JP2006319951A - 増幅型固体撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 フォトダイオード1から、信号電荷がディプリージョンタイプの転送トランジスタ2を通して信号電荷蓄積部8に転送される。MOSトランジスタ3の入力端子と出力端子との間にリセットトランジスタ5が接続される。垂直走査回路25は、信号電荷の非読み出し期間に、リセットトランジスタ5を常にオンさせて、MOSトランジスタ3の入出力間を短絡させて、MOSトランジスタ3の増幅動作を停止する。高輝度な被写体の撮像時にフォトダイオード1に生じる過剰信号電荷は、ディプリージョンタイプの転送トランジスタ2、信号電荷蓄積部8およびリセットトランジスタ5からなるドレイン経路を通して垂直信号線9に排出される。スイッチ回路13は、垂直信号線9を、リセット電位VDDと定電流負荷トランジスタ4とに切り替え接続する。
【選択図】図1
Description
光電変換素子と上記光電変換素子の信号電荷を転送する転送トランジスタとを有すると共に、画素毎に設けられた複数の光電変換転送部と、
上記光電変換転送部の転送トランジスタの出力側が接続された信号電荷蓄積部に、入力端子が接続される一方、出力端子が信号線に接続されて、上記信号電荷の量を増幅して読み出すと共に、画素に含まれる電荷増幅部と、
上記信号電荷の非読み出し期間に、上記電荷増幅部の入力端子と出力端子とを短絡して上記信号線側から上記信号電荷蓄積部に電位を印加する電位入力機構と
を備えることを特徴としている。
上記光電変換素子が埋め込み型のフォトダイオードであり、
上記転送トランジスタがディプリージョンタイプである。
上記電荷増幅部は、MOSトランジスタからなって、上記入力端子がゲート、上記出力端子がソースのソースフォロワ形式であり、
上記電位入力機構は、上記信号電荷の非読み出し期間に、上記MOSトランジスタの上記ゲートと上記ソースとを短絡して上記電荷増幅部の増幅動作を止める。
上記電荷増幅部の入力端子と出力端子との間に接続されたリセットトランジスタと、
上記信号線の電位を一定の電位に切り替えるスイッチ回路と、
上記信号電荷の非読み出し期間に、上記リセットトランジスタをオンにする制御部と
を含む。
上記リセットトランジスタはディプリージョンタイプである。
上記リセットトランジスタはエンハンスメントタイプであり、
上記リセットトランジスタの構造と同一構造のトランジスタを含むと共に、上記一定の電位を上記スイッチ回路に出力する電位発生回路を
備え、
上記電位発生回路と上記リセットトランジスタとは同一半導体基板上に形成されている。
上記スイッチ回路は、上記信号線を上記一定の電位とソースフォロワ形式の負荷回路とに切り替える。
上記複数の光電変換転送部の複数の転送トランジスタの出力側が、一つの上記電荷増幅部の入力側に接続されて、上記電荷増幅部が複数の画素に共有されている。
上記電荷増幅部の電源線に印加される電位を制御する電源制御機構を備える。
上記電荷増幅部の電源線と上記信号電荷蓄積部とは、上記電源制御機構によって上記電源線の電位を上昇させたときに、上記信号電荷蓄積部の電位が上昇するようなカップリング容量を有するように、配置されている。
上記電源制御機構は、上記電荷増幅部の電源線を、一定電位とフローテイング電位とに切り替える。
上記電源制御機構は、上記電荷増幅部の電源線を、互いに異なる所定電位に切り替える。
上記電源制御機構は、上記電荷増幅部の電源線を、互いに異なる所定電位と、ソースフォロワ形式の負荷回路とに切り替える。
上記電源制御機構は、上記電荷増幅部の電源線と所定電位とを、切り替えられる低抵抗または高抵抗を介して接続する。
図1は、本発明の第1実施形態の増幅型固体撮像装置の一例としての2次元増幅型固体撮像装置の構成を示す回路図である。
図4は、この発明の第2実施形態の増幅型固体撮像装置の一例としての2次元増幅型固体撮像装置の構成を示す回路図である。図4において、図1に示す第1実施形態の構成要素と同一構成要素は、同一参照番号を付して、説明を省略する。
図6は、この発明の第3実施形態の増幅型固体撮像装置の一例としての2次元増幅型固体撮像装置の構成を示す回路図である。図6において、図1に示す第1実施形態の構成要素と同一構成要素は、同一参照番号を付して、説明を省略する。
図8は、この発明の第4実施形態の増幅型固体撮像装置の一例としての2次元増幅型固体撮像装置の構成を示す回路図である。
図10は、本発明の第5実施形態の増幅型固体撮像装置の一例としての2次元増幅型固体撮像装置の構成を示す回路図である。
ΔVbst=2*Vth*Cbst/(Cbst+Cfd) (1)
であり、Cbstは信号電荷蓄積部8と垂直電源線7の間のカップリング容量、Cfdは信号電荷蓄積部8の寄生容量を表す。例えば、Cbst=1fF、Cfd=2fF、Vth=0.6Vの時、ΔVbst=0.4Vとなる。
図12は、この発明の第6実施形態の増幅型固体撮像装置の一例としての2次元増幅型固体撮像装置の構成を示す回路図である。図12において、図10に示す第5実施形態の構成要素と同一構成要素は、同一参照番号を付して、説明を省略する。図10との違いは、垂直電源線7は、所定電位VRD1に接続され、垂直信号線9に与える電位が所定電位VRD2となっていることが異なる。上記所定電位VRD1およびVRD2は、図13に示すように、変化する。上記所定電位VRD1は、電源制御機構の一例としての電源制御部500から出力されて、期間T3〜T7の間は、ハイレベルVDDであり、期間T1,T2の間は、ローレベルVLである。上記電源制御部500は、垂直走査回路275からの駆動パルスφVRD1により制御される。また、上記所定電位VRD2は、図示しない電源制御部から出力されて、期間T2〜T7の間は、ハイレベルVDDであり、期間T1の間は、ローレベルVLである。
ΔVbst=(VDD−VL)*Cbst/(Cbst+Cfd) (2)
であり、同様にCbstは信号電荷蓄積部8と垂直電源線7の間のカップリング容量、Cfdは信号電荷蓄積部8の寄生容量を表す。例えばCbst=1fF、Cfd=2fF、VL=1V、VDD=2.8Vの時、ΔVbst=0.6Vとなる。
図14は、この発明の第7実施形態の増幅型固体撮像装置の一例としての2次元増幅型固体撮像装置の構成を示す回路図である。図14において、図12に示す第6実施形態の構成要素と同一構成要素は、同一参照番号を付して説明を省略する。図12との違いは、垂直電源線7と垂直信号線9は、所定電位VRDと定電流負荷回路12とに、制御パルスφS1、φS2によって制御されるスイッチ回路313を介して接続される点である。このスイッチ回路313は、電源制御機構の一例を構成する。
ΔVbst=2*Vth*Cbst/(Cbst+Cfd) (3)
であり、第5実施形態と同様のブートストラップ効果ΔVbstが得られる。
図16は、この発明の第8実施形態の増幅型固体撮像装置の一例としての2次元増幅型固体撮像装置の構成を示す回路図である。図16において、図14に示す第7実施形態の構成要素と同一構成要素は、同一参照番号を付して説明を省略する。図14との違いは、垂直電源線7を定電流負荷12に接続するためのスイッチ回路413内のトランジスタ134の代わりに高抵抗135がトランジスタ133と並列に挿入されている点である。オン時のトランジスタ133は、低抵抗の一例である。
ΔVbst=(VDD−VL)*Cbst/(Cbst+Cfd) (4)
であり、第5実施形態と同様のブートストラップ効果ΔVbstが得られる。
非選択行n’行の場合については第5実施形態と同様である。
図18は、この発明の第9実施形態の増幅型固体撮像装置の一例としての2次元増幅型固体撮像装置の構成を示す回路図である。図18において、図10に示す第5実施形態の構成要素と同一構成要素は、同一参照番号を付して、説明を省略する。
2…転送トランジスタ
3…増幅用トランジスタ
4…定電流負荷トランジスタ
5,55…リセットトランジスタ
8…信号電荷蓄積部
9…垂直信号線
10…光電変換転送部
11,211,311…電荷増幅機構
12…定電流負荷回路
13,213,313,413…スイッチ回路
21…転送トランジスタ駆動信号線
22…リセットトランジスタ駆動信号線
23…垂直信号線切り替え駆動信号線
25,75,125,225,275,325,425…垂直走査回路
500…電源制御部
Claims (19)
- 光電変換素子と上記光電変換素子の信号電荷を転送する転送トランジスタとを有すると共に、画素毎に設けられた複数の光電変換転送部と、
上記光電変換転送部の転送トランジスタの出力側が接続された信号電荷蓄積部に、入力端子が接続される一方、出力端子が信号線に接続されて、上記信号電荷の量を増幅して読み出すと共に、画素に含まれる電荷増幅部と、
上記信号電荷の非読み出し期間に、上記電荷増幅部の入力端子と出力端子とを短絡して上記信号線側から上記信号電荷蓄積部に電位を印加する電位入力機構と
を備えることを特徴とする増幅型固体撮像装置。 - 請求項1に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記光電変換素子が埋め込み型のフォトダイオードであり、
上記転送トランジスタがディプリージョンタイプである
ことを特徴とする増幅型固体撮像装置。 - 請求項1に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記電荷増幅部は、MOSトランジスタからなって、上記入力端子がゲート、上記出力端子がソースのソースフォロワ形式であり、
上記電位入力機構は、上記信号電荷の非読み出し期間に、上記MOSトランジスタの上記ゲートと上記ソースとを短絡して上記電荷増幅部の増幅動作を止める
ことを特徴する増幅型固体撮像装置。 - 請求項1に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記電位入力機構は、
上記電荷増幅部の入力端子と出力端子との間に接続されたリセットトランジスタと、
上記信号線の電位を一定の電位に切り替えるスイッチ回路と、
上記信号電荷の非読み出し期間に、上記リセットトランジスタをオンにする制御部と
を含むことを特徴とする増幅型固体撮像装置。 - 請求項4に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記リセットトランジスタはディプリージョンタイプである
ことを特徴とする増幅型固体撮像装置。 - 請求項4に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記リセットトランジスタはエンハンスメントタイプであり、
上記リセットトランジスタの構造と同一構造のトランジスタを含むと共に、上記一定の電位を上記スイッチ回路に出力する電位発生回路を
備え、
上記電位発生回路と上記リセットトランジスタとは同一半導体基板上に形成されている
ことを特徴とする増幅型固体撮像装置。 - 請求項4に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記スイッチ回路は、上記信号線を上記一定の電位とソースフォロワ形式の負荷回路とに切り替える
ことを特徴とする増幅型固体撮像装置。 - 請求項1に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記複数の光電変換転送部の複数の転送トランジスタの出力側が、一つの上記電荷増幅部の入力側に接続されて、上記電荷増幅部が複数の画素に共有されていることを特徴とする増幅型固体撮像装置。 - 請求項1に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記電荷増幅部の電源線に印加される電位を制御する電源制御機構
を備えることを特徴とする増幅型固体撮像装置。 - 請求項9に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記電荷増幅部の電源線と上記信号電荷蓄積部とは、上記電源制御機構によって上記電源線の電位を上昇させたときに、上記信号電荷蓄積部の電位が上昇するようなカップリング容量を有するように、配置されている
ことを特徴とする増幅型固体撮像装置。 - 請求項9に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記光電変換素子が埋め込み型のフォトダイオードであり、
上記転送トランジスタがディプリージョンタイプである
ことを特徴とする増幅型固体撮像装置。 - 請求項9に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記電荷増幅部は、MOSトランジスタからなって、上記入力端子がゲート、上記出力端子がソースのソースフォロワ形式であり、
上記電位入力機構は、上記信号電荷の非読み出し期間に、上記MOSトランジスタの上記ゲートと上記ソースとを短絡して上記電荷増幅部の増幅動作を止める
ことを特徴する増幅型固体撮像装置。 - 請求項9に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記電位入力機構は、
上記電荷増幅部の入力端子と出力端子との間に接続されたリセットトランジスタと、
上記信号線の電位を一定の電位に切り替えるスイッチ回路と、
上記信号電荷の非読み出し期間に、上記リセットトランジスタをオンにする制御部と
を含むことを特徴とする増幅型固体撮像装置。 - 請求項13に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記スイッチ回路は、上記信号線を上記一定の電位とソースフォロワ形式の負荷回路とに切り替える
ことを特徴とする増幅型固体撮像装置。 - 請求項9に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記電源制御機構は、上記電荷増幅部の電源線を、一定電位とフローテイング電位とに切り替える
ことを特徴とする増幅型固体撮像装置。 - 請求項9に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記電源制御機構は、上記電荷増幅部の電源線を、互いに異なる所定電位に切り替える
ことを特徴とする増幅型固体撮像装置。 - 請求項9に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記電源制御機構は、上記電荷増幅部の電源線を、互いに異なる所定電位と、ソースフォロワ形式の負荷回路とに切り替える
ことを特徴とする増幅型固体撮像装置。 - 請求項9に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記電源制御機構は、上記電荷増幅部の電源線と所定電位とを、切り替えられる低抵抗または高抵抗を介して接続する
ことを特徴とする増幅型固体撮像装置。 - 請求項9に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記複数の光電変換転送部の複数の転送トランジスタの出力側が、一つの上記電荷増幅部の入力側に接続されて、上記電荷増幅部が複数の画素に共有されている
ことを特徴とする増幅型固体撮像装置。
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