JPH06189201A

JPH06189201A - 固体撮像素子

Info

Publication number: JPH06189201A
Application number: JP4342453A
Authority: JP
Inventors: Hideo Nomura; 秀雄野村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-12-22
Filing date: 1992-12-22
Publication date: 1994-07-08

Abstract

(57)【要約】【目的】出力回路上に疑似補償信号発生回路とサンプ
ルホールド回路の２つの機能を有する固体撮像素子にお
いて、サンプルホールド回路の動作時に疑似補償信号発
生回路で発生するクロックカップリングが出力信号に重
畳するを阻止する。【構成】固体撮像素子の出力回路中にサンプルホール
ド回路７４及び補償出力用出力回路８０を有し、補償出
力用出力回路８０をサンプルホールド回路７４の入力側
に接続して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばリニアセンサ、
イメージセンサ等に適用される固体撮像素子、特に、出
力回路上に疑似補償信号発生回路とサンプルホールド回
路の２種を有する固体撮像素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】リニアセンサ、イメージセンサ等に用い
られるＣＣＤ固体撮像素子は、通常、半導体基体上に入
射する光信号を電荷に変換する受光部と、この受光部で
発生した信号電荷を転送する電荷転送路とを有し、この
電荷転送路に電荷転送素子（ＣＣＤ）を用いて構成され
る。このようなＣＣＤ固体撮像素子においては、その出
力信号に相当する信号電荷を電圧に変換して外部に読み
出す出力方式として、フローティング・ディフージョン
方式、フローティング・ゲート方式等がある。この出力
方式の中で問題となるのが、リセットノイズと呼ばれる
カップリング信号である。

【０００３】図５に示すようなフローティング・ディフ
ージョン方式を採るＣＣＤ固体撮像素子１で考えてみ
る。図５は水平転送レジスタの終段部分及びその出力部
の構成を示す。同図において、２は水平転送レジスタを
示す。水平転送レジスタ２は、半導体基板３の主面上に
絶縁膜４を介して転送電極即ち、ストレージ電極５Ｓ及
びトランスファ電極５Ｔを有してなる転送部５が複数配
列され、例えば２相の駆動クロックパルスφ _H1及びφ_H2
により信号電荷ｅを水平方向に転送するように形成され
る。ストレージ電極５Ｓの直下には例えばＮ層６Ｓが、
トランスファ電極５Ｔの直下にはＮ^-層６Ｔが夫々形成
される。水平転送レジスタ２の最終段の転送部５には水
平出力ゲート部７を介して電荷−電圧変換を行うための
微小容量部、即ち、Ｎ⁺フローチャート・ディフージョ
ン領域９に接続される。水平出力ゲート部７はＮ^-層６
Ｔ上にゲート絶縁膜４を介して固定のゲート電圧Ｖ_HOG
が印加されるゲート電圧８が形成されてなる。

【０００４】そして、水平転送レジスタ２を転送されて
きた信号電荷が、フローティング・ディフージョン領域
９に蓄えられる。このときフローティング・ディフージ
ョン領域９の電位が変化し、この電位変化を出力回路１
０のＣＣＤ出力端子ｔ₁より出力信号として読み出すよ
うになされる。なお、電極５Ｓ，５Ｔ，８は例えば多結
晶シリコンにて形成する。１１は絶縁膜である。

【０００５】信号電荷ｅは、各受光部に対応するように
転送され順次に読み出されるため、フローティング・デ
ィフージョン領域９の容量に蓄積された電荷は１画素毎
にリセットする必要がある。このため、一定の高電位Ｖ
_RDに固定された電荷排出用のリセットドレイン領域１２
が設けられ、このリセットドレイン領域１２とフローテ
ィング・ディフージョン領域９との間にリセットパルス
φ_RGが印加されるリセットゲート部１３が形成される。

【０００６】リセットゲート部１３にリセットパルスφ
_RGが印加されると、そのゲート下に形成されるチャネル
部の電位が高くなり、定電位になっているリセットドレ
イン領域１２の電位と等しくなる（鎖線１５参照）。こ
のとき、フローティング・ディフージョン領域９の容量
に蓄積された電荷は、リセットドレイン領域１２に排出
され、フローティング・ディフージョン領域９の電位は
リセットドレイン領域１２の電位に固定される（鎖線１
５参照）。

【０００７】そして、次の信号電荷が転送される前にリ
セットゲート部１３をオフ、即ちその印加電圧を低くす
れば、リセットドレイン領域１２とフローティング・デ
ィフージョン領域９との接続が遮断され、フローティン
グ・ディフージョン領域９の電位は、次に転送された信
号電荷によって決定されることになる。尚、図５の実線
１６で示すポテンシャルはリセットゲート部１３がオフ
状態の電荷蓄積時であり、破線１７で示すポテンシャル
はリセットゲート部１３がオン状態のリセット時であ
る。

【０００８】ところで、リセットゲート部１３のオフ時
にはリセットゲート部１３のもつ寄生容量によってカッ
プリングが生じる。このため、フローティング・ディフ
ージョン領域９の出力には、リセットドレイン領域１２
の電圧からマイナスのオフセットがかかったような信号
が生じる。これをリセットノイズと呼ぶ。

【０００９】図６にＣＣＤの出力信号の１例を示す。同
図ＡはＣＣＤ出力信号波形、同図Ｂは２相の駆動クロッ
クパルスφ_H1（φ_H2）、同図Ｃはリセットパルスφ_RGを
示す。ＣＣＤ出力信号波形におけるリセット期間２１の
後の期間２２の信号成分２４がリセットノイズと呼ばれ
る信号成分であり、この電位に対してさらに電位が下が
っている期間２３が光信号に対応する信号成分２５であ
る。リセットノイズの電位の部分２２をプリチャージ相
と呼び、信号電位の部分２３をデータ相と呼ぶことにす
る。

【００１０】ＣＣＤの出力信号において、リセットノイ
ズの部分２２は信号処理に対して不用な部分となる。そ
のため、リセットノイズ２４の除去のために各種の方法
が採られてきたが、外部の信号処理が簡便であるのは、
補償出力端子を用いる方法である。

【００１１】図７に補償出力端子付のＣＣＤ固体撮像素
子の構成を示す。同図はイメージセンサに適用した場合
であるが、リニアセンサにおいて同様である。このＣＣ
Ｄ固体撮像素子３１は、マトリックス状に配列された受
光部３２と、各受光部列の１側に配されたＣＣＤ構造の
垂直転送レジスタ３３と、垂直転送レジスタ３３の端部
に接続されたＣＣＤ構造の水平転送レジスタ３４を有
し、この水平転送レジスタ３４の最終段に前述した水平
出力ゲート部８を介してフローティング・ディフージョ
ン領域９、リセットゲージ部１３及びリセットドレイン
領域１２からなる所謂光信号出力変換部３７が設けら
れ、そのフローティング・ディフージョン領域９に例え
ばソースフォロワ回路からなる光信号用出力回路３６が
接続されて光信号出力端子ｔ₂が導出される。

【００１２】そして、さらに光信号の入らないフローテ
ィング・ディフージョン領域３８、リセットゲート部３
９及びリセットドレイン領域４０からなるダミー出力変
換部４１が設けられ、そのフローティング・ディフージ
ョン領域３８に例えばソースフォロワ回路からなる補償
信号用出力回路４２が接続されて補償出力端子ｔ₃が導
出される。これら受光部３２、垂直転送レジスタ３３、
水平転送レジスタ３４、光信号出力変換器３７、光信号
用出力回路３６、ダミー出力変換部４１及び補償信号用
出力回路４２は同一半導体チップ４３上に形成される。

【００１３】このＣＣＤ固体撮像素子３１においては、
光信号出力端子ｔ₁から図８Ａの光信号出力（即ちＣＣ
Ｄ出力信号）４５が得られ、補償出力端子ｔ₃からは図
８Ｂに示すリセット期間２１の電位とリセットノイズ２
４の電位のみで構成された補償出力信号４６が得られ
る。この補償出力信号４６と光出力信号４５とを差分回
路に供給することにより、その出力側より光信号成分の
みを取り出すことが可能となる。差分回路４７の構成は
例えば図９に示すようなオペアンプを用いることで簡単
に構成することができ、またこのオペアンプにて増幅段
を兼ねることができるため、信号処理回路が非常に簡便
になる。

【００１４】但し、図７に示した光信号の入らないフロ
ーティング・ディフージョン領域３８から補償出力を得
る方法は、光信号出力部と同等の出力回路を補償出力部
にも必要とするために、回路規模が大きくなる欠点があ
る。

【００１５】また、光信号用出力回路と補償信号用出力
回路の２つの回路間のばらつきも問題になる。

【００１６】例えば、出力回路３６，４２として、ソー
スフォロワ回路のみで構成されていれば大きな回路規模
にはならず、同一半導体チップ上に２の出力回路３６，
４２を作り込んでも問題ない。しかし、例えばＣＣＤリ
ニアセンサでは、感度を向上するために増幅回路をもた
せなければならず、このような場合、回路規模が大きく
なってしまう。増幅回路では利得のばらつきがあり、同
一半導体チップ上に作り込んだとき、ばらつき要因が無
視できなくなる。従って、リセットノイズ除去を目的と
して２つの出力回路３６，４２を設けたにも拘らず、出
力されるノイズ量が異なってしまい、完全なリセットノ
イズ除去ができない。

【００１７】そこで考え出されたのが、図１０に示され
るような疑似的に補償出力を得るための回路を備えたＣ
ＣＤ固体撮像素子５１である。図１１はこのＣＣＤ固体
撮像素子５１のクロックタイミング図である。

【００１８】このＣＣＤ固体撮像素子５１は、光信号出
力変換部３７のフローティング・ディフージョン領域９
が例えばソースフォロワ回路からなる出力バッファ回路
５２を介して光信号用出力回路５３に接続され、之より
光信号出力端子ｔ₄が導出される。一方、出力バッファ
回路５２の出力側にＭＯＳトランジスタ等からなるアナ
ログスイッチ５５及びクランプ容量５６からなる補償用
信号発生回路５７が接続され、この補償用信号発生回路
５７に補償信号用出力回路５８が接続されて、之より補
償出力端子ｔ₅が導出される。クランプ容量５６の他端
は接地される。アナログスイッチ５５は固体撮像素子に
加えられる駆動用クロックパルス、即ちリセットゲート
部１３に印加されるリセットパルスφ_RGよりタイミング
ジェネレータ５９で発生させたクランプ用のパルスφ_C
により、オン、オフ動作する。その他の構成は前述の図
７と同一であるので、同一符号を付して重複説明を省略
する。

【００１９】この構成によれば、アナログスイッチ５５
は、リセットパルスφ_RGに同期した駆動パルス（クラン
プパルス）φ_Cが高レベルのときにオンしており、図１
１のクロックタイミングで示すようにアナログスイッチ
５５のオン期間６１には光信号用出力回路５３及び補償
信号用出力回路５８に光信号出力のリセットノイズ部の
信号成分２４がそのまま出てくる。このとき、クランプ
容量５６はアナログスイッチ５５端の電位で充電され
る。

【００２０】次に時点６２でアナログスイッチ５５がオ
フすると、リセットノイズ部（プリチャージ相部）の信
号成分２４がクランプされ、補償信号用出力回路５８に
はクランプ容量５６の電位が与えられる。之により補償
出力端子ｔ₅において疑似的な補償出力６３が得られ
る。

【００２１】クランプパルスφ_Cは、上述したようにリ
セットパルスφ_RGよりタイミングジェネレータ５９で発
生すれば、デバイス動作上簡便となる上に、新たなクロ
ックの導入の必要がなく従来の補償出力付き固体撮像装
置と同等に扱うことが可能になる。

【００２２】一方、サンプルホールド回路も、ＣＣＤ信
号出力のリセットノイズを除去する上で有効な手段であ
る。サンプルホールド回路をＣＣＤ固体撮像素子上に加
えることにより、外部回路の簡略化が可能となる。

【００２３】上記２つの機能を同一デバイス上に搭載す
ることには、固体撮像素子を含むシステムの設計の自由
度を挙げるために利点が多い。特に、リニアセンサの市
場では、使用者のニーズに合せてサンプルホールド回
路、疑似補償用出力回路の２つの回路を同一デバイス上
に設けて置くことが望まれている。使用者は自分のニー
ズに合せて、これら２つの回路を適宜選択できることに
なる。

【００２４】従来のＣＣＤ固体撮像素子では、前記２つ
の機能を実現する方法として、図１２に示す構成が採ら
れていた。

【００２５】即ち、このデバイスは、水平転送レジスタ
３４の最終段に接続された光信号出力変換部３７のフロ
ーティング・ディフージョン領域９に順次出力バッファ
回路５２、ＭＯＳトランジスタ等によるアナログスイッ
チ６５とクランプ容量６６からなるサンプルホールド回
路６７及び光信号用出力回路５３が接続され、之より光
信号出力端子ｔ₄が導出される。

【００２６】一方、サンプルホールド回路６７の出力側
に補償信号用のアナログスイッチ５５及び補償信号用の
クランプ容量５６からなる疑似補償用信号発生回路５７
が接続され、疑似補償用信号発生回路５７の出力側に補
償信号用出力回路５８が接続され、之より補償出力端子
ｔ₅が導出される。補償信号用のアナログスイッチ５５
には前述と同様にリセットパルスφ_GRよりタイミングジ
ェネレータ５９で発生させたクランプパルスφ_Cが印加
される。この構成において、疑似補償用信号発生回路５
７を用いてリセットノイズ除去を行うときには、使用者
が端子ｔ₂及びｔ₃に外付けで差分回路４７を接続す
る。このとき、サンプルホールド回路６５のアナログス
イッチ６５はオン状態のままとなり、図１０で説明した
と同様の動作が行われてリセットノイズ除去が行われ
る。また、サンプルホールド回路６５を選択したときに
は、そのサンプルホールド用のアナログスイッチ６５が
サンプルホールドパルスφ_Sにてオン・オフ制御され、
図１３のタイミング波形図で示すように、出力バッファ
回路５２の出力端（Ａ）で得られた、光信号出力４５が
サンプルホールド回路６７に入力され、そのサンプルホ
ールド回路６７の出力端（Ｂ）でサンプリングされた信
号出力６９が得られて、之が光信号出力回路５３を通し
て光信号出力端子ｔ₄より得られる。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の図１２
のＣＣＤ固体撮像素子においては、補償用信号発生回路
５７のアナログスイッチ５５はクランプパルスφ_Cによ
り常に稼動状態にある。従って、サンプルホールド回路
６７を働かせている際に、図１３Ｃに示すように、疑似
補償出力を発生させるためのクランプパルスφ_Cによる
カップリング７０がサンプリングされた信号出力６９に
乗ることになり、信号出力６９のＳ／Ｎが劣化してしま
う。

【００２８】本発明は、上述の点に鑑み、サンプルホー
ルド時のＳ／Ｎを劣化させることなく、補償出力回路と
サンプルホールド回路の両立を可能にした固体撮像素子
を提供するものである。

【００２９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る固体撮像素
子は、固体撮像素子の出力回路中にサンプルホールド回
路７４及び補償出力用出力回路８０を有し、補償出力用
出力回路８０をサンプルホールド回路７４の入力側に接
続して構成する。

【００３０】また、本発明に係る固体撮像素子は、固体
撮像素子の出力回路中にサンプルホールド回路７４及び
補償出力用出力回路８０を有し、かつサンプルホールド
回路７４の使用時に補償出力用出力回路８０を電気的に
切離すスイッチ手段１０６を設けて構成する。

【００３１】

【作用】第１の発明においては、出力信号のリセットノ
イズを除去する手段として、出力回路中にサンプルホー
ルド回路７４と補償出力用出力回路８０の２つの機能を
併せもつ固体撮像素子において、補償出力用出力回路８
０をサンプルホールド回路７４の入力側に接続すること
により、サンプルホールド回路７４を選択して之を動作
させている際に、補償出力用出力回路８０側のスイッチ
ングノイズ即ちいわゆるクロックカップリング９０がサ
ンプルホールド後の出力信号９３に重畳されず、高Ｓ／
Ｎの出力信号が得られる。また、回路構成では、新たな
信号線を加えることなく両機能を両立させることができ
る。

【００３２】また、第２の発明においては、出力信号の
リセットノイズを除去する手段として出力回路中にサン
プルホールド回路７４と補償出力用出力回路８０の２つ
の機能を併せもつ固体撮像素子において、その出力回路
中にサンプルホールド回路７４の使用時に補償出力用出
力回路８０を電気的に切離すスイッチ手段１０６を設け
ることにより、サンプルホールド回路７４を選択したと
きには、スイッチ手段１０６によりサンプルホールド回
路７４と補償用出力回路８０との接続が遮断され、補償
出力用出力回路８０側のスイッチノイズ即ちいわゆるク
ロックカップリングがサンプルホールド後の出力信号９
３に重畳されず、高Ｓ／Ｎの出力信号が得られる。

【００３３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明による固体撮像
素子の一例を説明する。

【００３４】図１は本発明をＣＣＤイメージセンサに適
用した場合の一実施例を示す。本例においても前述と同
様に、マトリックス状に配列された夫々画素となる複数
の受光部３２と、各受光部列の１側に配されたＣＣＤ構
造の垂直転送レジスタ３３と、垂直転送レジスタ３３の
端部に接続されたＣＣＤ構造の水平転送レジスタ３４を
有し、水平転送レジスタ３４の最終段に水平出力ゲート
部８を介してフローティング・ディフージョン領域９、
さらに１画素毎にフローティング・ディフージョン領域
９の信号電荷をリセットするためのリセットゲート部１
３及びリセットドレイン領域１２からなる所謂光信号出
力変換部３７が接続される。

【００３５】しかして、本例においては、フローティン
グ・ディフージョン領域９に例えばソースフォロア回
路、インバータ回路等による出力バッファ回路７１が接
続され、その出力側にＭＯＳトランジスタ等によるアナ
ログスイッチ７２とクランプ容量７３からなるサンプル
ホールド回路７４が接続され、さらにサンプルホールド
回路７４の出力側に例えばソースフォロア回路、インバ
ータ回路等による光信号用出力回路７５が接続されて之
より光信号出力端子ｔ₄が導出される。サンプルホール
ド用のクランプ容量７３の他端は接地される。

【００３６】一方、サンプルホールド回路７４の入力側
にＭＯＳトランジスタ等によるアナログスイッチ７６と
クランプ容量７７からなる擬似的な補償用信号を発生さ
せる回路、即ち疑似補償信号発生回路７８が接続され、
この疑似補償信号発生回路７８に例えばソースフォロア
回路、インバータ回路等による補償信号用出力回路７９
が接続されて之より補償出力端子ｔ₅が導出される。疑
似補償信号発生回路７８と補償信号用出力回路７９とで
補償出力用出力回路８０が構成される。補償信号用のク
ランプ容量７７の他端は接地される。

【００３７】すなわち、本例では、出力回路中にサンプ
ルホールド回路７４と並列に疑似補償信号発生回路７８
が設けられる。

【００３８】補償信号用のアナログスイッチ７６には、
リセットゲートパルスφ_RGよりタイミングジェネレータ
８１で発生されたクランプパルスφ_Cが供給され、この
クランプパルスφ_Cにて補償信号用のアナログスイッチ
７６がオン・オフ動作するようになされる。上記の受光
部３２、垂直転送レジスタ３３、水平転送レジスタ３
４、光信号出力変換部３７、バッファ回路７１、サンプ
ルホールド回路７４、光信号用出力回路７５、疑似補償
信号発生回路７８、補償信号用出力回路７９及びタイミ
ングジェネレータ８１等は同一の半導体チップ８４上に
作られる。

【００３９】次に、かかるＣＣＤイメージセンサ８３の
出力回路の動作を説明する。

【００４０】補償出力用出力回路８０を用いてＣＣＤ出
力信号のリセットノイズ除去を行うときは、使用者が端
子ｔ₄及びｔ₅に外付けで前述したような差分回路４７
（図９参照）を接続する。このとき、サンプルホールド
回路７４のアナログスイッチ７２はオン状態に維持され
る。

【００４１】従って、この場合は、図１１で説明したと
同様に、光信号出力４５が光信号出力端子ｔ₄に出力さ
れると共に、光信号出力４５の一部が疑似補償信号発生
回路７８を経ることにより、リセット期間２１の信号成
分とリセットノイズ部の信号成分２４のみで構成された
疑似的な補償出力６３が補償出力端子ｔ₅に出力され
る。この光信号出力４５と補償出力６３が差分回路４７
に入力され、差分回路４７よりリセットノイズの信号成
分２４が除去されたＣＣＤ出力信号が得られる。

【００４２】次に、サンプルホールド回路７４を選択し
た際には、補償信号用のアナログスイッチ７６がクラン
プパルスφ_Cによって稼動状態であり、図２Ａに示すよ
うに、疑似補償信号発生回路７８で発生するクランプカ
ップリング９０がクランプパルスφ_Cのオフポイント９
１で生じ、このクランプカップリング９０がサンプルホ
ールド回路７４の入力端（Ａ）での光信号出力９２に重
畳する。

【００４３】一方、サンプルホールドパルスφ_Sは図２
Ｃに示すように、サンプルホールド回路７４の入力端
（Ａ）での光信号出力９２のデータ相の信号成分２５に
対してクランプポイントを持ってくるため、クランプカ
ップリング９０との位相が異なる。従って、疑似補償信
号発生回路７８でのクランプ時に発生するクランプカッ
プリング９０は、サンプルホールド回路７４のアナログ
スイッチがオフ時に発生することになり、図２Ｄに示す
ように、サンプルホールド後の信号出力９３（即ちサン
プルホールド回路７４の出力端（Ｂ）での信号出力）に
対して影響を与えない。これにより、クランプカップリ
ング９０を取り除くことができ、サンプルホールド時の
Ｓ／Ｎの劣化が回避できる。即ち、光信号出力端子ｔ₄
からリセットノイズが除去され、且つクランプカップリ
ングが重畳されない高Ｓ／ＮのＣＣＤ信号出力が得られ
る。

【００４４】図３は、本発明をＣＣＤリニアセンサに適
用した場合の他の実施例である。本例においては、１ラ
インに沿って配列された夫々画素となる複数の受光部１
０１と、水平転送レジスタ１０３と、各受光部１０１の
信号電荷を水平転送レジスタ１０３へ読み出す読出しゲ
ート部１０２とを有し、水平転送レジスタ１０３の最終
段に水平出力ゲート部８を介してフローティング・ディ
フージョン領域９、さらにリセットゲート部１３及びリ
セットドレイン領域１２からなる所謂光信号出力変換部
３７が形成される。

【００４５】しかして本例においても、図１で示したと
同様の出力回路が構成される。即ち、フローティング・
ディフージョン領域９に出力バッファ回路７１が接続さ
れ、その出力側にアナログスイッチ７２とクランプ容量
７３からなるサンプルホールド回路７４が接続され、さ
らにサンプルホールド回路７４の出力側に光信号用出力
回路７５が接続されて之より光信号出力端子ｔ₄が導出
される。

【００４６】また、サンプルホールド回路７４の入力側
にアナログスイッチ７６とクランプ容量７７からなる疑
似補償信号発生回路７８が接続されて之より補償出力端
子ｔ ₅が導出される。補償信号用のアナログスイッチ７
６にはリセットゲートパルスφ_RGよりタイミングジェネ
レータ８１で発生させたクランプパルスφ_Cが供給され
る。

【００４７】かかるＣＣＤリニアセンサ９５においても
その出力回路は前述の図１と同様の動作が行われ、特
に、サンプルホールド回路７４を選択した際に、サンプ
ルホールド後の信号出力に疑似補償信号発生回路７８で
のクランプ時に発生するクランプカップリング９０が重
畳されず、高Ｓ／Ｎの信号出力が得られる。

【００４８】上述したように、ＣＣＤ出力信号を読み出
す出力回路上で、ＣＣＤ出力信号に含まれるリセットノ
イズ部の信号を取り除くべくＣＣＤ出力信号自体からＣ
ＣＤ出力信号のリセットノイズ部のみを取り出す疑似補
償用信号発生回路７８を有し、且つＣＣＤ出力信号のサ
ンプルホールド回路７４を有するＣＣＤイメージセンサ
８３又はＣＣＤリニアセンサ９５において、疑似補償信
号発生回路７８と並列にサンプルホールド回路７４を設
けることにより、サンプルホールド回路７４の動作時に
おいて、疑似補償信号発生回路７８でのクランプカップ
リング９０がサンプルホールド後の出力信号に重畳され
ず、高Ｓ／Ｎの出力信号を得ることができる。

【００４９】そして、後述の図３の実施例に比較しても
疑似補償信号発生回路を切離すための特別な信号線を設
ける必要がなく、回路構成を簡単とすることができる。

【００５０】従って、出力信号のＳ／Ｎを劣化させるこ
となく且つ簡便な回路構成をもって、疑似補償信号発生
回路とサンプルホールド回路を両立させたＣＣＤ固体撮
像素子を構成することができ、システムの自由度を上げ
ることが可能になる。

【００５１】図４は、本発明のさらに他の実施例を示
す。図４は出力回路部のみを示し、他の構成は図１又は
図３と同様であるので省略する。本例のＣＣＤ固体撮像
素子１０５においては、水平転送レジスタ３４（又は１
０３）の最終段に、水平出力ゲート部８を介してフロー
ティング・デフィージョン領域９、リセットゲート部１
３及びリセットドレイン領域１２からなる所謂光信号出
力変換部３７が接続される。

【００５２】そして、フローティング・ディフージョン
領域９に出力バッファ回路７１が接続され、その出力側
にアナログスイッチ７２とクランプ容量７３からなるサ
ンプルホールド回路７４が接続され、さらに、サンプル
ホールド回路７４の出力側に光信号用出力回路７５が接
続されて之より光信号出力端子ｔ₄が導出される。

【００５３】一方、サンプルホールド回路７４の出力側
に、疑似補償出力を遮断するためのＭＯＳトランジスタ
等よりなるスイッチ１０６を介して、アナログスイッチ
７６とクランプ容量７７からなる疑似補償信号発生回路
７８が接続され、この疑似補償信号発生回路７８の出力
側に補償信号用出力回路７９が接続されて之より補償出
力端子ｔ₅が導出される。疑似補償信号発生回路７８と
補償信号用出力回路７９とにより補償出力用出力回路８
０が構成される。

【００５４】遮断用スイッチ１０６は端子ｔ₆からの制
御信号によってオン・オフ制御される。補償信号用のア
ナログスイッチ７６にはリセットパルスφ_RGよりタイミ
ングジェネレータ８１で発生されたクランプパルスφ_C
が供給され、このクランプパルスφ_Cにてアナログスイ
ッチ７６がオン・オフ動作するようになされる。

【００５５】かかる構成のＣＣＤ固体撮像素子１０５に
おいては、補償出力用出力回路８０を用いる際、サンプ
ルホールド回路７４のアナログスイッチ７２及び遮断用
スイッチ１０６がオン状態に維持される。従って、図１
２及び図１１で説明したと同様に、端子ｔ₄及びｔ₅に
夫々光信号出力４５及び疑似的な補償出力６３が出力さ
れて、端子ｔ₄及びｔ₅に接続された差分回路４７を介
してリセットノイズ部の信号成分が除去されたＣＣＤ出
力を得ることができる。

【００５６】次に、サンプルホールド回路７４を用いる
際は、遮断用スイッチ１０６がオフ状態となることによ
ってサンプルホールド回路７４と疑似補償信号発生回路
７８の接続が遮断される。これによって、サンプルホー
ルド後の出力信号には疑似補償信号発生回路７８で発生
したクランプカップリングが重畳されず、Ｓ／Ｎのよい
出力信号が得られる。

【００５７】図４の例では遮断用スイッチ１０６を含む
疑似補償信号発生回路７８をサンプルホールド回路７４
の出力側に接続したが、その他、遮断用スイッチ１０６
を含む疑似補償信号発生回路７８をサンプルホールド回
路７４の入力側に接続するようにしてもよい。

【００５８】尚、上例ではＣＣＤ固体撮像素子に適用し
たが、その他、増幅型固体撮像素子、ＭＯＳ型固体撮像
素子の出力回路部に適用することもできる。

【００５９】また、上例では出力バッファ回路７１以後
の出力回路部分即ちサンプルホールド回路７４、光信号
用出力回路７５、疑似補償信号発生回路７８及び補償信
号発生回路７９（図４の例では更に遮断用スイッチ１０
６を含む）を、固体撮像素子と同一の半導体基板（半導
体チップ）上に構成したが、その他、上記の出力バッフ
ァ回路７１以後の出力回路部分を固体撮像素子本体とは
別の半導体基板に形成することもできる。即ち、補償出
力を持たない固体撮像素子に対して、上記出力バッファ
回路以後の構成をもつ回路部を補償出力を持たない固体
撮像素子のＣＣＤ出力に加えるようにしてもよい。但
し、この場合にはＣＣＤ駆動用のクロックパルスを回路
部に加える必要がある。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、出力回路上に補償出力
用出力回路とサンプルホールド回路の２種を有する固体
撮像素子において、そのサンプルホールド回路の動作時
にその出力信号に補償出力用出力回路で発生するクラン
プカップリングが重畳するを阻止することができ、高Ｓ
／Ｎの出力信号が得られる。従って、固体撮像素子とし
てのシステムの自由度を上げることができる。

【００６１】また、補償出力用出力回路をサンプルホー
ルド回路の入力側に接続する場合には、新たな信号線を
加える必要がなく、回路構成が簡単になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体撮像素子をＣＣＤイメージセンサ
に適用した場合の一例を示す構成図である。

【図２】本発明の説明に供するサンプルホールド動作時
の出力波形図である。

【図３】本発明の固体撮像素子をＣＣＤリニアセンサに
適用した場合の他の例を示す構成図である。

【図４】本発明の固体撮像素子のさらに他の例を示す出
力回路部分の構成図である。

【図５】固体撮像素子の電荷−電圧変換部の例を示す断
面図である。

【図６】図５の固体撮像素子のＣＣＤ出力波形図であ
る。

【図７】従来の補償出力端子付きの固体撮像素子の構成
図である。

【図８】図７における光信号出力及び補償出力の波形図
である。

【図９】補償出力端子付の固体撮像素子における回路図
である。

【図１０】従来の疑似補償出力端子付の固体撮像素子の
例を示す構成図である。

【図１１】図１０の説明に供する出力波形及びクロック
タイミング図である。

【図１２】従来のサンプルホールド回路と疑似補償出力
端子付きの固体撮像素子の例を示す構成図である。

【図１３】図１２のサンプルホールド動作時の出力波形
及びクロックタイミング図である。

【符号の説明】

８水平出力ゲート部９フローティング・ディフージョン領域１２リセットドレイン領域１３リセットゲート部３２受光部３３垂直転送レジスタ７１出力バッファ回路７２，７６アナログスイッチ７３，７７クランプ容量７４サンプルホールド回路７５光信号用出力回路７８疑似補償信号発生回路７９補償信号用出力回路８０補償出力用出力回路８１タイミングジェネレータ１０６遮断用スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体撮像素子の出力回路中にサンプルホ
ールド回路及び補償出力用出力回路を有し、上記補償出
力用出力回路が上記サンプルホールド回路の入力側に接
続されて成る固体撮像素子。
【請求項２】固体撮像素子の出力回路中にサンプルホ
ールド回路及び補償出力用出力回路を有し、且つ上記サ
ンプルホールド回路の使用時に上記補償出力用出力回路
を電気的に切離すスイッチ手段を設けて成る固体撮像素
子。