JPH04199968A

JPH04199968A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH04199968A
Application number: JP2331684A
Authority: JP
Inventors: Hiroshige Goto; 浩成後藤; Tetsuya Tada; 哲也多田
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Microelectronics Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Device Solutions Corp
Priority date: 1990-11-29
Filing date: 1990-11-29
Publication date: 1992-07-21
Also published as: KR920011240A; US5237423A; KR950015214B1

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、固体撮像装置に関するもので、特に画素毎に
増幅あるいはインピーダンス変換作用を有するイメージ
センサに関するものである。

（従来の技術）近来、密着型センサの１つとして、画素毎に増幅あるい
はインピーダンス変換作用を有するイメージセンサか注
目されている。これは、他の構造のセンサ、例えばＣＣ
Ｄセンサと比較して比較的工程が簡単であること、及び
マルチチップした場合の各チップからの出力の統合方法
か簡単となるためである。このような従来のイメージセ
ンサを第４図に示す。このイメージセンサは単一のチッ
プ１上に形成されており、複数（Ｎ≧２）個のフォトダ
イオード２　、・・・２Ｎと、例えばソースフォロワ回
路のバッファ３　、・・３Ｎと、リセットゲート４　、
・・４、と、選択ケート５□、・・５Ｎと、各々がほぼ
同一構造のＮ＋１個の転送段６、。

・・・６Ｎ＋１を有するシフトレジスタと、共通出力ラ
イン１０とを備えている。

次に上記イメージセンサの動作を第５図を参照して説明
する。シフトレジスタの各転送段６゜（ｉ＝１．・・・
Ｎ＋１）は２相駆動パルスφｌ。

φ２によって駆動される（第５図参照）。そして１段目
の転送段６、は外部から一定の周期で送出される制御パ
ルス８１に基づいて、選択ゲート５１に駆動パルスφ１
に同期した読み出しパルス９　を送るとともに次段の転
送段６２に駆動パルスφ、に同期した制御パルス８．を
送出する。又、転送段６．（ｉ−２，・・・Ｎ）は、前
段の転送段６、−１から送出される制御パルス８□に基
づいて、選択ケート５　及びリセットケート４．　に駆
動パルスφ１に同期した読み出しパルス９１を送るとと
もに、次段の転送段６、＋１に駆動パルスφ２に同期し
た制御パルス８ｊ＋１を送出する。なお、最終段の転送
段６、＋１は転送段６Ｎから送出される制御パルス８Ｎ
＋１に基づいてリセットケート４Ｎに駆動パルスφ工に
同期した読み出しパルス９　　を送出する。なお、この
転送段６．１＋１の制＼＋制御パルス出力端子は開放状態としておく。フォトダイオ
ード２．（ｉ＝１．・・−Ｎ）の出力端電位は読み出し
パルス９１＋１かＯＮＬでいる期間、リセットゲート４
．によって電源２０からのリセットドレイン電圧で初期
化された後、入射光量に応じた電圧降下を引き起す。こ
の電圧降下がバッファ３、によって検出される。そして
制御パルス８゜の電圧印加周期に応じた積分期間経過後
、読み出しパルス９．がＯＮしている期間にバッファ３
゜によって検出された電圧が共通出力ライン１０に発生
する。この後、制御パルス８、＋１が転送段６、　に送
られて、この転送段６ｉ＋１から読み出＋＋１しパルス９ｉ１１か発生する。すると、再びフォトダイ
オード２　の出力端電位の初期化が行われる。

以上の動作か繰り返されて、読み出しパルス９゜（ｉ−
１，・・・Ｎ−１）か発生している期間、フォトダイオ
ード２．からの信号か共通出力ライン１０に出現し、読
み出しパルス９１＋１が発生している期間、フォトダイ
オード２１＋１からの信号か共通出力ラインに出現する
ため、フォトダイオード２　、・・２、からの信号か共
通出力ライン９に時系列的に発生することになる。なお
、フォトダイオード２　、バッファ３７、リセットケー
ト４９、及び選択ケート５　を備えているものを、以下
、画素という。

（発明か解決しようとする課８）このような従来のイメージセンサにおいては、シフトレ
ジスタの第１段目の転送段６、に入力される制御パルス
８１は外部から供給され、第２段目以降の転送段６．（
ｉ＝２．・・Ｎ＋１）に入力される制御パルス８．は駆
動パルスφ１．φ２に基づいて内部的に生成されている
。このため、制御パルス８１と制御パルス８１　（ｉ−
２，・・Ｎ＋１）とは、必すしも波形か一致していない
のか通例である。

これにより、転送段６１の発生する読み出しパルス９１
は第２段目以降の転送段６．　　（ｉ　−２、・・・・
Ｎ＋１）の発生する読み出しパルス９．　　（ｉ　−２
、・・Ｎ＋１）とは少し、異なってくる。この読み出し
パルスの影響を受けて、本来は−様な出力がでる場合で
も最初の画素からの出力波形（例えば出力の立上り、立
下り時間）は第２番目以降の画素からの出力波形と異な
ってしまうことになる。

このため、一定のタイミンクでデータをサンプリングす
ると、本来−様な出力がてなければならないにもかかわ
らず第１番目の画素からの出力か他の画素からの出力と
異なってしまい、イメージセンサのＳ／Ｎ比が制限され
てしまうという問題があった。

本発明は上記問題点を考慮してなされたものであって、
Ｓ／Ｎ比の劣化を引き起さない固体撮像装置を提供する
ことを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）第１の発明の固体撮像装置は連続する少なくともＮ（≧
２）個の転送段を有し、各転送段は制御パルスに基づい
て所定のタイミングで読み出しパルスを発生するととも
に更に所定のタイミングで次段の転送段に制御パルスを
送出するシフトレジスタと、ｍ（≧１）個の転送段を有
し、外部から送出される制御パルスを受けて所定のタイ
ミングてシフトレジスタの１番目の転送段に制御パルス
を送出するダミー転送段と、光信号を電気信号に変換す
る第１から第ＮまてのＮ個の光電変換素子と、第１から
第ＮまてのＮ個の信号検出手段と、第１から第Ｎまての
Ｎ個のスイッチ手段と、共通出力ラインとを半導体基板
上に集積化してなり、第ｉ　　（ｉ−１，・・Ｎ）の信
号検出手段は第１の光電変換素子からの信号を検出し、
第１のスイッチ手段は前記シフトレジスタのｉ番目の転
送段から送出される読み出しパルスに基づいて第１の信
号検出手段の検出出力を共通出力ラインに出力し、ダミ
ー転送段の各転送段はシフトレジスタの各転送段とほぼ
同一の構造を有していることを特徴とする。

又、第２の発明の固体撮像装置は、第１の発明の固体撮
像装置をＬ（≧２）個連続して配列してなり、ｉ　　（
ｉ−１，・・Ｌ−１）番目の固体撮像装置のシフトレジ
スタのＮ−ｍ番目の転送段から送出される制御パルスと
同位相のパルスをｉ＋１番目の固体撮像装置のダミー転
送段の第１段の入力制御パルスとして印加する印加手段
と、各々の固体撮像装置の共通出力ラインを介して出力
される信号を統合して出力する統合出力ラインとを設け
たことを特徴とする。

（作　用）このように構成された第１の発明の固体撮像装置によれ
ば、シフトレジスタの各転送段に送出される制御パルス
はほぼ同一構造のダミー転送段又は前段の転送段によっ
て内部的に生成される。これにより各転送段から出力さ
れる読み出しパルスはほぼ同一となり、Ｓ／Ｎ比の劣化
を防止することかできる。

又、上述のように構成された第２の発明の固体撮像装置
によれば、１番目の固体撮像装置のシフトレジタのＮ−
ｍ番目の転送段から送出される制御パルスと同位相のパ
ルスかｉ＋１番目の固体撮像装置のダミー転送段の第１
段目に入力制御パルスとして印加手段によって印加され
る。これにより各固体撮像装置の各転送段から出力され
る読み出しパルスはほぼ同一となり、Ｓ／Ｎ比の劣化を
防止することかできる。

（実施例）第１の発明による固体撮像装置の一実施例を第１図に示
す。この実施例の固体撮像装置は第４図に示す従来の固
体撮像装置において、転送段６□の前に、１段の各転送
段６．（ｉ＝１．・・Ｎ＋１）とほぼは同一の構造のダ
ミー転送段６゜を新たに設けたものである。このダミー
転送段６゜は各転送段６．　　（ｉ−１，・・・Ｎ＋１
）と同様に駆動パルスφ１．φ２によって駆動され、外
部から送出される制御パルス８ｏに基づいて駆動パルス
φ２に同期した制御パルス８１を転送段６、に送出する
。

このようにすることにより、各転送段６．（１＝１．・
・・Ｎ＋１）に人力する制御パルス８　ははは同一とな
りＳ／Ｎ比の劣化を防止することかでキる。なお、ダミ
ー転送段６ｏは駆動パルスφ１に同期した読み出しパル
スを必すしも発生しなくでも良い。

又、上記実施例においてはダミー転送段を１段として説
明したか、ダミー転送段を複数段設けても同様の効果を
得ることかできる。

次に、第２の発明による固体撮像装置の一実施例を第２
図に示す。この実施例の固体撮像装置は、第１図に示す
固体撮像装置を複数個配置・接続したちのであり、いわ
ゆるマルチチップ型のイメージセンサである。第２図に
おいて、符号１００及び２００は単一のチップを示して
いる。チップ１００上には画素１０１．（ｉ−１，・・
・Ｎ）と、ダミー転送段１０６ｏと、転送段１０６□、
・・・１０６Ｎ＋１からなるシフトレジスタと、制御パ
ルス伝達用の出力バッファ１１５とが形成されている。

又、同様にチップ２００上には画素２０１゜（ｉ−１，
・−Ｎ）と、ダミー転送段２０６ｏと、転送段２０６　
、・・・２０６Ｎ＋１からなるシフトレ■ ジスタと、制御パルス伝達用の出力バッファ（図示せず
）か設けられている。各画素１０１．。

２０１、は第１図に示すフォトダイオード２．。

バッファ３１．リセットケート４１．及び選択ゲＩ −ト５．からなっている。ダミー転送段１０６ｏ。

２０６ｏ及び各転送段１０６．，２０６．（ｉ−１、・
・・Ｎ＋１）は２相の駆動パルスφｌ、φ２によって駆
動される。そして、ダミー転送段１０６ｏは外部から送
出される制御パルス１０８　に基づいて、駆動パルスφ
２に同期した制御パルス１０８　を転送段１０６、に送
出する。

又、転送段］０６□　（ｉ−１，・・Ｎ）はダミー転送
段］０６ｏから送出される制御パルス１０８１に基づい
て駆動パルスφ１に同期した読み出しパルス１０９　を
画素１０１□の選択ゲートに送出し、転送段１０６．（
ｉ−２，・Ｎ）は前段の転退役１０６　ｔ−ｔから送出
される制御パルス１０８、に基づいて駆動パルスφｌに
同期した読み出しパルス１０９．を画素１０１１−１の
りセラトゲート及び画素１０１．の選択ゲートに送出す
するとともに、駆動パルスφ２に同期した制御パルス１０
８．１を次段の転送段１０６　、＋１に送出する。最終
段の転送段１０６．１は制御パルス１０８Ｎ＋１に基づ
いて駆動パルスφ１に同期した読み出しパルス１０９　
　を画素１０１Ｎのリセｉ１ットゲートに送出する。パルス伝達用出力バッファ１１
５は、高入力インピーダンスでかつ低出力インピーダン
スの特性を有しており、転送段１０６　から送出される
制御パルス１０８Ｎを、チップ２００上のダミー転送段
２０６ｏに送出する。チップ２００上のダミー転送段２
０６ｏ以外の構成要素（例えば転送段１０６．（ｉ−１
，・・・Ｎ＋１）　、画素１０１．（ｉ−１，・・・Ｎ
））はチツブ１００上の対応する構成要素（例えば転送
段２０６、（ｉ−１，・・・Ｎ＋１）、画素２０１（ｉ
−１，・・・Ｎ））と同様の機能を有している。

次にこの実施例の動作を第３図を参照して説明する。外
部から送出される制御パルス１０８ｏかダミー転送段１
０６ｏに人力されると、このダミー転送段１０６ｏから
転送段１０６．に駆動パルスφ２に同期した制御パルス
１０８１°が送られる。

すると転送段１０６　から画素１０１１の選択ケ■ 一トに駆動パルスφ１に同期した読み出しパルス１０９
１が送出されて、画素１０１、からの光量に応じた信号
かチップ１００の出力ライン１１０に現われる。その後
、転送段１０６□から駆動パルスφ　に同期した制御パ
ルス１０８２か転送段１０６　に送出される。この制御
パルス１０８２に基づいて転送段１０６　から画素１０
１１のりセットゲート及び画素１０２．の選択ゲートに
読み出しパルス１０９２が送出されて、画素１０１２か
らの信号が出ライン１１０に現われる。

以上の動作が順次繰り返されて第１の実施例と同様に画
素１０１．（ｉ−１，・・・Ｎ）からの信号が出ライン
１１０に時系列的に現れる。一方、上述の動作において
、転送段１０６Ｎ−、から制御パルス１０８Ｎか発生さ
れると、この制御パルス１０８　は転送段１０６Ｎに送
出されるとともに、バッファ１１５にも送出される。す
ると、バッファ１１５からチップ２００上のダミー転送
段２０６　に制御パルス２０８ｏが送出され、チップ２
００においてもチップ１００と同様の動作が行われる（
第３図参照）。この時、ダミー転送段２０６　から発せ
られる、制御パルス２０８１のりイミノジは、チップ１
００上の転送段１０６Ｎから転送段１０６Ｎ＋１に発せ
られる制御パルス１０８１ｖ＋１と同一のタイミンクと
なる。

このようにすることにより、画素１０１０．・・１０１
Ｎからの時系列的な信号が出力ライン１１０を介して統
合出力ライン９９９に発生すると、画素１０１、の信号
の後に続いて画素２０１　、・・２０ＯＮからの時系列
的な信号がチツブ２００の出力ライン２］０を介して統
合出力ライン９９９に発生する。これにより、マルチチ
ップ構成にもかかわらす、信号処理が簡単となる。

又、この実施例も第１図に示す実施例と同様の効果を有
することはいうまでもない。

なお、第２図に示す実施例においては、チップが２個の
場合について説明したか、３個以上の場合も同様にして
可能であることはいうまでもない。

又、第２図に示す実施例においては、ダミー転送段が１
段の場合について説明したが、パルス伝達用出力ハッフ
７の入力分岐位置を調整することによって複数段のダミ
ー転送段とすることも可能である。すなわち、あるチッ
プのダミー転送段をｍ段、このチップの前のチップのダ
ミー転送段を除くシフトレジスタの転送段の段数をｎ段
とすると、このシフトレジスタのｎ−ｍ番目の転送段か
ら出力される制御パルスをパルス伝達用出力バッファの
入力端子に入力する制御パルスとすれば良い。

〔発明の効果〕

本発明の固体撮像装置によれば、Ｓ／Ｎ比の劣化を防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明による固体撮像装置の一実施例の構
成を示すブロック図、第２図は第２の発明による固体撮
像装置の一実施例の構成を示すブロック図、第３図は第
２図に示す実施例の動作を説明するタイミングチャート
、第４図は従来の固体撮像装置の構成を示すブロック図
、第５図は従来の固体撮像装置の動作を説明するタイミ
ングチャートである。１・・・チップ、２１．・・・２、・・フォトダイオー
ド、３　、・・・３Ｎ・・・バッファ、４１．・・４Ｎ
・リセットゲート、５　、・・５、・・・選択ゲート、
６ｏ・・・ダミー転送段、６、・・６Ｎ＋１・・転送段
、８ｏ、・・・８Ｎ＋１・・・制御パルス、９１．・・
・９Ｎ＋１・・・読み出しパルス、１０・・出力ライン
、２０・　リセット用電源。出願人代理人　　　佐　　藤　　−雄

Claims

【特許請求の範囲】１、連続する少なくともＮ（≧２）個の転送段を有し、
各転送段は制御パルスに基づいて所定のタイミングで読
み出しパルスを発生するとともに更に所定のタイミング
で次段の転送段に制御パルスを送出するシフトレジスタ
と、ｍ（≧１）個の転送段を有し、外部から送出される
制御パルスを受けて所定のタイミングで前記シフトレジ
スタの１番目の転送段に制御パルスを送出するダミー転
送段と、光信号を電気信号に変換する第１から第Ｎまで
のＮ個の光電変換素子と、第１から第ＮまでのＮ個の信
号検出手段と、第１から第ＮまてのＮ個のスイッチ手段
と、共通出力ラインとを半導体基板上に集積化してなり
、前記第ｉ（ｉ＝１、・・・Ｎ）の信号検出手段は第ｉ
の光電変換素子からの信号を検出し、前記第ｉのスイッ
チ手段は前記シフトレジスタのｉ番目の転送段から送出
される読み出しパルスに基づいて第ｉの信号検出手段の
検出出力を前記共通出力ラインに出力し、前記ダミー転
送段の各転送段は前記シフトレジスタの各転送段とほぼ
同一の構造を有していることを特徴とする固体撮像装置
。２、請求項１記載の固体撮像装置をＬ（≧２）個連続し
て配列してなり、ｉ（ｉ＝１、・・・Ｌ−１）番目の固
体撮像装置のシフトレジスタのＮ−ｍ番目の転送段から
送出される制御パルスと同位相のパルスをｉ＋１番目の
固体撮像装置のダミー転送段の第１段の制御入力として
印加する印加手段と、各々の固体撮像装置の共通出力ラ
インを介して出力される信号を統合して出力する統合出
力ラインとを設けたことを特徴とするマルチチップ型固
体撮像装置。