻ｔ３〜時刻ｔ４の期間）、即ち、電荷の蓄積期
間の長さに依存して変化する。 次に、時刻ｔ５において、シフトレジスタで構成された
選択信号出力回路１に、゛アクティブローのスタート信
号が入力されると、選択信号出力回路１はクロック信号
に同期して、選択信号を順次与セルのトランジスタＦＴ
５のゲートに出力する。 シフトレジスタは、初期状態において全桁が［０」にプ
リセットされており、１桁だけが「１」となり「１」が
下位桁から上位桁ヘクロツク信号に同期して伝搬す るように構成されている。 時刻ｔ６において、クロック信号に同期してアクティブ
ハイのＸ１選択信号Ｓ３が第１検出セルＸ１のトランジ
スタＦＴ５のゲートに出力されると、そのトランジスタ
ＦＴ５は１クロック周期の間（時刻ｔ６〜ｔ？）オンと
なり、その第１検出セルｘ１の容量素子Ｃ１の端子電圧
ＶｃがビデオラインＶＬに出力される。次に、時刻ｔ７
において、クロック信号に同期してアクティブハイの選
択信号が第２セルのトランジスタＦＴ５のゲートに出力
されると、そのトランジスタＦＴ５は１クロック周期の
間（時刻ｔ７〜ｔ８）オンとなり、その第２検出セルの
容量素子Ｃ１の端子電圧ＶｃがビデオラインＶＬに出力
される。このようにして、最終セルに至るまで走査され
、各検出セルの容量素子Ｃ１の端子電圧Ｖｃがビデオラ
インＶＬに映像信号ｖＳとして出力される。最終の検出
セルまで走査が進行すると、エンド信号が選択信号出力
回路１に出力され、時刻ｔ９で検出セルの走査が停止す
る。その後、上記した時刻ｔ１か次のサイクルの処理が
繰り返される。 上記処理において、時刻ｔ３〜ｔ４間における光電流に
よる電荷の蓄積の処理は、各検出セルにおいて同時に実
行される。したがって、時系列的に出力された映像信号
■Ｓは、全検出セルにおいて同時性のある受光量を表す
ことになる。また、容量素子Ｃ１に電荷を蓄積している
ため電荷の蓄積量を多くとることができるので、感度を
向上させることができる。 尚、上記実施例において、電荷の蓄積期間以外の期間は
、アクティブハイのロック信号Ｓ４によりトランジスタ
ＦＴ２がオンとなり、ホトダイオードＰＤＩに初期電圧
Ｖ ｒｅｆが印加される。この場合には、電荷の蓄積期
間外はホトダイオードＰＤ１により生じる光電流ＩＬは
、■２で示すようにホトダイオードＰＤＩ等に蓄積され
ることなく電源に流れ込むことになりブルーミングが防
止される。 次に、ダミーセルＷについて述べる。 ダミーセルＷはホトダイオードＰＤＩＩのアパーチャ部
９０がアルミニウム層９６により遮光されていることを
除き、検出セルＸ１の構成と同一である。即ち、ダミー
セルＷのトランジスタＦＴ１１、ＦＴ１２、ＦＴ１３、
ＦＴ１４、ＦＴ１５、ＦＴ１６、ＦＴ１７は、それぞれ
、検出セルＸ１のトランジスタＦＴＩ、ＦＴ２、ＦＴ３
、ＦＴ４、ＦＴ５、ＦＴ６、ＦＴ７に対応する。ダミー
セルＷは各検出セルと同様に作動し、電荷の蓄積期間（
ｔ３〜ｔ４）にホトダイオードＰＤＩＩにより生じた暗
電流Ｉｎは自己の容量と容量素子Ｃ１ｌを逆方向に充電
し、容量素子Ｃ１ｌの端子電圧■ｄを減少させる。そし
て、各検出セルが順次走査され映像信号ｖＳが順次出力
されている走査期間（時刻ｔ６〜ｔ９）高レベルとなる
アクテイブノ＼イのダミーセル選択信号Ｓ５がトランジ
スタＦＴ１５のゲートに入力しているので、ダミーセル
Ｗの容量素子Ｃ１１の端子電圧Ｖｄは、走査期間ダミー
ラインＤＬに暗信号ＤＳとして出力される。 このようにしてビデオラインＶＬに出力された映像信号
ｖＳからダミーラインＤＬに出力された暗信号ＤＳを減
算することにより、映像信号■Ｓから暗電流の影響を除
去した信号を得ることができる。 尚、上記実施例において、容量素子Ｃ１をリセットしホ
トダイオードＰＤＩをロックするためにトランジスタＦ
Ｔ３とトランジスタＦＴ２が使用されているが、トラン
ジスタＦＴ３を省略することもできる。省略した場合に
は、トランジスタＦＴ２とトランジスタＦＴＩがオンす
ることにより容量素子Ｃ１がリセットされ、トランジス
タＦＴ２がオンし、トランジスタＦＴＩがオフすること
によりホトダイオードＰＤＩのリセットとロックが行わ
れる。また、トランジスタＦＴ２がオフしトランジスタ
ＦＴＩがオンすることにより、容量素子Ｃ１に電荷の蓄
積が行われる。このことはダミーセルＷについても同様
である。
１図は実施例のＭＯ３型固体撮像素子の主要部の構成を
示した電気回路図である。Ｘｌは一つの検出セル（第１
検出セル）を表し、Ｗはダミーセルである。ダミーセル
は固体撮像素子において１つ設けられている。 まず、検出セルＸ１について説明する。 ホトダイオードＰＤＩのカソードは、ＭＯＳ−Ｐｉ！Ｔ
（以下単に「トランジスタ」という）ＦＴ２（エンハン
スメントタイプ）のソースに接続され、ホトダイオード
ＰＤＩのアノードは接地されている。 そして、トランジスタＦＴ２のドレインには正のリファ
レンス電圧Ｖ ｒｅｆが印加されている。また、ホトダ
イオードＰＤＩの陰極はトランジスタＦＴ１（エンハン
スメントタイプ）のソースに接続され、そのトランジス
タＦＴＩのドレインは容量素子Ｃ１に接続され、その容
ｆ２ｔＳ子ＣＩの他の端子は接地されている。この容量
素子Ｃ１はＭＯＳ型の容量素子で構成されている。この
トランジスタＦＴＩと容量素子Ｃ１とで直列回路を構成
し、その直列回路がホトダイオードＰＤＩの両端子間に
接続されている。 また、容量素子Ｃ１の陽極はトランジスタＦＴ３（エン
ハンスメントタイプ）のソースに接続され、そのトラン
ジスタＦＴ３のドレインにはリファレンス電圧Ｖ ｒｅ
ｆが印加されている。さらに、容量素子Ｃ１の陽極はセ
ンス増幅器Ａ１を構成すルトランジス９ＦＴ４Ｃエンハ
ンスメントタイプ）のゲートに接続され、そのトランジ
スタＦＴ４のドレインには電圧Ｖ ｒａｆが印加され、
そのソースは負荷抵抗を構成するトランジスタＦＴ６の
ドレインに接続されている。トランジスタＦＴ６のソー
スはトランジスタＦＴ７のドレインに接続され、トラン
ジスタＦＴ７のソースは接地されている。両トランジス
タＦＴ６、ＦＴ７のゲートには安定した電圧が印加され
ている。また、トランジスタＦＴ４のソースはトランジ
スタＦＴ５（エンハンスメントタイプ）のドレインに接
続され、そのトランジスタＦＴ５のソースはビデオライ
ンＶＬに接続されている。 トランジスタＦＴ３はゲートにアクティブハイのリセッ
ト信号Ｓ２を入力しており、リセット信号Ｓ２が高レベ
ルとなると導通する。また、トランジスタＦＴＩはゲー
トにアクティブハイのデータ信号Ｓ１を入力しており、
データ信号Ｓ１が高レベルζなると導通する。また、ト
ランジスタＦＴ５はゲートにアクティブハイのｘ１選択
慣号Ｓ３を入力しており、ｘ１選択信号Ｓ３が高レベル
となると導通する。さらに、トランジスタＦＴ２はデー
タ信号Ｓ１を反転したロック信号Ｓ４が入力しており、
ロック信号Ｓ４が高レベルとなると導通する。 係る構成において、第２図のタイミングチャートに示す
ように、リセット信号Ｓ２が時刻ｔ１で高レベルとなる
と、トランジスタＦＴ３は導通し容量素子Ｃ１は電圧Ｖ
ｒｅｆに充電される。尚、ロック信号Ｓ４は時刻ｔ１
において高レベルであるので、この時ホトダイオードＰ
ＤＩには逆方向に電圧Ｖ ｒｅｆが印加されている。次
に時刻ｔ２において、データ信号Ｓ１が高レベルとなり
ロック信号Ｓ４が低レベルとなると、トランジスタＦＴ
ＩがオンとなりトランジスタＦＴ２がオフとなる。 すると、ホトダイオードＰＤＩはトランジスタＦＴ１、
ＦＴ３を介して、逆方向に電圧Ｖ ｒｅｆが継続して印
加される。 次に、時刻ｔ３においてリセット信号Ｓ２が低レベルと
なると、トランジスタＦＴ３はオフとなり、トランジス
タＦＴＩのみがオン状態を継続する。すると、ホトダイ
オードＰＤＩにより生じる光電流ＩＬは自己の容量を充
電すると共に、１１で示すように容量素子Ｃ１、トラン
ジスタＦＴＩ、ホトダイオードＰＤＩの閉回路に分流す
る。このため、光電流ＩＬの分流成分により容量素子Ｃ
１は逆方向に充電され、その端子電圧Ｖｃは初期電圧Ｖ
ｒｅｆから漸次減少する。 次に、時刻ｔ４においてデータ信号Ｓ１が低レベルとな
ると、トランジスタＦＴＩがオフとなり、光電流ＩＬの
分流成分による容量素子Ｃ１に対する逆充電が停止し、
容量素子Ｃ１の端子電圧Ｖｃの減少が停止する。このよ
うにして、容量素子Ｃ１の端子電圧Ｖｃは光電流ＩＬの
分流成分の大きさと容量素子Ｃ１を逆方向に充電する期
間（時刻ｔ３〜時刻ｔ４の期間）、即ち、電荷の蓄積期
間の長さに依存して変化する。 次に、時刻ｔ５において、シフトレジスタで構成された
選択信号出力回路１に、゛アクティブローのスタート信
号が入力されると、選択信号出力回路１はクロック信号
に同期して、選択信号を順次与セルのトランジスタＦＴ
５のゲートに出力する。 シフトレジスタは、初期状態において全桁が［０」にプ
リセットされており、１桁だけが「１」となり「１」が
下位桁から上位桁ヘクロツク信号に同期して伝搬す るように構成されている。 時刻ｔ６において、クロック信号に同期してアクティブ
ハイのＸ１選択信号Ｓ３が第１検出セルＸ１のトランジ
スタＦＴ５のゲートに出力されると、そのトランジスタ
ＦＴ５は１クロック周期の間（時刻ｔ６〜ｔ？）オンと
なり、その第１検出セルｘ１の容量素子Ｃ１の端子電圧
ＶｃがビデオラインＶＬに出力される。次に、時刻ｔ７
において、クロック信号に同期してアクティブハイの選
択信号が第２セルのトランジスタＦＴ５のゲートに出力
されると、そのトランジスタＦＴ５は１クロック周期の
間（時刻ｔ７〜ｔ８）オンとなり、その第２検出セルの
容量素子Ｃ１の端子電圧ＶｃがビデオラインＶＬに出力
される。このようにして、最終セルに至るまで走査され
、各検出セルの容量素子Ｃ１の端子電圧Ｖｃがビデオラ
インＶＬに映像信号ｖＳとして出力される。最終の検出
セルまで走査が進行すると、エンド信号が選択信号出力
回路１に出力され、時刻ｔ９で検出セルの走査が停止す
る。その後、上記した時刻ｔ１か次のサイクルの処理が
繰り返される。 上記処理において、時刻ｔ３〜ｔ４間における光電流に
よる電荷の蓄積の処理は、各検出セルにおいて同時に実
行される。したがって、時系列的に出力された映像信号
■Ｓは、全検出セルにおいて同時性のある受光量を表す
ことになる。また、容量素子Ｃ１に電荷を蓄積している
ため電荷の蓄積量を多くとることができるので、感度を
向上させることができる。 尚、上記実施例において、電荷の蓄積期間以外の期間は
、アクティブハイのロック信号Ｓ４によりトランジスタ
ＦＴ２がオンとなり、ホトダイオードＰＤＩに初期電圧
Ｖ ｒｅｆが印加される。この場合には、電荷の蓄積期
間外はホトダイオードＰＤ１により生じる光電流ＩＬは
、■２で示すようにホトダイオードＰＤＩ等に蓄積され
ることなく電源に流れ込むことになりブルーミングが防
止される。 次に、ダミーセルＷについて述べる。 ダミーセルＷはホトダイオードＰＤＩＩのアパーチャ部
９０がアルミニウム層９６により遮光されていることを
除き、検出セルＸ１の構成と同一である。即ち、ダミー
セルＷのトランジスタＦＴ１１、ＦＴ１２、ＦＴ１３、
ＦＴ１４、ＦＴ１５、ＦＴ１６、ＦＴ１７は、それぞれ
、検出セルＸ１のトランジスタＦＴＩ、ＦＴ２、ＦＴ３
、ＦＴ４、ＦＴ５、ＦＴ６、ＦＴ７に対応する。ダミー
セルＷは各検出セルと同様に作動し、電荷の蓄積期間（
ｔ３〜ｔ４）にホトダイオードＰＤＩＩにより生じた暗
電流Ｉｎは自己の容量と容量素子Ｃ１ｌを逆方向に充電
し、容量素子Ｃ１ｌの端子電圧■ｄを減少させる。そし
て、各検出セルが順次走査され映像信号ｖＳが順次出力
されている走査期間（時刻ｔ６〜ｔ９）高レベルとなる
アクテイブノ＼イのダミーセル選択信号Ｓ５がトランジ
スタＦＴ１５のゲートに入力しているので、ダミーセル
Ｗの容量素子Ｃ１１の端子電圧Ｖｄは、走査期間ダミー
ラインＤＬに暗信号ＤＳとして出力される。 このようにしてビデオラインＶＬに出力された映像信号
ｖＳからダミーラインＤＬに出力された暗信号ＤＳを減
算することにより、映像信号■Ｓから暗電流の影響を除
去した信号を得ることができる。 尚、上記実施例において、容量素子Ｃ１をリセットしホ
トダイオードＰＤＩをロックするためにトランジスタＦ
Ｔ３とトランジスタＦＴ２が使用されているが、トラン
ジスタＦＴ３を省略することもできる。省略した場合に
は、トランジスタＦＴ２とトランジスタＦＴＩがオンす
ることにより容量素子Ｃ１がリセットされ、トランジス
タＦＴ２がオンし、トランジスタＦＴＩがオフすること
によりホトダイオードＰＤＩのリセットとロックが行わ
れる。また、トランジスタＦＴ２がオフしトランジスタ
ＦＴＩがオンすることにより、容量素子Ｃ１に電荷の蓄
積が行われる。このことはダミーセルＷについても同様
である。
本発明はホトダイオードに並列に、少なくともホトダイ
オードにより光励起された電荷の蓄積期間導通されるス
イッチ素子と容量素子からなる直列回路を接続し、容量
素子の充電状態に基づいて映像信号を取り出す検出セル
と、遮光されたホトダイオードと、該ホトダイオードに
並列に接続され、検出セルにおけるスイッチ素子が導通
する期間導通するスイッチ素子と容量素子からなる直列
回路とを有し、その容量素子の充電状態に基づいて暗信
号を出力する少なくとも１つのダミーセルとを有してい
るので、映像信号からホトダイオードの暗電流による影
響を除去し、Ｓ／Ｎ比の高い信号を得ることができる。 また、暗電流分が除去されているので、高温及び広温度
範囲での使用が可能となる。
オードにより光励起された電荷の蓄積期間導通されるス
イッチ素子と容量素子からなる直列回路を接続し、容量
素子の充電状態に基づいて映像信号を取り出す検出セル
と、遮光されたホトダイオードと、該ホトダイオードに
並列に接続され、検出セルにおけるスイッチ素子が導通
する期間導通するスイッチ素子と容量素子からなる直列
回路とを有し、その容量素子の充電状態に基づいて暗信
号を出力する少なくとも１つのダミーセルとを有してい
るので、映像信号からホトダイオードの暗電流による影
響を除去し、Ｓ／Ｎ比の高い信号を得ることができる。 また、暗電流分が除去されているので、高温及び広温度
範囲での使用が可能となる。
第１図は本発明の具体的な一実施例に係る固体撮像素子
の主要部の構成を示した回路図。第２図は実施例回路の
動作を説明するタイミングチャート。第３図は従来のＭ
、ＯＳ型イメージセンサの１画素の主要部の構成を示し
た構成図。第４図はその素子の動作特性を示した波形図
。第５図（ａ）はその素子の構造を示した平面図、第５
図（ｂ）はその素子の構造を示した断面図である。 ＦＴＩ〜ＦＴ？、ＦＴＩＩ〜Ｆ Ｔ １７ ＭＯＳ−Ｐ
ＥＴＰＤ、ＰＤＩ、ＰＤＩＩ−ホトダイオードＣ１、Ｃ
１１−容量素子 ｘ１°°検出セルＷ−一−ダミーセル
Ａ１、Ａｌｌ パセンス増幅器ＶＬ″゛ビデオライ
ン Ｄ Ｌ−ダミ−ライン９０°゛アパーチヤ部 ９１
゛゛ｎ型基板９２−ソース ９３−ドレイン ９４−
・−ゲート９６ °゛アルミニウム
の主要部の構成を示した回路図。第２図は実施例回路の
動作を説明するタイミングチャート。第３図は従来のＭ
、ＯＳ型イメージセンサの１画素の主要部の構成を示し
た構成図。第４図はその素子の動作特性を示した波形図
。第５図（ａ）はその素子の構造を示した平面図、第５
図（ｂ）はその素子の構造を示した断面図である。 ＦＴＩ〜ＦＴ？、ＦＴＩＩ〜Ｆ Ｔ １７ ＭＯＳ−Ｐ
ＥＴＰＤ、ＰＤＩ、ＰＤＩＩ−ホトダイオードＣ１、Ｃ
１１−容量素子 ｘ１°°検出セルＷ−一−ダミーセル
Ａ１、Ａｌｌ パセンス増幅器ＶＬ″゛ビデオライ
ン Ｄ Ｌ−ダミ−ライン９０°゛アパーチヤ部 ９１
゛゛ｎ型基板９２−ソース ９３−ドレイン ９４−
・−ゲート９６ °゛アルミニウム
Claims (6)
- （１）各画素にホトダイオードを配列し、各ホトダイオ
ードにおいて光励起された電荷に基づいて映像信号を出
力する固体撮像素子において、前記ホトダイオードに並
列に、少なくともホトダイオードにより光励起された電
荷の蓄積期間導通されるスイッチ素子と容量素子からな
る直列回路を接続し、前記容量素子の充電状態に基づい
て映像信号を取り出す検出セルと、 遮光されたホトダイオードと、該ホトダイオードに並列
に接続され、前記検出セルにおけるスイッチ素子が導通
する期間導通するスイッチ素子と容量素子からなる直列
回路とを有し、その容量素子の充電状態に基づいて暗信
号を出力する少なくとも１つのダミーセルとを有するこ
とを特徴とする固体撮像素子。 - （２）前記電荷の蓄積期間前に、前記検出セル及び前記
ダミーセルにおける前記ホトダイオードは逆電圧が印加
され前記容量素子はその逆電圧で充電されることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の固体撮像素子。 - （３）前記検出セル及び前記ダミーセルにおける前記ホ
トダイオード又は前記容量素子は第２のスイッチ素子を
介して、基準電圧に接続されていることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の固体撮像素子。 - （４）前記検出セル及び前記ダミーセルにおける前記電
荷の蓄積期間以外の期間は、前記ホトダイオードに接続
された前記第２のスイッチ素子が導通されることにより
、前記ホトダイオードは基準の逆電圧が印加されること
を特徴とする特許請求の範囲第３項記載の固体撮像素子
。 - （５）前記映像信号又は前記暗信号は前記容量素子の端
子間電圧として取り出されることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の固体撮像素子。 - （６）前記検出セル及び前記ダミーセルは、前記容量素
子の端子電圧を入力し電流増幅された信号を出力する増
幅器を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の固体撮像素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61309498A JPS63161784A (ja) | 1986-12-25 | 1986-12-25 | 固体撮像素子 |
| US07/135,382 US4839735A (en) | 1986-12-22 | 1987-12-21 | Solid state image sensor having variable charge accumulation time period |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61309498A JPS63161784A (ja) | 1986-12-25 | 1986-12-25 | 固体撮像素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63161784A true JPS63161784A (ja) | 1988-07-05 |
| JPH0511829B2 JPH0511829B2 (ja) | 1993-02-16 |
Family
ID=17993714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61309498A Granted JPS63161784A (ja) | 1986-12-22 | 1986-12-25 | 固体撮像素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63161784A (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56124279A (en) * | 1980-02-06 | 1981-09-29 | Origin Electric Co Ltd | Image pickup device |
| JPS6020688A (ja) * | 1983-07-15 | 1985-02-01 | Nec Corp | 固体撮像装置 |
| JPS6162284A (ja) * | 1984-09-03 | 1986-03-31 | Mitsubishi Electric Corp | 固体撮像素子 |
| JPS61214870A (ja) * | 1985-03-20 | 1986-09-24 | Mitsubishi Electric Corp | 固体撮像装置 |
-
1986
- 1986-12-25 JP JP61309498A patent/JPS63161784A/ja active Granted
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56124279A (en) * | 1980-02-06 | 1981-09-29 | Origin Electric Co Ltd | Image pickup device |
| JPS6020688A (ja) * | 1983-07-15 | 1985-02-01 | Nec Corp | 固体撮像装置 |
| JPS6162284A (ja) * | 1984-09-03 | 1986-03-31 | Mitsubishi Electric Corp | 固体撮像素子 |
| JPS61214870A (ja) * | 1985-03-20 | 1986-09-24 | Mitsubishi Electric Corp | 固体撮像装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0511829B2 (ja) | 1993-02-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |