JPH0945887A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPH0945887A JPH0945887A JP7197469A JP19746995A JPH0945887A JP H0945887 A JPH0945887 A JP H0945887A JP 7197469 A JP7197469 A JP 7197469A JP 19746995 A JP19746995 A JP 19746995A JP H0945887 A JPH0945887 A JP H0945887A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＭＯＳ型固体撮像装置で、画素の微細化プロ
セス製作ができ、キャリア伝送ＭＯＳＦＥＴのゲインを
確保することを課題とする。 【解決手段】 画素読み出しにＭＯＳトランジスタを設
け、該ＭＯＳトランジスタのゲートで受けた光信号電荷
による信号電位を、該ＭＯＳトランジスタのドレインよ
り出力する固体撮像装置において、ＭＯＳトランジスタ
のゲート電位変化分と出力電位変化分との比が負である
ことを特徴とする。また、ＭＯＳトランジスタはエンハ
ンスメント型であることを特徴とする。更に、画素読み
出しにＭＯＳトランジスタを設け、ＭＯＳトランジスタ
のゲートで受けた光信号電荷による信号電位をＭＯＳト
ランジスタのドレインより出力する固体撮像装置におい
て、ＭＯＳトランジスタのゲートは画素の出力線電位に
リセットされることを特徴とする。
セス製作ができ、キャリア伝送ＭＯＳＦＥＴのゲインを
確保することを課題とする。 【解決手段】 画素読み出しにＭＯＳトランジスタを設
け、該ＭＯＳトランジスタのゲートで受けた光信号電荷
による信号電位を、該ＭＯＳトランジスタのドレインよ
り出力する固体撮像装置において、ＭＯＳトランジスタ
のゲート電位変化分と出力電位変化分との比が負である
ことを特徴とする。また、ＭＯＳトランジスタはエンハ
ンスメント型であることを特徴とする。更に、画素読み
出しにＭＯＳトランジスタを設け、ＭＯＳトランジスタ
のゲートで受けた光信号電荷による信号電位をＭＯＳト
ランジスタのドレインより出力する固体撮像装置におい
て、ＭＯＳトランジスタのゲートは画素の出力線電位に
リセットされることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＭＯＳトランジスタを用
いた増幅型固体撮像装置に関するものである。
いた増幅型固体撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、固体撮像装置としては、物体から
出た光を受ける数多くのフォトダイオードよりなる受光
面と、受光面に現れた画像を走査して画像信号として取
り出す走査回路と、この受光面と走査回路とをつなぐス
イッチとから構成される。このフォトダイオードの固体
撮像素子には、Ｍ０Ｓ方式とＣＣＤ方式とがあり、ＭＯ
Ｓとは Metal-Oxide-Semiconductorの略で、両方式とも
にＭＯＳ型であり、正確にはＭＯＳ構造ＦＥＴ型とＭＯ
Ｓ構造ＣＣＤ型とがある。
出た光を受ける数多くのフォトダイオードよりなる受光
面と、受光面に現れた画像を走査して画像信号として取
り出す走査回路と、この受光面と走査回路とをつなぐス
イッチとから構成される。このフォトダイオードの固体
撮像素子には、Ｍ０Ｓ方式とＣＣＤ方式とがあり、ＭＯ
Ｓとは Metal-Oxide-Semiconductorの略で、両方式とも
にＭＯＳ型であり、正確にはＭＯＳ構造ＦＥＴ型とＭＯ
Ｓ構造ＣＣＤ型とがある。
【０００３】このＭＯＳ構造ＦＥＴ型のフォトダイオー
ドに蓄積された光キャリアをＭＯＳトランジスタによっ
て取り出し、走査回路に導出して出力する回路例を図４
に示す。即ち、このように、ＭＯＳトランジスタのゲー
トに光信号電荷を蓄積し、ソースフォロワ動作で信号を
読み出す固体撮像装置は、例えば、１９９３ ＩＥＤＭ
Ｐ．５８３ Ｅｒｉｃ Ｒ．Ｆｏｓｓｕｍなどに提案
されている。図４は、このような固体撮像装置の動作を
示すための等価回路図である。同図において、１は単位
画素、２はフォトダイオード、３はソースフォロワで動
作するソースフォロワ用ＭＯＳトランジスタ、４はＭＯ
Ｓトランジスタ３のゲートにフォトダイオード２からの
光信号電荷を転送するための転送用ＭＯＳトランジス
タ、５はＭＯＳトランジスタ３のゲートをリセットする
ためのリセット用ＭＯＳトランジスタ、６は読み出し画
素を走査・選択するための選択用ＭＯＳトランジスタで
あり、上記各符号２，３，４，５，６の各要素によって
画素１が構成されている。
ドに蓄積された光キャリアをＭＯＳトランジスタによっ
て取り出し、走査回路に導出して出力する回路例を図４
に示す。即ち、このように、ＭＯＳトランジスタのゲー
トに光信号電荷を蓄積し、ソースフォロワ動作で信号を
読み出す固体撮像装置は、例えば、１９９３ ＩＥＤＭ
Ｐ．５８３ Ｅｒｉｃ Ｒ．Ｆｏｓｓｕｍなどに提案
されている。図４は、このような固体撮像装置の動作を
示すための等価回路図である。同図において、１は単位
画素、２はフォトダイオード、３はソースフォロワで動
作するソースフォロワ用ＭＯＳトランジスタ、４はＭＯ
Ｓトランジスタ３のゲートにフォトダイオード２からの
光信号電荷を転送するための転送用ＭＯＳトランジス
タ、５はＭＯＳトランジスタ３のゲートをリセットする
ためのリセット用ＭＯＳトランジスタ、６は読み出し画
素を走査・選択するための選択用ＭＯＳトランジスタで
あり、上記各符号２，３，４，５，６の各要素によって
画素１が構成されている。
【０００４】また図４において、７は垂直出力線、８は
定電流源となる負荷用ＭＯＳトランジスタで、ソースフ
ォロワ用ＭＯＳトランジスタ３と負荷用ＭＯＳトランジ
スタ８とでソースフォロワが形成される。さらに、９は
画素のオフセット出力電圧を蓄積するためのオフセット
蓄積容量、１０は画素出力電圧を蓄積するための画素蓄
積容量、１１は画素オフセット出力転送用ＭＯＳトラン
ジスタ、１２は画素出力転送用のＭＯＳトランジスタ、
１３，１４はそれぞれオフセット蓄積容量９，画素蓄積
容量１０に蓄積された電圧を水平出力線１５，１６に転
送するためのＭＯＳトランジスタ、１７は画素出力信号
からオフセット分を差し引くための差動アンプ、１８は
差動アンプ１７の出力端子である。また、φＴＸ，φ
Ｒ，φＳ，φＴ１，φＴ２は、それぞれ、ＭＯＳトラン
ジスタ４，５，６，１１，１２のゲートに入力する制御
パルスを、φＨはＭＯＳトランジスタ１３，１４のゲー
トに入力する水平線出力制御パルスを表わす。また、Ｖ
DD，ＶSS，ＶLはソースフォロワを形成するための電源
電圧を示す。
定電流源となる負荷用ＭＯＳトランジスタで、ソースフ
ォロワ用ＭＯＳトランジスタ３と負荷用ＭＯＳトランジ
スタ８とでソースフォロワが形成される。さらに、９は
画素のオフセット出力電圧を蓄積するためのオフセット
蓄積容量、１０は画素出力電圧を蓄積するための画素蓄
積容量、１１は画素オフセット出力転送用ＭＯＳトラン
ジスタ、１２は画素出力転送用のＭＯＳトランジスタ、
１３，１４はそれぞれオフセット蓄積容量９，画素蓄積
容量１０に蓄積された電圧を水平出力線１５，１６に転
送するためのＭＯＳトランジスタ、１７は画素出力信号
からオフセット分を差し引くための差動アンプ、１８は
差動アンプ１７の出力端子である。また、φＴＸ，φ
Ｒ，φＳ，φＴ１，φＴ２は、それぞれ、ＭＯＳトラン
ジスタ４，５，６，１１，１２のゲートに入力する制御
パルスを、φＨはＭＯＳトランジスタ１３，１４のゲー
トに入力する水平線出力制御パルスを表わす。また、Ｖ
DD，ＶSS，ＶLはソースフォロワを形成するための電源
電圧を示す。
【０００５】図４においては、回路を簡単化して書いて
いるが、垂直出力回路系としての各符号７，８，９，１
０，１１，１２，１３，１４は、実際には複数個並列に
並べられており、また各垂直出力線に接続する画素１も
各垂直出力線上に複数画素が並列に接続され、こうして
各画素は縦横に数十万個並べられている。
いるが、垂直出力回路系としての各符号７，８，９，１
０，１１，１２，１３，１４は、実際には複数個並列に
並べられており、また各垂直出力線に接続する画素１も
各垂直出力線上に複数画素が並列に接続され、こうして
各画素は縦横に数十万個並べられている。
【０００６】次に、図５を用いて、図４のセンサの動作
説明を行なう。最初に制御パルスφＳをＨｉｇｈとして
読み出し画素１の選択を行なった後、制御パルスφＲに
Ｈｉｇｈパルスを入れてソースフォロワ用ＭＯＳトラン
ジスタ３のゲートを電源ＶDDにリセットする。このソー
スフォロワ用ＭＯＳトランジスタ３のオフセット出力電
圧は、制御パルスφT1のＨｉｇｈパルスにより、画素オ
フセット出力転送用ＭＯＳトランジスタ１１がオンとな
り、オフセット蓄積容量９に蓄積される。次に制御パル
スφTXのＨｉｇｈパルスによりフォトダイオード２に蓄
積されている光電荷を転送用ＭＯＳトランジスタ４を通
してソースフォロワ用ＭＯＳトランジスタ３のゲートに
移送する。これにより、ソースフォロワ出力はオフセッ
トに信号を加えたものとなり、それが制御パルスφＴ２
のＨｉｇｈパルスにより、画素出力転送用ＭＯＳトラン
ジスタ１２を通して画素蓄積容量１０に転送される。制
御パルスφSをＬｏｗとして、画素１の読み出し選択を
終えた後は、制御パルスφHのＨｉｇｈパルスにより、
水平線出力用ＭＯＳトランジスタ１３，１４を通してオ
フセット出力と、オフセットに信号を加えた画素出力と
をそれぞれ水平出力線１５，１６に転送し、差動アンプ
１７を通したオフセット分のない信号を端子１８から出
力させる。
説明を行なう。最初に制御パルスφＳをＨｉｇｈとして
読み出し画素１の選択を行なった後、制御パルスφＲに
Ｈｉｇｈパルスを入れてソースフォロワ用ＭＯＳトラン
ジスタ３のゲートを電源ＶDDにリセットする。このソー
スフォロワ用ＭＯＳトランジスタ３のオフセット出力電
圧は、制御パルスφT1のＨｉｇｈパルスにより、画素オ
フセット出力転送用ＭＯＳトランジスタ１１がオンとな
り、オフセット蓄積容量９に蓄積される。次に制御パル
スφTXのＨｉｇｈパルスによりフォトダイオード２に蓄
積されている光電荷を転送用ＭＯＳトランジスタ４を通
してソースフォロワ用ＭＯＳトランジスタ３のゲートに
移送する。これにより、ソースフォロワ出力はオフセッ
トに信号を加えたものとなり、それが制御パルスφＴ２
のＨｉｇｈパルスにより、画素出力転送用ＭＯＳトラン
ジスタ１２を通して画素蓄積容量１０に転送される。制
御パルスφSをＬｏｗとして、画素１の読み出し選択を
終えた後は、制御パルスφHのＨｉｇｈパルスにより、
水平線出力用ＭＯＳトランジスタ１３，１４を通してオ
フセット出力と、オフセットに信号を加えた画素出力と
をそれぞれ水平出力線１５，１６に転送し、差動アンプ
１７を通したオフセット分のない信号を端子１８から出
力させる。
【０００７】以上の動作からわかるように各画素をリセ
ットしたオフセット出力と、リセットされたゲートに加
算される画素信号の出力とを差し引くことができるた
め、各画素出力のばらつきである固定パターンノイズ
も、リセット時に発生するｋＴＣノイズであるランダム
ノイズも含まない信号を得ることができる。
ットしたオフセット出力と、リセットされたゲートに加
算される画素信号の出力とを差し引くことができるた
め、各画素出力のばらつきである固定パターンノイズ
も、リセット時に発生するｋＴＣノイズであるランダム
ノイズも含まない信号を得ることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、１つの画素がフォトダイオードと４つのＭＯ
Ｓトランジスタとで構成され、また画素内にＶDD電源線
とグラウンド線が通るため、高密度画素が必要な用途
で、画素サイズが小さい場合には、開口面積が著しく小
さくなるか、または微細化プロセスを用いても有効な面
積の画素を製作できないという欠点があった。また、電
源ＶDDのレベルにソースフォロワのゲートをリセットす
るため、リセットパルスφＲのＨｉｇｈレベルは電源Ｖ
DDよりさらに高くしなければならず、電圧幅の大きなパ
ルスが必要となる。
来例では、１つの画素がフォトダイオードと４つのＭＯ
Ｓトランジスタとで構成され、また画素内にＶDD電源線
とグラウンド線が通るため、高密度画素が必要な用途
で、画素サイズが小さい場合には、開口面積が著しく小
さくなるか、または微細化プロセスを用いても有効な面
積の画素を製作できないという欠点があった。また、電
源ＶDDのレベルにソースフォロワのゲートをリセットす
るため、リセットパルスφＲのＨｉｇｈレベルは電源Ｖ
DDよりさらに高くしなければならず、電圧幅の大きなパ
ルスが必要となる。
【０００９】さらに、ソースフォロワのゲインは最大１
であるため、蓄積容量９，１０から水平出力線１５，１
６に信号転送される時に容量分割を受けて信号電位が下
がり、水平出力線や、差動アンプのノイズによってＳ／
Ｎが低下しやすいという欠点もあった。
であるため、蓄積容量９，１０から水平出力線１５，１
６に信号転送される時に容量分割を受けて信号電位が下
がり、水平出力線や、差動アンプのノイズによってＳ／
Ｎが低下しやすいという欠点もあった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ため、本発明の固体撮像装置は、画素がフォトダイオー
ドとＭＯＳトランジスタとで構成され、フォトダイオー
ドからの光電荷が移送されるゲートを持つＭＯＳトラン
ジスタは、垂直出力線に接続したＭＯＳトランジスタと
ともに反転アンプを形成することを特徴とする。上記構
成において、信号の読み出しは従来例と同じようにオフ
セット出力と、オフセットに信号が加算された出力との
差分をセンサ出力とする。
ため、本発明の固体撮像装置は、画素がフォトダイオー
ドとＭＯＳトランジスタとで構成され、フォトダイオー
ドからの光電荷が移送されるゲートを持つＭＯＳトラン
ジスタは、垂直出力線に接続したＭＯＳトランジスタと
ともに反転アンプを形成することを特徴とする。上記構
成において、信号の読み出しは従来例と同じようにオフ
セット出力と、オフセットに信号が加算された出力との
差分をセンサ出力とする。
【００１１】具体的には、画素読み出しにＭＯＳトラン
ジスタを設け、該ＭＯＳトランジスタのゲートで受けた
光信号電荷による信号電位を、該ＭＯＳトランジスタの
ドレインより出力する固体撮像装置において、ＭＯＳト
ランジスタのゲート電位変化分と出力電位変化分との比
が負であることを特徴とする。フォトダイオード又はフ
ォトトランジスタの光電荷を読み出す場合に反転増幅型
のＭＯＳトランジスタ回路を用いて、高い出力レベルと
高Ｓ／Ｎの画像信号を得ることができる。
ジスタを設け、該ＭＯＳトランジスタのゲートで受けた
光信号電荷による信号電位を、該ＭＯＳトランジスタの
ドレインより出力する固体撮像装置において、ＭＯＳト
ランジスタのゲート電位変化分と出力電位変化分との比
が負であることを特徴とする。フォトダイオード又はフ
ォトトランジスタの光電荷を読み出す場合に反転増幅型
のＭＯＳトランジスタ回路を用いて、高い出力レベルと
高Ｓ／Ｎの画像信号を得ることができる。
【００１２】また、ＭＯＳトランジスタはエンハンスメ
ント型であることを特徴とする。２ゲート型ＭＯＳトラ
ンジスタではなく、１ゲート型ＭＯＳトランジスタを用
いるためである。
ント型であることを特徴とする。２ゲート型ＭＯＳトラ
ンジスタではなく、１ゲート型ＭＯＳトランジスタを用
いるためである。
【００１３】さらに、画素読み出しにＭＯＳトランジス
タを設け、前記ＭＯＳトランジスタのゲートで受けた光
信号電荷による信号電位を前記ＭＯＳトランジスタのド
レインより出力する固体撮像装置において、ＭＯＳトラ
ンジスタのゲートは画素の出力線電位にリセットされる
ことを特徴とする。ゲートの残留光電荷を消去して正確
な画像信号を得ることができる。また、ＭＯＳトランジ
スタのドレインに定電流源用のＭＯＳトランジスタを接
続したことを特徴とする。電源の供給によって増幅作用
を行なう場合、出力線に定電流を印加する。
タを設け、前記ＭＯＳトランジスタのゲートで受けた光
信号電荷による信号電位を前記ＭＯＳトランジスタのド
レインより出力する固体撮像装置において、ＭＯＳトラ
ンジスタのゲートは画素の出力線電位にリセットされる
ことを特徴とする。ゲートの残留光電荷を消去して正確
な画像信号を得ることができる。また、ＭＯＳトランジ
スタのドレインに定電流源用のＭＯＳトランジスタを接
続したことを特徴とする。電源の供給によって増幅作用
を行なう場合、出力線に定電流を印加する。
【００１４】
（１）第１の実施例 図１は本発明による第１の実施例固体撮像装置の画素を
含む周辺の等価回路図図である。同図において、２０は
フォトダイオード２からの光電荷をそのゲートに受けて
ドレインから信号出力を行なうためのＭＯＳトランジス
タ、２２はＭＯＳトランジスタ２０と反転アンプを形成
するためのＭＯＳトランジスタであり、ＭＯＳトランジ
スタ２２のドレインとゲートは電源ＶDDに接続され、ソ
ースは垂直出力線７に接続している。２１はＭＯＳトラ
ンジスタ２０のゲートを出力線７の電位にリセットする
ＭＯＳトランジスタである。図１において、図４と共通
する部分に関しては同一符号を記して、詳細な説明を省
略する。
含む周辺の等価回路図図である。同図において、２０は
フォトダイオード２からの光電荷をそのゲートに受けて
ドレインから信号出力を行なうためのＭＯＳトランジス
タ、２２はＭＯＳトランジスタ２０と反転アンプを形成
するためのＭＯＳトランジスタであり、ＭＯＳトランジ
スタ２２のドレインとゲートは電源ＶDDに接続され、ソ
ースは垂直出力線７に接続している。２１はＭＯＳトラ
ンジスタ２０のゲートを出力線７の電位にリセットする
ＭＯＳトランジスタである。図１において、図４と共通
する部分に関しては同一符号を記して、詳細な説明を省
略する。
【００１５】図２はＭＯＳトランジスタ２０とＭＯＳト
ランジスタ２２とで構成される反転アンプの入出力特性
を示す図であり、ＭＯＳトランジスタ２１を通してリセ
ットされるＭＯＳトランジスタ２０のゲート電位は反転
アンプの入力電位＝出力電位で決まる電位となる。
ランジスタ２２とで構成される反転アンプの入出力特性
を示す図であり、ＭＯＳトランジスタ２１を通してリセ
ットされるＭＯＳトランジスタ２０のゲート電位は反転
アンプの入力電位＝出力電位で決まる電位となる。
【００１６】以下、本固体撮像装置の動作について説明
する。図１に示すセンサの駆動は図５で示すのと同じパ
ルスタイミングで行なわれる。まず制御パルスφSがハ
イとなり、ＭＯＳトランジスタ２０がオン状態となり第
１のゲート電位が増幅される状態となる。次に制御パル
スφRがハイとなりＭＯＳトランジスタ２１がオンとな
ってＭＯＳトランジスタ２０の第１のゲートが出力線７
と導通する。同時に制御パルスφT1がハイとなってＭＯ
Ｓトランジスタ１１が導通して、ＭＯＳトランジスタ２
０のドレインからの高電位出力が出力線７を通してＭＯ
Ｓトランジスタ２０の第１のゲートの電位が増幅された
オフセット電荷として蓄積容量９に蓄積される。次に制
御パルスφRがローとなり続いて制御パルスφT1がロー
となってリセット処理を終了する。つぎに、制御パルス
φTXと制御パルスφT2がハイとなって、フォトダイオー
ド２の光電荷をＭＯＳトランジスタ４をオンしてＭＯＳ
トランジスタ２０の第１のゲートに転送し、制御パルス
φSがハイのままであるから、同時に該光電荷をＭＯＳ
トランジスタ２０のドレインに出力する。そうして、Ｍ
ＯＳトランジスタ２２は定電流源であるので、ゲート電
圧をＭＯＳトランジスタ２０は所定の増幅度に増幅して
出力線７に出力する。出力線７の増幅された光電荷はＭ
ＯＳトランジスタ１２がオンとなり、蓄積容量１０に増
幅されたオフセット電荷と光電荷が蓄積される。
する。図１に示すセンサの駆動は図５で示すのと同じパ
ルスタイミングで行なわれる。まず制御パルスφSがハ
イとなり、ＭＯＳトランジスタ２０がオン状態となり第
１のゲート電位が増幅される状態となる。次に制御パル
スφRがハイとなりＭＯＳトランジスタ２１がオンとな
ってＭＯＳトランジスタ２０の第１のゲートが出力線７
と導通する。同時に制御パルスφT1がハイとなってＭＯ
Ｓトランジスタ１１が導通して、ＭＯＳトランジスタ２
０のドレインからの高電位出力が出力線７を通してＭＯ
Ｓトランジスタ２０の第１のゲートの電位が増幅された
オフセット電荷として蓄積容量９に蓄積される。次に制
御パルスφRがローとなり続いて制御パルスφT1がロー
となってリセット処理を終了する。つぎに、制御パルス
φTXと制御パルスφT2がハイとなって、フォトダイオー
ド２の光電荷をＭＯＳトランジスタ４をオンしてＭＯＳ
トランジスタ２０の第１のゲートに転送し、制御パルス
φSがハイのままであるから、同時に該光電荷をＭＯＳ
トランジスタ２０のドレインに出力する。そうして、Ｍ
ＯＳトランジスタ２２は定電流源であるので、ゲート電
圧をＭＯＳトランジスタ２０は所定の増幅度に増幅して
出力線７に出力する。出力線７の増幅された光電荷はＭ
ＯＳトランジスタ１２がオンとなり、蓄積容量１０に増
幅されたオフセット電荷と光電荷が蓄積される。
【００１７】その後、制御パルスφSがローとなり、Ｍ
ＯＳトランジスタ２０の動作がオフし、次に制御パルス
φHがハイとなり、ＭＯＳトランジスタ１３，１４がオ
ンとなり、蓄積容量９，１０の増幅されたオフセット電
荷と光電荷が垂直出力線１５，１６に出力し、差動アン
プ１７にて両出力線１５，１６の各電荷の差を取って増
幅され、オフセット電位をキャンセル削除され、増幅さ
れた真の光電荷分の画像信号を出力端子１８から出力さ
れる。
ＯＳトランジスタ２０の動作がオフし、次に制御パルス
φHがハイとなり、ＭＯＳトランジスタ１３，１４がオ
ンとなり、蓄積容量９，１０の増幅されたオフセット電
荷と光電荷が垂直出力線１５，１６に出力し、差動アン
プ１７にて両出力線１５，１６の各電荷の差を取って増
幅され、オフセット電位をキャンセル削除され、増幅さ
れた真の光電荷分の画像信号を出力端子１８から出力さ
れる。
【００１８】上記の一垂直出力は他の垂直出力線につい
ても同様に走査され、また不図示の水平出力線について
も同様な走査が繰り返され、縦横に配列された画素の光
電荷を順次出力することで、イメージセンサ又はエリア
センサの画像出力信号を出力することができる。
ても同様に走査され、また不図示の水平出力線について
も同様な走査が繰り返され、縦横に配列された画素の光
電荷を順次出力することで、イメージセンサ又はエリア
センサの画像出力信号を出力することができる。
【００１９】本発明においては、ＭＯＳトランジスタ２
０のゲート電位変化分とドレイン出力電位変化分との比
が負となり、図４で示す従来例と比べて出力は反転する
が、反転アンプゲインを１以上にとることができ、差動
アンプ等の回路から入る種々のノイズによるＳ／Ｎの低
下は小さく抑えられる。また、ＭＯＳトランジスタ２
０，２２の増幅型とし、ＭＯＳトランジスタ２２を定電
流源として動作させているので、ＭＯＳトランジスタの
構成を低電圧動作構造とすることにより低電圧駆動の固
体撮像装置とすることも可能である。
０のゲート電位変化分とドレイン出力電位変化分との比
が負となり、図４で示す従来例と比べて出力は反転する
が、反転アンプゲインを１以上にとることができ、差動
アンプ等の回路から入る種々のノイズによるＳ／Ｎの低
下は小さく抑えられる。また、ＭＯＳトランジスタ２
０，２２の増幅型とし、ＭＯＳトランジスタ２２を定電
流源として動作させているので、ＭＯＳトランジスタの
構成を低電圧動作構造とすることにより低電圧駆動の固
体撮像装置とすることも可能である。
【００２０】また、従来に比べて画素にＶDD電源線が通
らないので、画素部分における微細画素作成の困難が緩
和され、開口面積を従来画素に比べて大きくとりやす
く、この点でもＳ／Ｎを向上することができ、高品質の
画像信号を得ることができる。
らないので、画素部分における微細画素作成の困難が緩
和され、開口面積を従来画素に比べて大きくとりやす
く、この点でもＳ／Ｎを向上することができ、高品質の
画像信号を得ることができる。
【００２１】（２）第２の実施例 図３は、本発明の第２の実施例による固体撮像装置の１
画素と周辺を含む等価回路図である。同図において、２
３は出力線７を接地するためのスイッチ用ＭＯＳトラン
ジスタであり、ＭＯＳトランジスタ２３のゲートに印加
されるパルス制御パルスφVCによってスイッチが制御さ
れる。ＭＯＳトランジスタ２２のゲートは制御パルスφ
Lで制御される。第２の実施例においては画素からの読
み出し選択用のＭＯＳトランジスタがなく、反転アンプ
用ＭＯＳトランジスタ２０のドレインが出力線７と直接
接続されている。このため、読み出しを行なわない画素
のＭＯＳトランジスタ２０はオフしていなければならな
い。このため制御パルスφLをローとしてＭＯＳトラン
ジスタ２２をオフし、制御パルスφVCをハイとしてＭＯ
Ｓトランジスタ２３をオンして出力線７を接地し、この
状態で制御パルスφRのハイパルスによりリセット用Ｍ
ＯＳトランジスタ２１を通してＭＯＳトランジスタ２０
のゲートを接地してリセットする。ＭＯＳトランジスタ
２０はゲート・ソース電圧がゼロで非導通のエンハンス
メントとなるように作られており、読み出しを行なわな
い画素即ち非選択画素の反転アンプＭＯＳ２０のゲート
電位を０Ｖ（ＧＮＤ）としたときに反転アンプＭＯＳ２
０を完全にオフしておく必要があるために、非選択画素
からの出力はなくなる。次に制御パルスφVCをローと
し、制御パルスφLをハイとした状態で、読み出し画素
の選択、読み出しを図５のタイミングに従って行なう。
画素と周辺を含む等価回路図である。同図において、２
３は出力線７を接地するためのスイッチ用ＭＯＳトラン
ジスタであり、ＭＯＳトランジスタ２３のゲートに印加
されるパルス制御パルスφVCによってスイッチが制御さ
れる。ＭＯＳトランジスタ２２のゲートは制御パルスφ
Lで制御される。第２の実施例においては画素からの読
み出し選択用のＭＯＳトランジスタがなく、反転アンプ
用ＭＯＳトランジスタ２０のドレインが出力線７と直接
接続されている。このため、読み出しを行なわない画素
のＭＯＳトランジスタ２０はオフしていなければならな
い。このため制御パルスφLをローとしてＭＯＳトラン
ジスタ２２をオフし、制御パルスφVCをハイとしてＭＯ
Ｓトランジスタ２３をオンして出力線７を接地し、この
状態で制御パルスφRのハイパルスによりリセット用Ｍ
ＯＳトランジスタ２１を通してＭＯＳトランジスタ２０
のゲートを接地してリセットする。ＭＯＳトランジスタ
２０はゲート・ソース電圧がゼロで非導通のエンハンス
メントとなるように作られており、読み出しを行なわな
い画素即ち非選択画素の反転アンプＭＯＳ２０のゲート
電位を０Ｖ（ＧＮＤ）としたときに反転アンプＭＯＳ２
０を完全にオフしておく必要があるために、非選択画素
からの出力はなくなる。次に制御パルスφVCをローと
し、制御パルスφLをハイとした状態で、読み出し画素
の選択、読み出しを図５のタイミングに従って行なう。
【００２２】すなわち、制御パルスφVCをローとし、制
御パルスφLをハイとした状態で、エンハンスメント型
ＭＯＳトランジスタ２０が導通し、制御パルスφT1がハ
イとなり、反転アンプ用ＭＯＳトランジスタ２０にて増
幅されたオフセット電位を蓄積容量９に蓄積し、つぎ
に、制御パルスφTXをハイとして転送用ＭＯＳトランジ
スタを導通し、及び制御パルスφT2をハイとして、増幅
された光電荷とオフセット電位とを蓄積容量１０に蓄積
し、制御パルスφHをハイとして各蓄積容量９，１０の
蓄積電荷を垂直出力線１５，１６に出力し、差動アンプ
１７にて両出力線１５，１６の各電荷の差を取って増幅
し、オフセット電位を削除して、増幅された真の光電荷
分の画像信号を出力端子１８から出力される。
御パルスφLをハイとした状態で、エンハンスメント型
ＭＯＳトランジスタ２０が導通し、制御パルスφT1がハ
イとなり、反転アンプ用ＭＯＳトランジスタ２０にて増
幅されたオフセット電位を蓄積容量９に蓄積し、つぎ
に、制御パルスφTXをハイとして転送用ＭＯＳトランジ
スタを導通し、及び制御パルスφT2をハイとして、増幅
された光電荷とオフセット電位とを蓄積容量１０に蓄積
し、制御パルスφHをハイとして各蓄積容量９，１０の
蓄積電荷を垂直出力線１５，１６に出力し、差動アンプ
１７にて両出力線１５，１６の各電荷の差を取って増幅
し、オフセット電位を削除して、増幅された真の光電荷
分の画像信号を出力端子１８から出力される。
【００２３】上記実施例では、１フォトダイオードで検
出された光電荷を出力する１画素の動作について説明し
たが、ラインセンサとする場合は１ライン分の複数の画
素を並べて配列し、順次垂直出力線を走査することで１
ライン分の画像信号を得ることができ、またエリアセン
サとする場合は縦横にそれぞれ複数個の画素を配列し、
各水平ラインと各垂直ラインを順次走査して、２次元の
画像信号を得ることができる。
出された光電荷を出力する１画素の動作について説明し
たが、ラインセンサとする場合は１ライン分の複数の画
素を並べて配列し、順次垂直出力線を走査することで１
ライン分の画像信号を得ることができ、またエリアセン
サとする場合は縦横にそれぞれ複数個の画素を配列し、
各水平ラインと各垂直ラインを順次走査して、２次元の
画像信号を得ることができる。
【００２４】このような第２の実施例の構成によれば、
従来例と比べて、画素にはＶDD電源線がない上、画素中
のＭＯＳトランジスタは反転アンプ用、転送用、及びリ
セット用の３つとなり、微細画素を作る上で、製作の容
易さ、開口部の広さといった点で従来に比べて非常に有
利となる。
従来例と比べて、画素にはＶDD電源線がない上、画素中
のＭＯＳトランジスタは反転アンプ用、転送用、及びリ
セット用の３つとなり、微細画素を作る上で、製作の容
易さ、開口部の広さといった点で従来に比べて非常に有
利となる。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ゲインを１以上に設定できる反転アンプ用のＭＯＳトラ
ンジスタで画素の出力を行なうようにしているため、従
来の増幅型ＭＯＳセンサと比べてセンサ出力電位を大き
くとれるため、Ｓ／Ｎの低下を抑えるのに有効である。
さらに、従来の画素構成に比べて、電源線を設けず、Ｍ
ＯＳトランジスタ数を減らすことができ、微細画素の用
途に対して製造が容易となり、かつ開口面積を広くとれ
るのでＳ／Ｎが向上する。
ゲインを１以上に設定できる反転アンプ用のＭＯＳトラ
ンジスタで画素の出力を行なうようにしているため、従
来の増幅型ＭＯＳセンサと比べてセンサ出力電位を大き
くとれるため、Ｓ／Ｎの低下を抑えるのに有効である。
さらに、従来の画素構成に比べて、電源線を設けず、Ｍ
ＯＳトランジスタ数を減らすことができ、微細画素の用
途に対して製造が容易となり、かつ開口面積を広くとれ
るのでＳ／Ｎが向上する。
【図１】本発明の第１の実施例を示す等価回路図であ
る。
る。
【図２】本発明の画素のリセット電位を決める入出力特
性図である。
性図である。
【図３】本発明の第２の実施例を示す等価回路図であ
る。
る。
【図４】従来例の固体撮像装置の等価回路図である。
【図５】本発明及び従来例の画素の駆動方法を示すパル
スタイミング図である。
スタイミング図である。
１ 画素 ２ フォトダイオード ３，４，５，６ ＭＯＳトランジスタ ７ 出力線 ８ ＭＯＳトランジスタ ９，１０ 蓄積容量 １１，１２ ＭＯＳトランジスタ １３，１４ ＭＯＳトランジスタ １５，１６ 出力線 １７ 差動アンプ １８ 出力端子 ２０，２１，２２，２３ ＭＯＳトランジスタ
Claims (4)
- 【請求項１】 画素読み出しにＭＯＳトランジスタを設
け、該ＭＯＳトランジスタのゲートで受けた光信号電荷
による信号電位を、該ＭＯＳトランジスタのドレインよ
り出力する固体撮像装置において、 前記ＭＯＳトランジスタのゲート電位変化分と出力電位
変化分との比が負であることを特徴とする固体撮像装
置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の固体撮像装置におい
て、前記ＭＯＳトランジスタはエンハンスメント型であ
ることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項３】 画素読み出しにＭＯＳトランジスタを設
け、前記ＭＯＳトランジスタのゲートで受けた光信号電
荷による信号電位を前記ＭＯＳトランジスタのドレイン
より出力する固体撮像装置において、 前記ＭＯＳトランジスタのゲートは画素の出力線電位に
リセットされることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項４】 請求項３に記載の固体撮像装置におい
て、前記ＭＯＳトランジスタのドレインに定電流源用の
ＭＯＳトランジスタを接続したことを特徴とする固体撮
像装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19746995A JP3149126B2 (ja) | 1995-08-02 | 1995-08-02 | 固体撮像装置 |
| EP96305640A EP0757475B1 (en) | 1995-08-02 | 1996-07-31 | Solid-state image sensing device with common output line |
| ES96305640T ES2211937T3 (es) | 1995-08-02 | 1996-07-31 | Dispositivo sensor de imagenes de estado solido con linea de salida comun. |
| DE69631356T DE69631356T2 (de) | 1995-08-02 | 1996-07-31 | Halbleiter-Bildaufnehmer mit gemeinsamer Ausgangsleistung |
| US08/690,935 US5698844A (en) | 1995-08-02 | 1996-08-01 | Solid-state image sensing device and method of controlling the solid-state image sensing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19746995A JP3149126B2 (ja) | 1995-08-02 | 1995-08-02 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0945887A true JPH0945887A (ja) | 1997-02-14 |
| JP3149126B2 JP3149126B2 (ja) | 2001-03-26 |
Family
ID=16375014
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19746995A Expired - Fee Related JP3149126B2 (ja) | 1995-08-02 | 1995-08-02 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3149126B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11284910A (ja) * | 1998-03-31 | 1999-10-15 | Toshiba Corp | 固体撮像装置および固体撮像装置の駆動方法 |
| JP2002247451A (ja) * | 2001-02-21 | 2002-08-30 | Canon Inc | 撮像装置 |
| CN112102767A (zh) * | 2020-10-14 | 2020-12-18 | 南京中电熊猫液晶显示科技有限公司 | 一种像素电路及其补偿方法 |
-
1995
- 1995-08-02 JP JP19746995A patent/JP3149126B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11284910A (ja) * | 1998-03-31 | 1999-10-15 | Toshiba Corp | 固体撮像装置および固体撮像装置の駆動方法 |
| JP2002247451A (ja) * | 2001-02-21 | 2002-08-30 | Canon Inc | 撮像装置 |
| CN112102767A (zh) * | 2020-10-14 | 2020-12-18 | 南京中电熊猫液晶显示科技有限公司 | 一种像素电路及其补偿方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3149126B2 (ja) | 2001-03-26 |
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