JPH06101816B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPH06101816B2 JPH06101816B2 JP60291141A JP29114185A JPH06101816B2 JP H06101816 B2 JPH06101816 B2 JP H06101816B2 JP 60291141 A JP60291141 A JP 60291141A JP 29114185 A JP29114185 A JP 29114185A JP H06101816 B2 JPH06101816 B2 JP H06101816B2
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Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims description 14
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 11
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 7
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 6
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 4
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 3
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はCCD（チャージ・カップルド・デバイス）など
を信号電荷転送素子として用いた固体撮像装置に関す
る。
を信号電荷転送素子として用いた固体撮像装置に関す
る。
（従来の技術） ファクシミリを中心として益々需要が活発化している固
体撮像装置は、従来、光センサ撮像回路とセンサ信号検
出および増幅回路、並びにクランプ出力回路とから構成
される。通常、光センサ撮像回路はホト・トランジスタ
とCCDまたはMOSトウンジスタを用いた画像信号電荷転送
装置とから成り、センサ信号の検出および増幅回路には
ソース・ホロワ回路および演算増幅器がそれぞれ用いら
れる。
体撮像装置は、従来、光センサ撮像回路とセンサ信号検
出および増幅回路、並びにクランプ出力回路とから構成
される。通常、光センサ撮像回路はホト・トランジスタ
とCCDまたはMOSトウンジスタを用いた画像信号電荷転送
装置とから成り、センサ信号の検出および増幅回路には
ソース・ホロワ回路および演算増幅器がそれぞれ用いら
れる。
（発明が解決しようとする問題点） しかし、この従来の回路構成によると、演算増幅器の入
力側には、光センサ撮像回路から画像信号電荷を注入さ
れるソース・ホロワ回路出力と、これと回路構成を等し
くし画像信号電荷の注入を受けないダミーのソース・ホ
ロワ回路出力とが入力され、センス信号はこれと等しい
フィード・スルー・レベルをもつダミー出力を基準電位
として増幅されることとなるので、増幅可能な入力振幅
の幅が狭く大きな入力信号に対して所謂クリップ現象を
おこす。すなわち、従来固体撮像装置の信号増幅回路は
線形特性に問題があり、また光センサ撮像回路およびセ
ンサ信号検出回路と共に一体化して集積化した場合、応
答速度の高速性が保持し難い欠点を有する。
力側には、光センサ撮像回路から画像信号電荷を注入さ
れるソース・ホロワ回路出力と、これと回路構成を等し
くし画像信号電荷の注入を受けないダミーのソース・ホ
ロワ回路出力とが入力され、センス信号はこれと等しい
フィード・スルー・レベルをもつダミー出力を基準電位
として増幅されることとなるので、増幅可能な入力振幅
の幅が狭く大きな入力信号に対して所謂クリップ現象を
おこす。すなわち、従来固体撮像装置の信号増幅回路は
線形特性に問題があり、また光センサ撮像回路およびセ
ンサ信号検出回路と共に一体化して集積化した場合、応
答速度の高速性が保持し難い欠点を有する。
本発明の目的は、上記の情況に鑑み、高い線形特性を有
し、且つ応答速度の高速性を保持して集積化し得る回路
構成の信号増幅回路を備えた固体撮像装置を提供するこ
とである。
し、且つ応答速度の高速性を保持して集積化し得る回路
構成の信号増幅回路を備えた固体撮像装置を提供するこ
とである。
本発明の固体撮像装置は、光センサ撮像回路のフローテ
ィング・ディフュージョン部の電位変化をリセット信号
で制御され順次検出する第１のソース・ホロワ回路と、
前記第１のソース・ホロワ回路の出力側に新らたなソー
ス抵抗を挿入した回路構成を備え、前記リセット信号で
同じく制御されダミー・フローティング・ディフュージ
ョン部のフィード・スルー・レベルを低レベルにシフト
して出力する第２のソース・ホロワ回路と、前記第２の
ソース・ホロワ回路の出力レベルを基準電位として前記
第１のソース・ホロワ回路が出力する検出電位変化を増
幅する差動増幅回路と、前記差動増幅回路出力の直流成
分をクランプして出力するクランプ回路とを含む。
ィング・ディフュージョン部の電位変化をリセット信号
で制御され順次検出する第１のソース・ホロワ回路と、
前記第１のソース・ホロワ回路の出力側に新らたなソー
ス抵抗を挿入した回路構成を備え、前記リセット信号で
同じく制御されダミー・フローティング・ディフュージ
ョン部のフィード・スルー・レベルを低レベルにシフト
して出力する第２のソース・ホロワ回路と、前記第２の
ソース・ホロワ回路の出力レベルを基準電位として前記
第１のソース・ホロワ回路が出力する検出電位変化を増
幅する差動増幅回路と、前記差動増幅回路出力の直流成
分をクランプして出力するクランプ回路とを含む。
（問題点を解決するための手段） すなわち、本発明によれば、差動増幅器に基準電位を与
えるダミーのソース・ホロワ回路の出力ソース・ホロワ
抵抗の新らたなソース抵抗が挿入され、信号検出用ソー
ス・ホロワ回路が出力するよりも低レベルのフィード・
スルー・レベルを出力するよう構成される。また、この
新らたなソース抵抗および差動増幅器の負荷抵抗には、
CCD電荷転送素子の埋め込みチャネルのＮ型ウエル領域
と同一不純物濃度に形成された高抵抗の半導体層抵抗が
利用される。
えるダミーのソース・ホロワ回路の出力ソース・ホロワ
抵抗の新らたなソース抵抗が挿入され、信号検出用ソー
ス・ホロワ回路が出力するよりも低レベルのフィード・
スルー・レベルを出力するよう構成される。また、この
新らたなソース抵抗および差動増幅器の負荷抵抗には、
CCD電荷転送素子の埋め込みチャネルのＮ型ウエル領域
と同一不純物濃度に形成された高抵抗の半導体層抵抗が
利用される。
（作用） かくして、差動増幅器の入力側には、信号検出用ソース
・ホロワ回路出力より低レベルの基準電位が与えられる
こととなり、増幅可能な入力振幅が拡大される。また、
差動増幅器自身も線形性および応答速度の高速性を保持
したまま、その他の回路と共に同一基板上に容易に集積
化される。以下図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
・ホロワ回路出力より低レベルの基準電位が与えられる
こととなり、増幅可能な入力振幅が拡大される。また、
差動増幅器自身も線形性および応答速度の高速性を保持
したまま、その他の回路と共に同一基板上に容易に集積
化される。以下図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示す接続回路図である。本
実施例では、光センサ撮像回路１と、このフローティン
グ・ディフュージョン部からの電荷注入点Ｐを備えた第
１のソース・ホロワ回路２と、ダミーのフローティング
・ディフュージュン部との接続点P0を備えた第２のソー
ス・ホロワ回路３と、１段構成の差動増幅回路４と、ク
ランプ回路５とを含み、これら全体は一つの半導体基板
６上に一体化され集積化される。ここで、第１のソース
・ホロワ回路２はフローティング・ディフュージョン部
の電位変化を検出する信号検出回路として働き、リセッ
ト・トランジスタとして機能するディプレッション型電
界効果トランジスタQ1で制御されるトランジスタQ2，Q3
および負荷接続されたディプレッション型電界効果トラ
ンジスタQ4，Q5とからなる。なお、φRリセット信号D1
はディフュージョン部直下の基板内に形成されるダイオ
ード成分を示す。また、第２のソース・ホロワ回路３は
ダミー回路として働き、同じくリセット・トランジスタ
Q0で制御されるトランジスタQ6，Q7およびソース・ホロ
ワ抵抗として形成されたディプレッション型電界効果ト
ランジスタQ8，Q9並びにCCD素子の埋め込みチャネルの
Ｎ型ウエルと同時形成された約2KΩの半導体層抵抗Roと
から成る。なお、D0はダミーディフュージョン部直下の
基板内に形成されるダイオード成分である。これら２つ
のソース・ホロワ回路出力VBおよびVDは、回路節点Ｂお
よびＤから差動増幅回路４のトランジスタQ10およびQ11
にそれぞれ入力される。
実施例では、光センサ撮像回路１と、このフローティン
グ・ディフュージョン部からの電荷注入点Ｐを備えた第
１のソース・ホロワ回路２と、ダミーのフローティング
・ディフュージュン部との接続点P0を備えた第２のソー
ス・ホロワ回路３と、１段構成の差動増幅回路４と、ク
ランプ回路５とを含み、これら全体は一つの半導体基板
６上に一体化され集積化される。ここで、第１のソース
・ホロワ回路２はフローティング・ディフュージョン部
の電位変化を検出する信号検出回路として働き、リセッ
ト・トランジスタとして機能するディプレッション型電
界効果トランジスタQ1で制御されるトランジスタQ2，Q3
および負荷接続されたディプレッション型電界効果トラ
ンジスタQ4，Q5とからなる。なお、φRリセット信号D1
はディフュージョン部直下の基板内に形成されるダイオ
ード成分を示す。また、第２のソース・ホロワ回路３は
ダミー回路として働き、同じくリセット・トランジスタ
Q0で制御されるトランジスタQ6，Q7およびソース・ホロ
ワ抵抗として形成されたディプレッション型電界効果ト
ランジスタQ8，Q9並びにCCD素子の埋め込みチャネルの
Ｎ型ウエルと同時形成された約2KΩの半導体層抵抗Roと
から成る。なお、D0はダミーディフュージョン部直下の
基板内に形成されるダイオード成分である。これら２つ
のソース・ホロワ回路出力VBおよびVDは、回路節点Ｂお
よびＤから差動増幅回路４のトランジスタQ10およびQ11
にそれぞれ入力される。
第２図（ａ）および（ｂ）は、信号検出用ソース・ホロ
ワ回路およびダミー・ソース・ホロワ回路出力波形のそ
れぞれを示す一例図である。ここで、ΔVSは増幅すべき
信号成分、ΔVRはリセット信号VRにより発生するリセッ
ト・ノイズ、VFS1およびVFS2はそれぞれのディフュージ
ョン部のフィード・スルー・レベルをそれぞれ示してい
る。すなわち、ダミー・ソース・ホロワ回路３は、ソー
ス抵抗Roによる電位降下分だけ低レベルのフィード・ス
ルー・レベルVFS2を出力し、差動増幅回路４のトランジ
スタQ11に基準電位として入力されるので、差動増幅回
路４の直線性は大幅に改善される。
ワ回路およびダミー・ソース・ホロワ回路出力波形のそ
れぞれを示す一例図である。ここで、ΔVSは増幅すべき
信号成分、ΔVRはリセット信号VRにより発生するリセッ
ト・ノイズ、VFS1およびVFS2はそれぞれのディフュージ
ョン部のフィード・スルー・レベルをそれぞれ示してい
る。すなわち、ダミー・ソース・ホロワ回路３は、ソー
ス抵抗Roによる電位降下分だけ低レベルのフィード・ス
ルー・レベルVFS2を出力し、差動増幅回路４のトランジ
スタQ11に基準電位として入力されるので、差動増幅回
路４の直線性は大幅に改善される。
第３図および第４図は、本発明にかかる差動増幅回路お
よび従来の回路構成による演算増幅器それぞれの入力振
幅特性図である。すなわち、従来回路の増幅可能な入力
振幅レベルをΔVS1としたとき、ダミー・ソース・ホロ
ワ回路のフィード・スルー・レベルVFS2を信号検出用ソ
ース・ホロワ回路のフィード・スルー・レベルVFS1より
この分だけ低めることによって、増幅可能な入力振幅レ
ベルを約２倍のΔVS2まで大きくすることができる。す
なわち、ダイナミック・レンジが約２倍に向上されるの
で、回路点Ｅからの増幅出力VEは、クリップされること
なく、クランプ回路５を介し出力端子Voutから出力され
る。
よび従来の回路構成による演算増幅器それぞれの入力振
幅特性図である。すなわち、従来回路の増幅可能な入力
振幅レベルをΔVS1としたとき、ダミー・ソース・ホロ
ワ回路のフィード・スルー・レベルVFS2を信号検出用ソ
ース・ホロワ回路のフィード・スルー・レベルVFS1より
この分だけ低めることによって、増幅可能な入力振幅レ
ベルを約２倍のΔVS2まで大きくすることができる。す
なわち、ダイナミック・レンジが約２倍に向上されるの
で、回路点Ｅからの増幅出力VEは、クリップされること
なく、クランプ回路５を介し出力端子Voutから出力され
る。
第２図（Ｃ）は本発明による出力信号波形の一例図を示
す。ここで、クランプ回路５はトランジスタQ13および
抵抗接続されたディプレッション型電界効果トランジス
タQ14、クランプ制御用トランジスタQ15および結合容量
Ｃとからなる。この回路構成はソース・ホロワ抵抗をト
ランジスタ抵抗で形成し集積回路化に適するように変化
した以外は従来回路と異なるところはなく、回路点Ｆに
現われる電位VEをクランプ信号φCLにより、クランブ電
位VCLに固定してトランジスタQ13のゲートに加えるよう
作用する。この場合、２つのフィード・スルー・レベル
VFS1およびVFS2が同時に入力されている時刻の差動増幅
回路出力電圧VEをクランプしているので、差動増幅回路
４により生ずる直流レベルのオフセット電圧をキャンセ
ルし得る。
す。ここで、クランプ回路５はトランジスタQ13および
抵抗接続されたディプレッション型電界効果トランジス
タQ14、クランプ制御用トランジスタQ15および結合容量
Ｃとからなる。この回路構成はソース・ホロワ抵抗をト
ランジスタ抵抗で形成し集積回路化に適するように変化
した以外は従来回路と異なるところはなく、回路点Ｆに
現われる電位VEをクランプ信号φCLにより、クランブ電
位VCLに固定してトランジスタQ13のゲートに加えるよう
作用する。この場合、２つのフィード・スルー・レベル
VFS1およびVFS2が同時に入力されている時刻の差動増幅
回路出力電圧VEをクランプしているので、差動増幅回路
４により生ずる直流レベルのオフセット電圧をキャンセ
ルし得る。
また、ソース・ホロワ回路３の挿入ソース抵抗Roおよび
差動増幅回路４の負荷抵抗R1,R2は、CCD素子を形成する
際、そのＮウエル領域と同一不純物濃度の半導体層抵抗
として同時に形成し得る。Ｎウエル領域は10kΩ／口程
度の層抵抗値をもつもので、抵抗値10kΩの抵抗であっ
ても、高々10μｍ×10μｍ程度の面積を要するのみであ
るので、Ｐ−Ｎ接合容量を増大せしめる恐れはなく、極
めて高速応答特性をもつ差動増幅回路４が微小面積内に
形成される。なお、トランジスタQ12はゲート電位VHに
より制御される定電流トランジスタを示すものである。
差動増幅回路４の負荷抵抗R1,R2は、CCD素子を形成する
際、そのＮウエル領域と同一不純物濃度の半導体層抵抗
として同時に形成し得る。Ｎウエル領域は10kΩ／口程
度の層抵抗値をもつもので、抵抗値10kΩの抵抗であっ
ても、高々10μｍ×10μｍ程度の面積を要するのみであ
るので、Ｐ−Ｎ接合容量を増大せしめる恐れはなく、極
めて高速応答特性をもつ差動増幅回路４が微小面積内に
形成される。なお、トランジスタQ12はゲート電位VHに
より制御される定電流トランジスタを示すものである。
第５図および第６図（ａ）〜（ｃ）は従来回路構成の接
続回路図および信号動作波形図を、本発明と対比させて
それぞれ示したものである。ここでは、第１図と同一部
分には共通符号が用いられている。これより明らかなよ
うに、半導体基板７内に収容し得るのは、光センス撮像
回路１と、信号検出用ソース・ホロワ回路２とダミー・
ソースホロワ回路３のみであり、演算増幅器８およびク
ランプ回路９は全て外づけされる。また出力波形は第６
図（Ｃ）に＊印で示すように、その頂部の一部がクリッ
プされる。
続回路図および信号動作波形図を、本発明と対比させて
それぞれ示したものである。ここでは、第１図と同一部
分には共通符号が用いられている。これより明らかなよ
うに、半導体基板７内に収容し得るのは、光センス撮像
回路１と、信号検出用ソース・ホロワ回路２とダミー・
ソースホロワ回路３のみであり、演算増幅器８およびク
ランプ回路９は全て外づけされる。また出力波形は第６
図（Ｃ）に＊印で示すように、その頂部の一部がクリッ
プされる。
以上詳細に説明したように、本発明によれば、信号増幅
回路の直線性が改善でき、且つ高速の応答速度を保持し
て、光センサ撮像回路からクランプ回路までの全てを共
通の基板上に集積し得るきわめて顕著な効果を有する。
回路の直線性が改善でき、且つ高速の応答速度を保持し
て、光センサ撮像回路からクランプ回路までの全てを共
通の基板上に集積し得るきわめて顕著な効果を有する。
第１図は本発明の一実施例を示す接続回路図、第２図
（ａ）および（ｂ）は、信号検出用ソース・ホロワ回路
およびダミー・ソース・ホロワ回路出力波形のそれぞれ
を示す一例図、第２図（ｃ）は本発明による出力信号波
形の一例図、第３図および第４図は、本発明にかかる差
動増幅回路および従来の回路構成による演算増幅器それ
ぞれの入力振幅特性図、第５図および第６図（ａ）〜
（ｃ）は従来回路構成の接続回路図および信号動作波形
図である。 １……光センサ撮像回路、２……信号検出用の第１のソ
ース・ホロワ回路、３……ダミーとして機能する第２の
ソース・ホロワ回路、４……差動増幅回路、５……クラ
ンプ回路、Ro……ソース挿入抵抗、R1,R2……ウエルと
同時に形成される半導体層抵抗から成る負荷抵抗、Q4,Q
5,Q8,Q9,Q14……抵抗接続のディプレッション型電界効
果トランジスタ、φR……リセット信号、φCL……クラ
ンプ信号、VCL……クランプ直流電位。
（ａ）および（ｂ）は、信号検出用ソース・ホロワ回路
およびダミー・ソース・ホロワ回路出力波形のそれぞれ
を示す一例図、第２図（ｃ）は本発明による出力信号波
形の一例図、第３図および第４図は、本発明にかかる差
動増幅回路および従来の回路構成による演算増幅器それ
ぞれの入力振幅特性図、第５図および第６図（ａ）〜
（ｃ）は従来回路構成の接続回路図および信号動作波形
図である。 １……光センサ撮像回路、２……信号検出用の第１のソ
ース・ホロワ回路、３……ダミーとして機能する第２の
ソース・ホロワ回路、４……差動増幅回路、５……クラ
ンプ回路、Ro……ソース挿入抵抗、R1,R2……ウエルと
同時に形成される半導体層抵抗から成る負荷抵抗、Q4,Q
5,Q8,Q9,Q14……抵抗接続のディプレッション型電界効
果トランジスタ、φR……リセット信号、φCL……クラ
ンプ信号、VCL……クランプ直流電位。
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 27/148 29/796
Claims (3)
- 【請求項１】光センサ撮像回路のフローティング・ディ
フュージョン部の電位変化をリセット信号で制御され順
次検出する第１のソース・ホロワ回路と、前記第１のソ
ース・ホロワ回路の出力側に新らたなソース抵抗を挿入
した回路構成を備え、前記リセット信号で同じく制御さ
れダミー・フローティング・ディフュージョン部のフィ
ード・スルー・レベルを低レベルにシフトして出力する
第２のソース・ホロワ回路と、前記第２のソース・ホロ
ワ回路の出力レベルを基準電位として前記第１のソース
・ホロワ回路が出力する検出電位変化を増幅する差動増
幅回路と、前記差動増幅回路出力の直流成分をクランプ
して出力するクランプ回路とを含むことを特徴とする固
体撮像装置。 - 【請求項２】前記光センサ撮像回路における画像信号電
荷の転送装置がCCD素子で構成され、前記差動増幅器の
負荷抵抗が前記CCD素子のＮ型ウエル領域と同一不純物
濃度の半導体層抵抗で形成されていることを特徴とする
特許請求の範囲第（１）項記載の固体撮像装置。 - 【請求項３】前記クランプ回路が前記第１および第２の
ソース・ホロワ回路と同じく電界効果トランジスタ抵抗
素子をソース抵抗とするソース・ホロワ回路で形成さ
れ、且つ前記第２のソース・ホロワ回路の挿入ソース抵
抗および差動増幅回路の負荷抵抗が前記光センサ撮像回
路のCCD素子におけるＮ型ウエル領域と同一不純物濃度
の半導体層抵抗で形成されることにより、光センサ撮像
回路、センサ信号検出および増幅回路、並びにクランプ
回路が同一半導体基板上に集積化されることを特徴とす
る特許請求の範囲（１）項記載の固体撮像装置
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60291141A JPH06101816B2 (ja) | 1985-12-23 | 1985-12-23 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60291141A JPH06101816B2 (ja) | 1985-12-23 | 1985-12-23 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62149274A JPS62149274A (ja) | 1987-07-03 |
| JPH06101816B2 true JPH06101816B2 (ja) | 1994-12-12 |
Family
ID=17764969
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60291141A Expired - Lifetime JPH06101816B2 (ja) | 1985-12-23 | 1985-12-23 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06101816B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11312822A (ja) * | 1998-04-28 | 1999-11-09 | Seiko Instruments Inc | イメージセンサー |
| JP2006173663A (ja) * | 2004-12-10 | 2006-06-29 | Nec Electronics Corp | 電荷検出装置 |
-
1985
- 1985-12-23 JP JP60291141A patent/JPH06101816B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62149274A (ja) | 1987-07-03 |
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