JPS6187465A - 固体撮像素子 - Google Patents

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】 〔技術分野〕 本発明は密着型−次元固体撮像素子の駆動回路及び信号
回路、並びその駆動方法に関する。

〔従来技術〕

近年、ビデオカメラ等に用いられる二次元固体撮像素子
、ファクシミリ等に利用される一次元固体撮像素子の需
要が急速に高まっている。特に、−次元固体撮像素子に
おいて、ファクシミリ等装置の小型化、薄型化を推し進
める事が可能な原稿中と同一寸法の密着型−次元固体撮
像素子の開発が進められており、なかでも非晶質シリコ
ン（α−８ｉ）光センサーと多結晶シリコン薄膜トラン
ジスタ（ＴＰＴ）の駆動回路を同一基板上に集積化した
密着型−次元固体撮像素子が有望視されている。

該密着型−次元固体撮像素子は該素子長、Ａ４版サイズ
で約２１７閣という寸法のため固体撮像素子として重要
な基本性能読み取り速１ｉ１Ｓ／Ｎ比、光感度等以外に
、以下の問題点が内在している。

（１）　　素子面積が大きいため、一基板上の素子数（
収率）が低くい。

（２）　　素子面積が大きいため、パターン精度を小さ
くする事が困難であり、素子中を小さくできない。この
ためコスト高となっていた。

第１図に従来縮小光学系を用いた素子長の短かい一次元
の固体撮像素子の回路図を示す。

該固体撮像素子はフォトダイオード（ｐ１〕及びＭＯＳ
スイッチ（Ｑ、）がライン状に配列されており、ＭＯＳ
スイッチの共通端が出力信号想Ｓ工Ｇとなっている。こ
の出力信号１１ｉｉ！　Ｓ工ＧはＭＯＳスイッチＱＤＯ
を介して電源Ｅに接続されており、この出力信号線Ｓ工
Ｇの信号が、プリアンプへ印加される。また、１はイン
バータ、２はクロック・ド・ゲート・インバータ、５は
ノア（Ｎ。

Ｒ）ゲートであり、インバータ１．及び２個のクロック
・ド・インバータ２よりマスタースレーブ型シフトレジ
スタはＩ４成されている。スタートパルスＳＰ及び、ク
ロックパルスφ、７に従ってＭＯＳスイッチ（Ｑｌ　）
を順次オンオフ制御する。

第２図は第１図における従来の固体撮像素子の回路例の
駆動波形及び、出力波形を示したものでアル。クロック
パルスφ、φ及びスタートパルスｓｐに従って選択パル
ス３！　　＋　Ｓ！＋　”３　　＋　８４がＭＯＳスイ
ッチ（Ｑｌ）に印加される。出力信号勝Ｓ工Ｇには斜線
部のような出力信号が取り田畑れ、ディスチャージクロ
ックパルスφＤＯによって、電諒兄の電位までリセット
される。

この回路の欠点は、インバータ１とクロック・ド・ゲー
ト・インバータ２によるシフ）レジスタの出力をノアゲ
ート５を通してＭＯＳスイッチ（Ｑｉ　　）に印加する
ため、素子数が増え、集積度が低下し、コスト上昇の原
因となる。ノアゲート３のスレッシ日ルドレベルにより
ては隣接造択ハルス間にクロスオーバが生じ、瞬接画素
信号にクロストークが生じる原因となる。クロックパル
スφ、７の早発の周期のディスチャージクロックパルス
φＤｏ　　が必要であり高速読み出しがむずかしい。読
み出し速度が高速になる場合はＭＯＳスイッチＱＤＯが
大きくなり、出力信号ｉｔｓ工Ｇとディスチャージクロ
ックパルスの容量結合が増大し、雑音除去がむずかしく
なる。（Ｓ工Ｇの電源Ｅよリマイナス側への立ちくだり
はこの影響である。

前記欠点はＭＯＳ）ランジスタに限らず、たとえば多結
晶シリコンＴＰＴ駆動回路を持つ密着型−次元固体撮像
素子も同様であり、特に、前述した様に、一画素あたり
のトランジスタ数の増加による素子面積の増大はパター
ンルールの大きな密漸型−次元固体撮像素子ではより問
題となる。このため、第５因に示す固体撮像素子の駆動
回路が提案されている。該固体撮像素子の駆動回路はマ
スタースレーブ型シフトレジスタ３１．５２及びインバ
ータ３６によって購成され、マスター側出力によって駆
動される信号読出回路と、スレーブ側出力によって駆動
される信号読出回路と二系統の出力信号線を有し、信号
電荷のリセットは、二系統の出力信号線において、交互
に行われるようにしたものであり、該駆動回路は多結晶
シリコンＴ’ＦＴにより形成されている。又、奇数番目
の多結晶シリコンＴＰＴスイッチＱ’Ｌ　　＋　Ｑ’ａ
・・・・・・。

の共通対が出力信号Ｉ腺Ｓ工Ｇ１となり、多結晶シリコ
ンＴＰＴスイッチＱＤＯ，を介して電源Ｅ　Ｋ　？ｄ続
され、偶舷番目の多結晶シリコンＴＰＴスイッチＱ’！
、Ｑ−・・・・・・、の共通端が出力信号ａＳ工Ｇ２と
なり、多結晶シリコンＴＦ’ｌ’スイッチＱＤＯ，を介
して電源ＥＫ接辰されている。奇数番目の多結晶シリコ
ンＴＰＴスイッチＱ　’Ｉ＋　Ｑ’ｓ　・・・・・・、
はシフトレジスタのスレーブ側出力に順次オンオフ制御
される。又、該スイッチは各々ｌ；　−８ｉフォトダイ
オードｎ／、　、Ｄ’、　ｌ・・・・・・、に接続され
る。又、出力信号ｔａ　Ｓ工Ｇ１１Ｓ工Ｇ２の信号がそ
れぞれプリアンプに印加される。又、第１図と同一部分
は同一符号が付されている。

第４因は第５図における従来の固体撮像装置の駆動波形
及び、出力波形を示したものである。クロックパルスφ
、７及びスタートパルス５ｐｌｃ庇って遺灰パルス”ｌ
’　　ｌ　Ｓ１’　　＊　”！’　　＋　”４′が多結
晶シリコンＴＰＴスイッチ（Ｑｌ）に印加される。出力
信号線Ｓ工Ｇ１．Ｓ工Ｇ２には斜線部のような出力信号
が取り出され、それぞれクロックパルス７、φによって
、ｍ源ｘの電位までリセットされる。該固体撮像素子の
回路を前記密沿型−次元固体撮像素子等に適用する事に
より、一画素あたりのトランジスタ数の低減が可能であ
るが、出力信号ｉｓ工Ｇ１．Ｓ工Ｇ２それぞれに、別個
の２系列の外部信号処理回路を必要としコスト上昇につ
ながる。又、密着型−次元固体撮像素子の様に信号線Ｓ
工Ｑ１．Ｓ工Ｇ２の配線が長い場合、浮遊容量が増し、
高速の読み出しで高Ｓ　／　Ｎ比を離係するのが難しい
等の欠点を有している。

〔目的〕

従って、本発明は固体撮像装置≦の駆動回路及び、信号
読出回路の改善により、トランジスタ数を減少させ、コ
ストを下げること、また従来よりも高速な信号読み出し
が可能となるようにすること、さらに出力信号の信号対
雑音比を改善し、外部出力信号処理回路を１系統としコ
ストを下げることを目的としたものである。

〔概要〕

本発明の密着型−次元固体撮像素子はインバータ及び２
個のクロツク・ド・インバータより構成されるマスター
スレーブ型シフトレジスタに−ＪＡ動回路、並びに該駆
動回路出力によってオン・オフされるスイッチアレイ及
び該スイッチに直列に接続される元センサーアレイ、並
びに頷信号出力を電流検出するための低インピーダンス
のプリアンプから成り、該信号出力を同−出方信号線に
導き、スイッチのスイッチングノイズを低減せしめると
同時に、スイッチ抵抗Ｒ及び光センサー容量ｃの積、す
なわち、時定数ａｘｅをクロックパルス周期の５分の１
以下にしたものである。

以下に、本発明について従来例と対比しながらさらに詳
しく特徴を説明する。

（１）　　従来１信号紛、スイッチＱ”ＩＱ”＋　ＩＱ
”０１等の浮遊容量のため、読み出し速度が該容置のた
め制限されていた。本発明は信号処理回路の初段を低イ
ンピーダンスプリアンプ構成とする事により、信号線上
の信号出力を従来の電圧出力から電流出力と変える事に
より、信号線の浮遊容量を低減せしめると同時にスイッ
チＱＤＯ，ＱＤｏ。

、にＬＤＯ，を除去させた。又読み出し速度は各画素の
８０時定数によりて制限される事になり、従来のものよ
り高速読み出しが可能となる。

（２）　　このとき、従来、前記電圧出力では途択され
たスイッチのスイッチングノイズはＶＱ回路からの選択
パルスの立ち上り及び立ち下がりで発生するスイッチン
グノイズが逆相となるため打ち消される。本発明ではマ
スタースレーブ型シフトレジスタ駆動回路によりて発生
するある画素の選択パルスの立ち上り時間が二画素前の
選択パルスの立ち下がり時間と同一である事を利用して
スイッチングノイズを打ち消す。

（３）　　このため、従来、マスタースレーブ型シフト
レジスタを駆動回路とする場合、信号？ｉＡが二系列安
し、又、信号処理回路も二系列必安でめったが、本発明
では一系列で良い。

（４）　マスタースレーブ型シフトレジスタだけの駆動
回路のため、累子巾を大幅に減少でき、コストが低減で
きる。

Ｃ’Ａ施例〕 以下、本発明の実施例について１囲を用いて説明する。

第５図は本発明の実施例の回路図であり、第３図と同一
部分は同一符号が付されている。本発明の駆動回路はマ
スタースレーブ型シフトレジスタ３１．５２及びインバ
ータｓ３によって構成され、又、多結晶シリコンＴＰＴ
スイッチＱ’ｒ　＋　ＱＺ、Ｑ１０・・・・・・、の共
通端は出力信号線Ｓ工Ｇ３となり、該信号線は低インピ
ーダンスのプリアンプに接続されており、信号崖は見か
け上のグランドレベルとなっている。しかし、本発明は
これに限るものでなく、該スイッチに比して、低インピ
ーダンスならば良い。又、α−８ｉ７オトダイオードの
共辿緬は′−源Ｅに接続されている。又、多結晶シリコ
ンＴＰＴのオン抵抗は２００にΩであり、α−５ｉフオ
トダイオードはα８Ｆ？であり、時定数は１６０％Ｓで
ある。

第６図は第５図における本発明の実施例である誓′Ｍ型
−次元固体撮像慝子の駆動波形、出力波形を示した。ク
ロックパルスφ、７及びスタートパルスｓｐに従って選
択パルスＢｆ、、Ｂつ、ＢＩ、　、　ｓ／。

・・・・・・カ多結晶シリコンＴＰＴスイッチＱ　’１
＋　Ｑ　’２　＋”＄＋Ｑ’４・・・・・・に印加され
る。見かけ上のグランドレベルである出力信号線Ｓ工Ｎ
３には斜線部のような出力信号が取り出される。このと
き、たとえば選択パルス３１．の立ち上りによるスイッ
チＱ’ｓのスイッチングノイズは選択パルスＢ１１　の
立ち下がりによるスイッチＱ１　のスイッチングノイズ
と逆相であるため、打ち消される。このため、前記時定
数１６０ｎｅに比して本実施例のクロックパルス６．７
の周期（＝２μＢ）の１０倍以上長いため、４０（ＬＢ
以上の高Ｓ　／　１１比が１μＢ／ｂｉｔの高速読み出
しで得られた。又、二値読み出しならばクロックパルス
周期の５分の１．（Ｌ４μＢ／ｂｉｔ程度の高速読み出
しが可能であり、これはファクシミリ規格の０１Ｍモー
ド（＜、　２．　ｓ　４／１）ｉｔ　）　　に十分対応
するものである。

〔効果〕

本発明の密着型−次元固体撮像素子は、マスタースレー
ブ型シフトレジスタＦｊｉＡ勧回路により素子中の減少
並びに出力信号線を一本にする事により、信号処理回路
を一系統に減少でき、コストの低減がはかれる。又、該
出力信号線に低インピーダンスのプリアンプを接続する
事により、電流信号読み出し方式を用いた事により、各
スイッチ菓子のスイッチングノイズを低減せしめ、同時
に譲スイッチ素子と光センサーのＲｅ時走りによって制
限される程屍の読み出しの高速化がはかれ有用である。

以上、本発明の密層″型−次元固体撮像素子はファクシ
ミリ、デジタルファクシミリ、デジタルコピア−２画像
・文字等の入力装置、電子メール等に利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の縮小光学系を用いる一次元固体撮像素子
の回路図、第２図は従来の固体撮像素子の動作波形図、
ｍ　ｓ図は従来の密：ｌｋ型−次元固体撮像素子の実施
例の回路図、第４図は従来の固体撮像素子の実施例の動
作波形図、第５図は不発明の密着型−次元固体撮像素子
の実施例の回路図、第６図は本発明の固体撮像素子の実
施例の動作波形図である。 Ｄ、、Ｄ２　、Ｄ、、Ｄ、・・・、・・・・・・フォト
ダイオード ”Ｉ　＊　”ｔ　＋　”＊　＊　Ｄ’４・・・、　・・
・・・・α−８ｉ７オトダイオード Ｓ工Ｇ、Ｓ工Ｇ１．Ｓ工Ｇ２．Ｓ工Ｇ５・・・・・・出
力信号線 ｃＬ”　’　＋　Ｑ４　＋　Ｑｔ　＋Ｑｓ　＊Ｑ４”・
＋　・”　・・・Ｍ　Ｏｉ９　Ｘ　イ７チ Ｑ”Ｌ　　＠Ｑ”ｔ　　＋Ｑ’　　＊Ｑｔ　＊Ｑ　ｓ　
　＋Ｑ　４・・・、・・・・・・多結晶シリコンＴＰＴ
スイッチ Ｅ・・・・・・電源 １．３１．５５・・・・・・インバータ２．５２・・・
・・・クロック・ゲート・インバータ５・・・・・・ノ
アゲート ＳＰ・・・・・・スタートパルス φ、７・・・・・・クロックパルス ｓ、、ｓ、　ｓＳａ、ｓ、　、＋・・、ｓ’、　＋Ｂ’
ｌ　＋８’３　＋８’４・・・・・・選択パルス 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）駆動回路及び該駆動回路によって順次選択される
   スイッチアレイ及び該各々スイッチに直列に接続される
   光センサーから成る固体撮像素子において、該駆動回路
   がマスタースレーブ型シフトレジスタ（３１、３２）か
   ら成り、かつ該駆動回路の選択パルス（Ｓ＿１′、Ｓ＿
   ２′、Ｓ＿３′）によって選択される光センサー出力信
   号を同一出力信号線上に導き、かつ該スイッチのオン抵
   抗と光センサー容量の積を該選択パルス巾の５分の１以
   下とした事を特徴とした固体撮像素子。