JP2006147708A - 撮像デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】光受光素子の電荷蓄積効果による残像を低減する。
【解決手段】画像セルＣａは、フォト・ダイオードＰＤと２つのトランジスタＴ１，Ｔ２とから構成される。フォト・ダイオードＰＤは、アノードがグランドＧＮＤに接続され、カソードが第１トランジスタＴ１に接続される。第１トランジスタＴ１は、ソースがフォト・ダイオードＰＤのカソードに接続され、ドレインが行選択線に接続され該行選択線を介して駆動信号が供給され、ゲートが第１高電位電源に接続され、サブ・スレッショルド領域で動作する。第２トランジスタＴ２は、ゲートがフォト・ダイオードＰＤと第１トランジスタＴ１との間のセンスノードに接続され、ドレインが第２高電位電源に接続され、ソースが列信号線に接続される。行方向及び列方向に配列された４つの画像セルＣａの第１配置点Ｏ１には第１トランジスタＴ１が形成され、第２配置点Ｏ２には第２トランジスタＴ２が形成される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、撮像デバイスに関するものである。

従来、種々の画像データを取得するために、ＭＯＳ型の撮像デバイスが用いられている。この種の撮像デバイスは、フォト・ダイオードのｐｎ接合容量に蓄積した電荷をＭＯＳ型のトランジスタ（例えば、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ））を介して読み出すようになっている。

一般に、ＭＯＳ型等の撮像デバイスは、撮影に用いられるネガ・フィルムに比べてラティテュード、即ちダイナミック・レンジが狭いと言われている。ラティテュードが狭いことは、画像の暗い部分が黒い画素データとして記録され、画像の明るい部分が白い画素データとして記録される。

このダイナミック・レンジを拡大する技術として、対数変換型の撮像デバイスがある（例えば、特許文献１，非特許文献１参照）。例えば、特許文献１に開示された画像セルは、光受光素子を第１のＭＯＳトランジスタの一方の端子と第２のＭＯＳトランジスタのゲート端子との間に接続され、第１のＭＯＳトランジスタの他方の端子は電圧供給源の一方の電極に接続されている。そして、サブ・スレッショルド領域にて動作する第１のＭＯＳトランジスタにより画像セル中で対数変換を行い、その変換結果を出力する。
米国特許５６０８２０４号明細書 映像メディア学会誌、Ｖｏｌ．５４、Ｎｏ．２、ｐｐ．２２４−、２０００年

ところが、上記の特許文献１と非特許文献１に開示された撮像デバイスは、明暗の差が大きくその明点が移動する場合、光受光素子に流れる光電流（入射光量に応じて流れる電流）が小さい方に急激に変化した画像セルにおいて、対数変換の応答速度によって光受光素子に蓄積された電荷が残存する。このように電荷が残留した状態で撮像動作が行われるため、残像現象が生じるという問題がある。

この発明は、光受光素子の電荷蓄積効果による残像を低減することを目的とする。

この発明による撮像デバイスは、矩形状の領域に形成され、光受光素子と１導電チャネル型のトランジスタを備え、入射光量に応じて対数特性を持つ信号を出力する撮像デバイスであって、第１端子が第１電源に接続された前記光受光素子と、第１端子が前記光受光素子の第２端子に接続され、第２端子に駆動信号が供給され、ゲートが第２電源に接続され、サブ・スレッショルド領域で動作する第１トランジスタと、ゲートが前記光受光素子と前記第１トランジスタとの間のセンスノードに接続され、第１端子が第３電源に接続され、第２端子から前記センスノードの電位を増幅した信号を出力する第２トランジスタと、を備え、前記第１トランジスタは矩形状の前記領域の１つの頂点に配置され、前記第２トランジスタは、前記第１トランジスタが配置された頂点と対角の頂点に配置されたものである。

この発明によると、光受光素子に流れる光電流、つまり光受光素子で光電変換した信号電荷は、等価的にキャパシタとして動作する光受光素子の電圧変化に置き換えられ、第１レベルの駆動信号によってサブ・スレッショルド領域で動作する第１トランジスタにより対数変換した信号を出力する。また、第２レベルの駆動信号によって第１トランジスタの第１端子と第２端子とを同電位に制御し、光受光素子の第１端子と第２端子とを実質的に短絡することでリセットを行い、残像を低減する。

また、画像セルは光受光素子と２つのトランジスタとから構成される。従って、所定の面積にて画像セルを形成する場合、トランジスタの数が少ないほど光受光素子の面積が大きくなる、つまり画像セルの面積に対する光受光素子の面積の比率が大きくなる。これにより、トランジスタの数が多い画像セルに比べて同じ受光量に対して光受光素子に流れる電流（フォトカレント）の量が多くなり、センスノードにおけるＳ／Ｎ比(signal-to-noise ratio )が改善される。そして、画像セルの出力信号を受ける増幅回路において増幅率を高くすることができ、高感度化を図ることができる。更に、第１トランジスタと第２トランジスタを矩形状の領域の対角頂点に形成することで、フォト・ダイオードの面積を大きくし、高感度化をはかることができる。

この発明の一態様においては、前記第２電源を供給する第１電源配線と、前記第３電源を供給する第２電源配線とを有し、前記第１電源配線と前記第２電源配線は、矩形状の前記領域の１つの頂点を形成する２つの辺に沿って延びるようにそれぞれ形成される。

この発明による撮像デバイスは、複数の行選択線と複数の列信号線の交点に接続されて行列配列された複数の画像セルを備え、前記各画像セルは、矩形状の領域に形成され、光受光素子と１導電チャネル型のトランジスタを備え、入射光量に応じて対数特性を持つ信号を出力する、撮像デバイスであって、前記画像セルは、第１端子が第１電源に接続された前記光受光素子と、第１端子が前記光受光素子の第２端子に接続され、第２端子が前記行選択線に接続され該行選択線を介して駆動信号が供給され、ゲートが第２電源に接続され、サブ・スレッショルド領域で動作する第１トランジスタと、ゲートが前記光受光素子と前記第１トランジスタとの間のセンスノードに接続され、第１端子が第２電源に接続され、第２端子が前記列信号線に接続された第２トランジスタと、を備え、行方向及び列方向に配列された４つの画像セルの中心点には前記第１トランジスタ又は前記第２トランジスタが形成されたものである。

この発明によると、光受光素子に流れる光電流、つまり光受光素子で光電変換した信号電荷は、等価的にキャパシタとして動作する光受光素子の電圧変化に置き換えられ、第１レベルの駆動信号によってサブ・スレッショルド領域で動作する第１トランジスタにより対数変換した信号を出力する。また、第２レベルの駆動信号によって第１トランジスタの第１端子と第２端子とを同電位に制御し、光受光素子の第１端子と第２端子とを実質的に短絡することでリセットを行い、残像を低減する。

また、画像セルは光受光素子と２つのトランジスタとから構成される。従って、所定の面積にて画像セルを形成する場合、トランジスタの数が少ないほど光受光素子の面積が大きくなる、つまり画像セルの面積に対する光受光素子の面積の比率が大きくなる。これにより、トランジスタの数が多い画像セルに比べて同じ受光量に対して光受光素子に流れる電流（フォトカレント）の量が多くなり、センスノードにおけるＳ／Ｎ比(signal-to-noise ratio )が改善される。そして、画像セルの出力信号を受ける増幅回路において増幅率を高くすることができ、高感度化を図ることができる。更に、第１トランジスタと第２トランジスタを矩形状の領域の対角頂点に形成することで、フォト・ダイオードの面積を大きくし、高感度化をはかることができる。

この発明の一態様においては、前記第２電源を供給する第１電源配線と、前記第３電源を供給する第２電源配線とが設けられ、前記第１電源配線は前記行選択線と平行に形成され、前記第２電源配線は前記列信号線と平行に形成され、前記第１電源配線と前記第２電源配線は、矩形状の前記領域の１つの頂点を形成する２つの辺に沿って延びるようにそれぞれ形成されたものである。

この発明の一態様においては、任意の前記中心点のうち、前記第１電源配線のみが配設された第１中心点には前記第１トランジスタが形成され、前記第２電源配線のみが配設された第２中心点には前記第２トランジスタが形成されたものである。従って、第１電源配線と第１トランジスタ、第２電源配線と第２トランジスタが容易に接続されるとともに、電源配線とトランジスタとを接続する配線が不要となり、フォト・ダイオードを形成する領域を大きくする、又はフォト・ダイオードの上層に配線がないため、フォト・ダイオードにおける受光量を多くして高感度化をはかることができる。

この発明の一態様においては、４つの画像セルを構成する４つの第１トランジスタは、それらの中心点が前記第１中心点と一致するように形成され、４つの画像セルを構成する４つの第２トランジスタは、それらの中心点が前記第２中心点と一致するように形成されたものである。従って、１つの電源配線に対して４つのトランジスタが容易に接続されるとともに、４つのトランジスタに対して共通な１つの電源配線により電源が供給されるため、配線の数が少なくなり、フォト・ダイオードにおける受光量を多くして高感度化をはかることができる。

以上記述したように、本発明によれば、フォト・ダイオードの電荷蓄積効果による残像を低減するＭＯＳ型撮像デバイスを提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図１〜図４に従って説明する。
図４は、固体撮像装置の概略ブロック回路図である。
固体撮像装置１０は、撮像部１１、内部クロック発生回路１２、垂直走査回路１３、水平走査回路１４、出力回路１５を含む。

撮像部１１は、行列配列された複数の画像セルＣａを備えている。尚、図２には、４行４列のマトリックス状に配列された画像セルＣａを示している。
内部クロック発生回路１２は、クロック信号Φ０が入力され、該クロック信号Φ０に基づいて垂直クロック信号Φｗと水平クロック信号Φｔを生成する。

垂直走査回路１３は、垂直方向のシフトレジスタであり、ｍ本の行選択線Ｗ１〜Ｗｍが接続されている。水平走査回路１４は複数（図４においてｎ個）の増幅回路１６とシフトレジスタ１７とを含み、ｎ本の列信号線ＢＬ１〜ＢＬｎが接続されている。それら行選択線Ｗ１〜Ｗｍと列信号線ＢＬ１〜ＢＬｎの交点に画像セルＣａが接続されている。

垂直走査回路１３は、垂直クロック信号Φｗに基づいて行選択線Ｗ１〜Ｗｍを順次駆動する。行選択線Ｗ１〜Ｗｍに接続された画像セルＣａは、行選択線Ｗ１〜Ｗｍを介して供給される駆動信号に応答して光電変換信号を列信号線ＢＬ１〜ＢＬｎに出力する。

水平走査回路１４を構成する増幅回路１６は各列信号線ＢＬ１〜ＢＬｎが接続されている。各増幅回路１６は、列信号線ＢＬ１〜ＢＬｎを介して入力される光電変換信号を増幅する増幅部と、その増幅部の出力信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換部を含む。

水平走査回路１４を構成するシフトレジスタ１７は、増幅回路１６から出力されるデジタル信号を水平クロック信号Φｔに基づいて出力回路１５に転送する。
出力回路１５は、水平走査回路１４から出力される信号のパルス幅を伸長した出力信号ｏｕｔを生成し出力する。

次に、画像セルの構成を説明する。
図１は、本実施形態の画像セルＣａの回路図である。
この画像セルＣａは、フォト・ダイオードＰＤと、２つのトランジスタＴ１，Ｔ２とから構成されている。第１及び第２トランジスタＴ１，Ｔ２は、１導電チャネル型のトランジスタ（本実施形態ではＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ）であり、バックゲートが第１電源としてのグランドＧＮＤに接続されている。

フォト・ダイオードＰＤは、アノードが低電位電源（本実施形態ではグランドＧＮＤ）に接続され、カソードが第１トランジスタＴ１に接続されている。第１トランジスタＴ１は、第１端子（ソース）がフォト・ダイオードに接続され、第２端子が行選択線Ｗ１に接続され、ゲートが第２電源としての第１高電位電源Ｖｄｄ１に接続されている。

フォト・ダイオードＰＤと第１トランジスタＴ１との間の接続点であるセンスノードＮ１は第２トランジスタＴ２に接続されている。第２トランジスタＴ２は、ゲートがセンスノードＮ１に接続され、ソースが列信号線ＢＬ１に接続され、ドレインが第３電源としての第２高電位電源Ｖｄｄ２に接続されている。

このように構成された画像セルＣａは、行選択線Ｗ１の電位に従って動作する。
その行選択線Ｗ１の電位は、垂直走査回路１３から供給され、その波形は垂直クロック信号Φｗと実質的に同じ波形を持つ。尚、ここでは、行選択線Ｗ１に供給される電位を持つ信号をΦｗ１とする。この駆動信号Φｗ１は、図３に示すように、立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとを所定の時定数によりなまらせた台形状の波形を持つ。例えば、垂直走査回路１３は、駆動信号Φｗ１を、パルス幅ｔｋの１０〜２０パーセントの立ち上がり幅ｔｒ及び立ち下がり幅ｔｆを持つように生成している。更に、垂直走査回路１３は、ＬレベルがグランドＧＮＤレベルであり、Ｈレベルが第１高電位電源Ｖｄｄ１レベルであるように駆動信号Φｗ１を生成している。

この駆動信号Φｗ１が供給された画像セルＣａにおいて、駆動信号Φｗ１がＨレベルであるとき、その駆動信号Φｗ１が第２端子に供給された第１トランジスタＴ１がフォト・ダイオードＰＤに流れる光電流によってサブ・スレッショルド領域にて動作し、対数変換された信号電圧が第２トランジスタＴ２のゲートに供給される。第２トランジスタＴ２は、ソース・フォロワ出力回路を構成し、ソース・フォロワ出力を列信号線ＢＬ１に直接導出する。このように、ノードＮ１の電位が光電変換信号として列信号線ＢＬ１に出力される。

一方、駆動信号Φｗ１がＬレベルであるとき、その駆動信号Φｗ１が第２端子に供給された第１トランジスタＴ１は、ゲートに第１高電位電源Ｖｄｄ１が供給されているため、ゲートと第２端子との電位差によってオンする。第１トランジスタＴ１がオンすると、センスノードＮ１の電位はＬレベル、つまりグランドＧＮＤレベルとなる。このセンスノードＮ１がグランドＧＮＤレベルになることは、フォト・ダイオードＰＤのカソード端子をグランドＧＮＤに接続する、つまりアノード端子とカソード端子とを短絡する。これにより、フォト・ダイオードＰＤにて発生された電荷が残存しない、即ちフォト・ダイオードＰＤ（センスノードＮ１）がリセットされる。

駆動信号Φｗ１の波形をなまらせることは、ノイズ発生を防ぐ。つまり、駆動信号Φｗ１の電位を急激に立ち上げると、第１トランジスタＴ１が急激に動作するため、光電流にリンギング等のノイズが発生する。同様に、駆動信号Φｗ１の電位を急激に立ち下げると、ノイズが発生する。このため、駆動信号Φｗ１の立ち上がり及び立ち下がりをなまらせることで、これらのノイズを抑える。

図４に示す増幅回路１６は、列信号線ＢＬ１に読み出された信号を増幅し、水平クロック信号Φｔに基づいてサンプリングしＡ／Ｄ変換する。この水平クロック信号Φｔは、フォト・ダイオードＰＤで十分に光電流が発生している時期にサンプリングするようにタイミングが設定されている。

そして、シフトレジスタ１７は、増幅回路１６の出力信号を出力回路１５に転送し、出力回路１５は、入力信号のパルス幅を所定のパルス幅（本実施形態では幅ｔｋ）に伸張した出力信号ｏｕｔを生成し、それを出力する。

上記したように、第２トランジスタＴ２は、ソース・フォロワ出力回路を構成し、ソース・フォロワ出力を列信号線ＢＬ１に直接導出する。これにより、画像セルＣａを構成する素子数が従来例（例えば特許文献１に開示された６個のトランジスタにより構成される画像セル）に比べて少なくなる。このことは、画像セルＣａを面積が小さい固体撮像装置において、各画像セルＣａから出力される信号（光電変換信号）のＳ／Ｎ比(signal-to-noise ratio )を第１の実施の形態に比べて改善する。

即ち、従来例と本実施形態の画像セルＣａを同じ面積にて形成した場合、トランジスタの数が少ない方がフォト・ダイオードＰＤの受光面積が大きくなる。これは、トランジスタを形成した部分は、光が透過しないためである。フォト・ダイオードＰＤの受光面積に応じて光電流が発生する。従って、本実施形態の画像セルＣａが出力する信号の量（電位）に対するノイズ量（電位）の比、即ちＳ／Ｎ比は、従来例のＳ／Ｎ比に比べて大きくなる。

そして、画像セルＣａの出力信号におけるＳ／Ｎ比を良くすることは、列信号線ＢＬ１が接続された増幅回路１６（図４参照）における信号の増幅率を大きくすることができる。このため、Ａ／Ｄ変換部に入力する信号レベルを高くすることができ、出力信号の電位を高くする、即ち高感度化することができる。

図３は、撮像部１１の一部のレイアウトを示す平面図である。
撮像部１１は、隣接して配列された複数の画像セルＣａを備えている。各画像セルＣａは、図３において２点鎖線で区画された矩形状の領域に形成されている。複数の画像セルＣａは、垂直方向（図において縦方向）と水平方向（図において横方向）とに等間隔にて配列されている。即ち、各画像セルＣａは、正方形の領域内に形成されている。尚、画像セルＣａを長方形の領域内に形成する、即ち垂直方向と水平方向の配列間隔を異なるようにしてもよい。

撮像部１１は、水平方向に沿って延びる複数の第１電源配線Ｖ１と、垂直方向に沿って延びる複数の第２電源配線Ｖ２とを備えている。つまり、第１電源配線Ｖ１と第２電源配線Ｖ２は、互いに直交する方向に沿って延びるように形成されている。第１電源配線Ｖ１は、各画像セルＣａに第１高電位電源Ｖｄｄ１を供給するための配線であり、第２電源配線Ｖ２は、各画像セルＣａに第２高電位電源Ｖｄｄ２を供給するための配線である。

第１電源配線Ｖ１は、それらの中心の垂直方向の間隔が２つ分の画像セルＣａの垂直方向の長さにて配列されている。第１電源配線Ｖ１は、垂直方向において隣接する２つの画像セルＣａの境界上に配置されている。

第２電源配線Ｖ２は、それらの中心の水平方向の間隔が２分の画像セルＣａの水平方向の長さにて配列されている。そして、第１電源配線Ｖ１は、第２電源配線Ｖ２は、水平方向において隣接する２つの画像セルＣａの境界上に配置されている。

つまり、図３に示すように、互いに直交する方向に沿って延びる第１電源配線Ｖ１と第２電源配線Ｖ２は矩形状の複数の領域を形成し、各領域には２行２列に配列された４つの画像セルＣａが配設されている。従って、矩形状に形成された各画像セルＣａに対して、１つの頂点を形成する２つの辺に沿って第１電源配線Ｖ１と第２電源配線Ｖ２とが配設されている。

これら４個の画像セルＣａは、互いの境界線を中心とした面対称にて形成されている。今、４個の画像セルＣａを、画像セルＣａ１１，Ｃａ１２，Ｃａ２１，Ｃａ２２とする。画像セルＣａ１１と画像セルＣａ１２は、水平方向に隣接し、画像セルＣａ２１と画像セルＣａ２２は、水平方向に隣接している。

各第１電源配線Ｖ１の両側（図３において上下両側）には、行選択線Ｗが、各第１電源配線Ｖ１に沿って延びるように形成されている。各第２電源配線Ｖ２の両側（図３において左右両側）には、列信号線ＢＬが、各第２電源配線Ｖ２に沿って延びるように形成されている。

第１電源配線Ｖ１及び第２電源配線Ｖ２によって形成される領域に配設された２つの画像セルＣａ１１〜Ｃａ２２は、同領域内に含まれる行選択線Ｗと列信号線ＢＬに接続されている。

撮像部１１を構成する画像セルＣａに対し、各画像セルＣａの中央部にはフォト・ダイオードＰＤが形成されている。フォト・ダイオードＰＤは、本実施形態では８角形状に形成されている。

行方向及び列方向に配列された４つの画像セルＣａの中心の点（中心点）には、それら画像セルＣａに含まれるトランジスタが形成されている。画像セルＣａは、図１に示すように、フォト・ダイオードＰＤに接続された第１トランジスタＴ１と第２トランジスタＴ２とを含む。従って、４つの画像セルＣａの中心点には、各画像セルＣａのフォト・ダイオードＰＤに接続されたトランジスタが形成されている。

詳述すると、行方向及び列方向に配列された任意の４つの画像セルＣａの中心点のうち、第１電源配線Ｖ１と第２電源配線Ｖ２の何れかが配設された点を配置点とし、その配置点を中心にトランジスタが形成されている。

図３に示すように、第１電源配線Ｖ１のみが配設された配置点を第１配置点Ｏ１とし、第２電源配線Ｖ２のみが配設された配置点を第２配置点Ｏ２とする。第１配置点Ｏ１には、第１電源配線Ｖ１を介して第１高電位電源Ｖｄｄ１が供給される第１トランジスタＴ１が形成され、第２配置点Ｏ２には、第２電源配線Ｖ２を介して第２高電位電源Ｖｄｄが供給される第２トランジスタＴ２が形成されている。

第１配置点Ｏ１と第２配置点Ｏ２は、それぞれ矩形状に形成された画像セルＣａの領域の頂点である。そして、第１配置点Ｏ１と第２配置点Ｏ２の周りに配置された画像セルＣａは、それぞれ第１トランジスタＴ１と第２トランジスタＴ２を含む。従って、４つの画像セルＣａに含まれる第１トランジスタＴ１は、それらの中心が第１配置点Ｏ１と一致するように形成されている。同様に、４つの画像セルＣａに含まれる第２トランジスタＴ２は、それらの中心が第２配置点Ｏ２と一致するように形成されている。

各トランジスタＴ１，Ｔ２の形状を、図２に従って詳述する。
図２は図３の一部拡大図である。尚、図２では、図３に示す電源配線Ｖ１，Ｖ２、行選択線Ｗ、列信号線ＢＬを省略している。

第１トランジスタＴ１は、図３に示す第１電源配線Ｖ１に沿って（図２において横方向に沿って）配列されたソース領域３１及びドレイン領域３２と、ソース領域３１とドレイン領域３２との間に形成され第１電源配線Ｖ１と直交する方向（図２において上下方向）に沿って延びるゲート配線３３とを有している。ソース領域３１はその一部がフォト・ダイオードＰＤと重なるように形成されている。ドレイン領域３２は、水平方向に隣接する画像セルＣａの第１トランジスタＴ１を構成するドレイン領域３２と連続して形成され、そのドレイン領域３２は行選択線Ｗと接続されている。第１配置点Ｏ１を中心に形成された４つのトランジスタＴ１は、ゲート配線３３が電気的に接続されるとともに第１電源配線Ｖ１と接続されている。

第２配置点Ｏ２を中心に形成された４つの第２トランジスタＴ２は、ソース領域３４とドレイン領域３５が環状に配置され、ゲート配線３６がソース領域３４とドレイン領域３５との間であって第２配置点Ｏ２に向かって延びるように形成されている。そのゲート配線３６は、フォト・ダイオードＰＤと配線及びコンタクタを介して接続されている。

上記した撮像部１１の画像セルＣａにおいて、第１配置点Ｏ１と第２配置点Ｏ２は、矩形状の画像セルＣａの対角頂点であり、その第１配置点Ｏ１には第１トランジスタＴ１が形成され、第２配置点Ｏ２には第２トランジスタＴ２が形成されている。従って、第１トランジスタＴ１と第２トランジスタＴ２を隣接させて形成した場合や、隣り合う２つの頂点に形成した場合に比べ、画像セルＣａの領域に対してフォト・ダイオードＰＤの直径を大きくすることができる。画像セルＣａは、フォト・ダイオードＰＤの面積が大きいほど入射光に対する光電流の量が多くなる、つまり受光感度が高くなる。

以上記述したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）画像セルＣａは、フォト・ダイオードＰＤと２つのトランジスタＴ１．Ｔ２とから構成される。フォト・ダイオードＰＤは、アノードがグランドＧＮＤに接続され、カソードが第１トランジスタＴ１に接続されている。第１トランジスタＴ１は、ソースがフォト・ダイオードＰＤのカソードに接続され、ドレインが行選択線Ｗ１に接続され該行選択線Ｗ１を介して駆動信号Φｗ１が供給され、ゲートが第１高電位電源Ｖｄｄ１に接続され、サブ・スレッショルド領域で動作する。第２トランジスタＴ２は、ゲートがフォト・ダイオードＰＤと第１トランジスタＴ１との間のセンスノードＮ１に接続され、ドレインが第２高電位電源Ｖｄｄ２に接続され、ソースが列信号線ＢＬ１に接続されている。そして、行方向及び列方向に配列された４つの画像セルＣａの中心点には第１トランジスタＴ１又は第２トランジスタＴ２が形成されている。

この構成によると、フォト・ダイオードＰＤに流れる光電流、つまりフォト・ダイオードＰＤで光電変換した信号電荷は、等価的にキャパシタとして動作するフォト・ダイオードの電圧変化に置き換えられ、第１レベルの駆動信号によってサブ・スレッショルド領域で動作する第１トランジスタＴ１により対数変換した信号を出力する。また、第２レベルの駆動信号によって第１トランジスタＴ１のソースとドレインとを同電位に制御し、フォト・ダイオードＰＤのアノードとカソードとを実質的に短絡することでリセットを行い、残像を低減する。

（２）所定の面積にて画像セルＣａを形成する場合、トランジスタの数が少ないほど光受光素子の面積が大きくなる、つまり画像セルＣａの面積に対するフォト・ダイオードＰＤの面積の比率が大きくなる。これにより、トランジスタの数が多い画像セルに比べて同じ受光量に対して光受光素子に流れる電流（フォトカレント）の量が多くなり、センスノードＮ１におけるＳ／Ｎ比(signal-to-noise ratio )が改善される。そして、画像セルＣａの出力信号を受ける増幅回路において増幅率を高くすることができ、高感度化を図ることができる。更に、第１トランジスタＴ１と第２トランジスタＴ２を矩形状の領域の対角頂点に形成することで、フォト・ダイオードＰＤの面積を大きくし、高感度化をはかることができる。

（３）任意の中心点のうち、第１電源配線Ｖ１のみが配設された第１配置点Ｏ１には第１トランジスタＴ１が形成され、第２電源配線Ｖ２のみが配設された第２配置点Ｏ２には第２トランジスタＴ２が形成される。従って、第１電源配線Ｖ１と第１トランジスタＴ１、第２電源配線Ｖ２と第２トランジスタＴ２が容易に接続されるとともに、電源配線Ｖ１，Ｖ２とトランジスタＴ１，Ｔ２とを接続する配線が不要となり、フォト・ダイオードＰＤを形成する領域を大きくする、又はフォト・ダイオードＰＤの上層の配線を少なくすることができ、フォト・ダイオードＰＤにおける受光量を多くして高感度化をはかることができる。

（４）任意の４つの画像セルＣａを構成する４つの第１トランジスタＴ１は、それらの中心点が第１配置点Ｏ１と一致するように形成されている。また、任意の４つの画像セルＣａを構成する４つの第２トランジスタＴ２は、それらの中心点が第２配置点Ｏ２と一致するように形成されている。従って、第１電源配線Ｖ１に対して４つの第１トランジスタＴ１が容易に接続される。同様に、第２電源配線Ｖ２に対して４つの第２トランジスタＴ２が容易に接続される。

更に、４つの第１トランジスタＴ１に対して共通な１つの電源配線Ｖ１により電源が供給されるため、配線の数が少なくなり、フォト・ダイオードＰＤにおける受光量を多くして高感度化をはかることができる。同様に、４つの第２トランジスタＴ２に対して共通な１つの電源配線Ｖ２により電源が供給されるため、配線の数が少なくなり、フォト・ダイオードＰＤにおける受光量を多くして高感度化をはかることができる。

尚、上記実施の形態は、以下の態様で実施してもよい。
・上記実施の形態では、画像セルＣａをフォト・ダイオードＰＤとＮチャネル型ＭＯＳトランジスタにて構成したが、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタを用いて構成してもよい。例えば、図５は、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタにて構成した画像セルＣｂを示す。この画像セルＣｂは、フォト・ダイオードＰＤと、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタよりなる２つのトランジスタＴ１１，Ｔ１２とを備える。フォト・ダイオードＰＤは、アノードが第１トランジスタＴ１１に接続され、カソードが高電位電源Ｖｄｄに接続されている。第１トランジスタＴ１１は、第１端子（ソース）がフォト・ダイオードＰＤに接続され、第２端子（ドレイン）が行選択線Ｗ１に接続され、ゲートが低電位電源（図においてグランドＧＮＤ）接続されている。フォト・ダイオードＰＤと第１トランジスタＴ１１との間の接続点（センスノードＮ１）は第２トランジスタＴ１２に接続されている。第２トランジスタＴ１２は、ゲートがセンスノードＮ１に接続され、ソースが列信号線ＢＬ１に接続され、ドレインがグランドＧＮＤに接続されている。そして、行選択線Ｗ１には、上記各実施形態の駆動信号Φｗ１を論理反転したレベルを持つ駆動信号／Φｗ１が図示しない垂直走査回路から供給される。従って、この画像セルＣｂは、Ｌレベルの駆動信号／Φｗ１に応答して光電変換信号を列信号線ＢＬ１に出力し、Ｈレベルの駆動信号／Φｗ１に応答してセンスノードＮ１をリセットする。このように、画像セルＣｂは、駆動信号／Φｗ１に応答してセンスノードＮ１をリセットすることで、残像の発生を抑えることができる。

・上記実施形態では、撮像部１１を４行４列のマトリックス状に形成したが、行数，列数は適宜変更されてもよい。
・上記実施形態では、画像セルＣａに対して第１高電位電源Ｖｄｄ１と第２高電位電源Ｖｄｄ２とを供給するようにした、つまり第１高電位電源Ｖｄｄ１を供給する第１電源配線Ｖ１と、第２高電位電源Ｖｄｄ２を供給する第２電源配線Ｖ２とを配列した。これを、１つの電源により動作させる、つまり第１トランジスタＴ１のゲートと第２トランジスタＴ２のドレインに第１高電位電源Ｖｄｄ１（又は第２高電位電源Ｖｄｄ２）を供給するようにしてもよい。この場合、図３において、第１電源配線Ｖ１と第２電源配線Ｖ２を、それらが交差する点にコンタクタを形成して両電源配線Ｖ１，Ｖ２を接続する。このように構成しても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

一実施の形態の画像セルを示す回路図である。 画像セルのレイアウトを示す平面図である。 撮像部の一部のレイアウトを示す平面図である。 固体撮像装置のブロック回路図である。 別の画像セルを示す回路図である。

符号の説明

Ｗ，Ｗ１〜Ｗｍ…行選択線、ＢＬ，ＢＬ１〜ＢＬｎ…列信号線、Ｃａ，Ｃａ１１〜Ｃａ２２…画像セル、Ｎ１…センスノード、Ｔ１…第１トランジスタ、Ｔ２…第２トランジスタ、Ｖ１…第１電源配線、Ｖ２…第２電源配線。

Claims (6)

1. 矩形状の領域に形成され、光受光素子と１導電チャネル型のトランジスタを備え、入射光量に応じて対数特性を持つ信号を出力する撮像デバイスであって、
   第１端子が第１電源に接続された前記光受光素子と、
   第１端子が前記光受光素子の第２端子に接続され、第２端子に駆動信号が供給され、ゲートが第２電源に接続され、サブ・スレッショルド領域で動作する第１トランジスタと、
   ゲートが前記光受光素子と前記第１トランジスタとの間のセンスノードに接続され、第１端子が第３電源に接続され、第２端子から前記センスノードの電位を増幅した信号を出力する第２トランジスタと、
   を備え、
   前記第１トランジスタは矩形状の前記領域の１つの頂点に配置され、前記第２トランジスタは、前記第１トランジスタが配置された頂点と対角の頂点に配置されたことを特徴とする撮像デバイス。
2. 前記第２電源を供給する第１電源配線と、前記第３電源を供給する第２電源配線とを有し、前記第１電源配線と前記第２電源配線は、矩形状の前記領域の１つの頂点を形成する２つの辺に沿って延びるようにそれぞれ形成されたことを特徴とする請求項１記載の撮像デバイス。
3. 複数の行選択線と複数の列信号線の交点に接続されて行列配列された複数の画像セルを備え、前記各画像セルは、矩形状の領域に形成され、光受光素子と１導電チャネル型のトランジスタを備え、入射光量に応じて対数特性を持つ信号を出力する、撮像デバイスであって、
   前記画像セルは、
   第１端子が第１電源に接続された前記光受光素子と、
   第１端子が前記光受光素子の第２端子に接続され、第２端子が前記行選択線に接続され該行選択線を介して駆動信号が供給され、ゲートが第２電源に接続され、サブ・スレッショルド領域で動作する第１トランジスタと、
   ゲートが前記光受光素子と前記第１トランジスタとの間のセンスノードに接続され、第１端子が第３電源に接続され、第２端子が前記列信号線に接続された第２トランジスタと、
   を備え、
   行方向及び列方向に配列された４つの画像セルの中心点には前記第１トランジスタ又は前記第２トランジスタが形成されたことを特徴とする撮像デバイス。
4. 前記第２電源を供給する第１電源配線と、前記第３電源を供給する第２電源配線とが設けられ、
   前記第１電源配線は前記行選択線と平行に形成され、前記第２電源配線は前記列信号線と平行に形成され、
   前記第１電源配線と前記第２電源配線は、矩形状の前記領域の１つの頂点を形成する２つの辺に沿って延びるようにそれぞれ形成されたことを特徴とする請求項３記載の撮像デバイス。
5. 任意の前記中心点のうち、前記第１電源配線のみが配設された第１中心点には前記第１トランジスタが形成され、前記第２電源配線のみが配設された第２中心点には前記第２トランジスタが形成されたことを特徴とする請求項４記載の撮像デバイス。
6. ４つの画像セルを構成する４つの第１トランジスタは、それらの中心点が前記第１中心点と一致するように形成され、４つの画像セルを構成する４つの第２トランジスタは、それらの中心点が前記第２中心点と一致するように形成されたことを特徴とする請求項５記載の撮像デバイス。

Images