JP3461265B2 - 固体撮像装置および固体撮像装置応用システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は固体撮像装置に係
わり、特に高感度、低雑音化を図った固体撮像装置に関
するものである。また、この発明はその高感度、低雑音
化した固体撮像装置を用いた応用システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイス技術の進歩により、ビデ
オカメラは小型軽量化されており、携帯便利になって、
広く利用されている。電子機器の場合、携帯性の関係か
ら電源は電池を用いるが、従来、ビデオカメラは撮像素
子としてＣＣＤセンサを用いていた。しかし、ＣＣＤセ
ンサはデバイスの駆動に、複数種の電圧を必要とし、そ
の電圧を電池電圧から発生するための電源回路を必要と
している。そして、これがビデオカメラのいっそうの小
形化を図る際の妨げとなり、また、消費電力低減の妨げ
の一因にもなっている。

【０００３】よりいっそう扱い易くするために、ビデオ
カメラの小型・軽量化の研究が進められ、また、高画質
の画像を得ることができるように、より画素数の多い固
体撮像装置の開発が行われているが、ビデオカメラの小
型・軽量化には固体撮像装置の小型化はもちろんのこ
と、さらには低消費電力化・低電圧化した固体撮像装置
の出現が強く求められる。

【０００４】単純に固体撮像装置の小形化と多画素化を
図るには、画素を微細化すれば良い。しかし、画素を微
細化すると、画素当りの取り扱い信号電荷量が減少する
という問題がある。この結果、固体撮像装置のダイナミ
ックレンジの減少が生じ、鮮明な解像度の良い映像を得
ることができない、などの問題が生じる。

【０００５】また、ＣＣＤの場合、素子の駆動電圧に複
数種の電圧を使用していることから、カメラシステムの
構成や取扱いの上で簡単なシステムで対応できない。即
ち、携帯用カメラやパ−ソナルコンピュータ搭載用カメ
ラへの応用のためには、この低消費電力・低電圧化と共
に、Ｓ／Ｎの良い、単一電源の固体撮像装置の出現が望
まれる。ところが、ＣＣＤの場合は、単一電源では駆動
できず、低消費電力・低電圧化ができないばかりか、画
素を微細化するとＳ／Ｎが悪くなるので上記要求には応
じることができない。

【０００６】そこで、上記要求を満たす別のデバイスを
探ってみると、低消費電力・低電圧化が可能で、単一電
源で駆動できる固体撮像装置として、増幅型のトランジ
スタを用いたＭＯＳセンサがある。

【０００７】この固体撮像装置は、各セル内でフォトダ
イオードで検出した信号をトランジスタで増幅するもの
であり、高感度という特徴を持つ。

【０００８】特殊な製造プロセスを用いるＣＣＤセンサ
とは異なり、ＭＯＳセンサはＤＲＡＭ等の半導体メモ
リ、プロセッサ等で多用されているＭＯＳプロセスによ
り、生産される。従って、ＭＯＳセンサは半導体メモリ
やプロセッサと同一の半導体チップ上に形成したり、半
導体メモリやプロセッサと生産ラインを共有することが
容易である等の利点がある。

【０００９】しかしながら、上述した増幅トランジスタ
を用いた従来のＭＯＳセンサ（増幅型ＭＯＳセンサ）
は、ユーザの要求が高解像度化、すなわち、高密度、微
細画素化に向かう中で、高光電変換ゲインの確保の問題
が浮上する。また、後述するように、固定パターンノイ
ズと呼ばれる輝度ムラの問題も残る。従って、これらを
いかにして改善するかが大きな課題である。

【００１０】また、この増幅型ＭＯＳセンサはその出力
のダイナミックレンジも６０ｄＢ程度しかなく、銀塩フ
ィルムの９０ｄＢやＣＣＤセンサの７０ｄＢと比較する
と、不十分であった。従ってこの増幅型ＭＯＳセンサを
ビデオカメラ等の画像システム機器に組み込むことは画
質の点で実用上、大きな制約があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、近
年、固体撮像素子の１つとして、増幅型ＭＯＳセンサ
（増幅型ＭＯＳ固体撮像素子）を用いた固体撮像素子が
提案されている。この素子は、光電変換蓄積部で検出し
た光信号を、光電変換蓄積部のごく近傍で増幅するとい
う特徴を有している。

【００１２】図１８は従来の増幅型ＭＯＳ固体撮像素子
の平面図であり、図１９は図１８に示された従来の増幅
型固体撮像素子の単位セルの回路図である。以下、図１
８及び図１９を参照して、増幅型固体撮像素子の動作に
ついて説明する。

【００１３】フォトダイオード１で光電変換の結果生じ
た信号電荷は、読出し線２をハイレベルにして読出しト
ランジスタ３をオンすることによって、増幅トランジス
タ４のゲートに読出され、ゲートの電位を変化させる。
垂直信号線５の電位は、増幅トランジスタ４のゲートの
電位に応じて変化する。

【００１４】信号を読出した後は、リセットトランジス
タ６のゲート７をハイレベルにして、増幅トランジスタ
４のゲート電位を所望の電位にリセットする。また、単
位セルのアドレスは、増幅トランジスタ４のドレイン側
に直列に結合しているアドレストランジスタ８を用いて
行う。

【００１５】さて、一般に読出しトランジスタ付きの増
幅型固体撮像素子の単位セルでの光電変換ゲインｇ［Ｖ
／electron］は、次式で与えられる。

【００１６】ｇ［Ｖ／electron］＝ΔＶ／electron ＝１．６×１０^-19 ／Ｃ_sn ここで、Ｃ_snは検出部の容量であり、増幅トランジスタ
のゲート容量と読出しトランジスタのドレインの基板容
量の和になる。現実には、上記検出部の容量は、読出し
トランジスタのドレインの基板容量が大きな割合を占め
る。

【００１７】このように、固体撮像素子の高感度化のた
めには、単位セルの光電変換ゲインを高くする必要があ
るが、上記式より、高い光電変換ゲインを得るために
は、読出しトランジスタのドレインの基板容量を小さく
する必要がある。

【００１８】図１８に示されるように、従来はドレイン
容量を構成する素子形成領域は１つであり、面積が大き
く、なかなか高い光電変換ゲインを得ることができなか
った。特に、図１８に示される例では、増幅トランジス
タ４のゲートの電位をリセットするためのリセットトラ
ンジスタ６が、読出しトランジスタ３のドレインに接続
されているため、読出しトランジスタ３のドレインの基
板容量が大きくなりやすいという問題を有している。

【００１９】さらには上述した従来例の別の欠点として
は、読出しトランジスタ３のドレインは、周辺のほとん
どを素子分離領域に囲まれているという問題がある。素
子分離領域の下は、一般に基板濃度が高いため、ドレイ
ンが素子分離領域に接する部分が大きいと、その部分で
の寄生容量が大きくなり、結果として光電変換ゲインが
劣化し、十分なダイナミックレンジが確保できないとい
う問題がある。

【００２０】また、図２０は、従来の増幅型固体撮像装
置の他の例を示した単位セルの平面図であり、図２１は
図２０に示された固体撮像装置のＡ−Ａ′線に沿った断
面図である。

【００２１】この固体撮像装置は、フォトダイオード１
０がＮＰＮバイポーラトランジスタのベース、Ｎ型基板
１１がコレクタ、垂直信号線１２で形成されている。上
記フォトダイオード１０で光電変換の結果生じた信号電
荷は、コントロールゲート１３をハイレベルにしてベー
ス−エミッタ間が順バイアスにされることにより、垂直
信号線１２に読出される。信号が読出された後は、コン
トロールゲート１３に十分負の電圧が印加されてベース
の電位が所望の電位にリセットされる。

【００２２】ところで、固体撮像装置の低雑音化のため
には、ＮＰＮトランジスタで構成される増幅トランジス
タに入力する前の雑音混入を抑圧する必要がある。しか
しながら、あるラインをアドレスするためのコントロー
ルゲート１３は、ベース領域の一部分しか覆っていな
い。このためＡｌで構成される垂直信号線１２等から雑
音がベース領域に飛び込んでしまう。このため、固体撮
像装置の低雑音化に対して大きな障害になっている。

【００２３】このように、従来は、単位セルの選択を行
う容量を形成する増幅トランジスタの制御電極側の電極
上が、垂直選択線で完全には覆われていなかったので、
寄生容量を介する垂直信号線等からの雑音の飛び込みが
多く、Ｓ／Ｎが悪いという問題があった。

【００２４】したがってこの発明は、単位セルでの光電
変換ゲインを高くして高感度化を図ることができると共
に、寄生容量を介する増幅トランジスタのゲートへの垂
直信号線等からの雑音の飛び込みを抑圧して低雑音化を
図ることができるようにした固体撮像装置を提供するこ
とを目的とする。

【００２５】さらには本発明は、このような増幅型ＭＯ
Ｓセンサの固体撮像素子を用いた応用システムを提供す
ることにあり、増幅型ＭＯＳセンサの固体撮像素子が持
つゲインの問題と、ノイズの問題を改善したことにより
ビデオカメラ等の画像システム機器に組み込み実用に供
することができる応用システムを提供することにある。

【００２６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次のように構成する。

【００２７】(1) すなわちこの発明は、受光量に対応
して電気信号を発生するフォトダイオードと、このフォ
トダイオードの出力信号を増幅して出力する増幅トラン
ジスタと、上記フォトダイオードと増幅トランジスタと
の間に挿入され、ソースがフ ォトダイオードに接続さ
れ、ドレインが増幅トランジスタの制御電極に接続され
た読出しトランジスタと、上記増幅トランジスタの制御
電極にソースが接続され該制御電極の電位をリセットす
るリセットトランジスタと、を有する光電変換セルを複
数個備えた固体撮像装置に於いて、上記読出しトランジ
スタの素子形成領域と前記リセットトランジスタの素子
形成領域とは素子分離領域により分離され、上記読出し
トランジスタのドレインと上記増幅トランジスタの制御
電極及び上記リセットトランジスタのソースは金属配線
により接続されていることを特徴とする。

【００２８】(2) またこの発明は、光電変換蓄積部
と、この光電変換蓄積部の出力を制御電極に入力する増
幅トランジスタと、この増幅トランジスタの制御電極と
容量結合した垂直選択線と、上記光電変換蓄積部の電位
をリセットするリセットトランジスタとを有する単位セ
ルを半導体基板上に行列２次元状に配列して成る撮像領
域と、上記増幅トランジスタ及びリセットトランジスタ
の電源線と、上記増幅トランジスタの電流を読出す第１
の方向に配置された複数の垂直信号線と、上記垂直信号
線の一端に設けられた複数の水平選択トランジスタと、
この水平選択トランジスタのゲートに順次選択パルス信
号を与える水平選択手段と、上記水平選択トランジスタ
を介して上記垂直信号線から信号電流を読出す水平信号
線とを備える固体撮像装置に於いて、上記増幅トランジ
スタのゲートで構成される下部電極と、この下部電極を
覆って上記垂直選択線で構成される上部電極とを有する
容量手段を具備することを特徴とする。

【００２９】(3) またこの発明は、フォトダイオード
と、このフォトダイオードの信号を検出する検出部と、
この検出部に接続されたゲートを有する増幅トランジス
タと、この増幅トランジスタのゲートに接続されたキャ
パシタと、上記検出部と電荷排出用のドレインとの間に
イオンインプラ領域を形成して構成された埋め込みトラ
ンジスタと、を備える単位セルを、半導体基板上に行列
２次元状に配列した固体撮像装置であって、上記キャパ
シタにより上記検出部の電位を変化させ、検出部の電子
を上記インプラ領域の電位障壁を越えて上記ドレインに
排出してリセットを行うことを特徴とする。

【００３０】この発明によれば、読出しトランジスタの
ドレインを構成する素子形成領域が複数に分割されてお
り、素子形成領域の面積が小さいので、読出しトランジ
スタのドレインの基板容量を小さくできる。したがっ
て、光電変換ゲインが大きくなる。

【００３１】またこの発明によれば、単位セルの選択を
行う容量を形成する増幅トランジスタの制御電極側の電
極の上が、完全に垂直選択線に覆われているので、寄生
容量を介する垂直信号線等からの雑音の飛び込みを抑圧
できる。したがって、低雑音の固体撮像装置を提供でき
る。

【００３２】(4) 更にこの発明は、(1) の固体撮像装
置と、この固体撮像装置からの出力信号を処理する信号
処理回路と、上記固体撮像装置及び信号処理回路の動作
を制御する制御回路と、を具備してなることを特徴とす
る半導体集積回路装置である。 (5) 更にこの発明は、(1) の固体撮像装置と、被写体
からの光学像を受光し、この光学像を上記固体撮像装置
の受光部に導く光学系と、上記固体撮像装置からの出力
信号を処理して映像信号を作成する信号処理部と、上記
固体撮像装置及び信号処理部の動作を制御する制御回路
部と、を具備してなることを特徴とする固体撮像装置応
用システムである。 この発明によれば、単位セルでの光
電変換ゲインを高くして高感度化を図ることができると
共に、寄生容量を介する増幅トランジスタのゲートへの
垂直信号線等からの雑音の飛び込みを抑圧して低雑音化
を図ることができる低雑音、高画質、高ダイナミックレ
ンジの固体撮像装置応用システムが得られる。さらに
は、増幅型ＭＯＳセンサの固定パターンノイズが問題に
なる場合においてもこれを除去して高ダイナミックレン
ジ、高画質化を図った固体撮像装置応用システムを提供
することができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
実施の形態を説明する。

【００３４】（第１の実施の形態） 図１は、この発明の固体撮像装置の第１の実施の形態に
係る固体撮像素子の単位セルの平面図である。尚、以下
に述べる実施の形態に於いて、同一の部分には同一の参
照番号を付して説明を省略する。

【００３５】図１に於いて、単位セルには素子領域２０
上に垂直方向に隣接して第１及び第２のダイオード２１
及び２２が設けられている。第１のフォトダイオード２
１の下方には第１の読出しトランジスタのゲート配線２
３が、第２のフォトダイオード２２の上方には第２の読
出しトランジスタのゲート配線２４が設けられている。
そして、これらゲート配線２３及び２４の間には、第１
の読出しトランジスタのドレイン２５が形成されてい
る。

【００３６】上記ドレイン２５は、ジャンプ配線２６を
経て、増幅トランジスタのゲート２７に電気的に接続さ
れている。増幅トランジスタのドレイン２８は、コンタ
クトを経て電源線（図示せず）へ、また増幅トランジス
タのソース２９はコンタクトを経て垂直信号線（図示せ
ず）に接続されている。更に、増幅トランジスタのゲー
ト２７は、上記ジャンプ配線２６を経て、リセットトラ
ンジスタの素子領域３０上に形成されたリセットトラン
ジスタのソース３１にも電気的に接続されている。上記
リセットトランジスタの素子領域３０上には、リセット
トランジスタのゲート配線３２を挟んでソース３１と反
対側にドレイン３３が形成されている。

【００３７】尚、３１′及び３２′は、それぞれ隣接す
るセルのリセットトランジスタのソース及びゲート配線
である。

【００３８】次に、このように構成されたセルの動作に
ついて説明する。

【００３９】素子領域２０に形成された第１のフォトダ
イオード２１で光電変換されて発生された信号電荷は、
ゲート配線２３に読出しトランジスタをオンするパルス
を印加することによって、第１の読出しトランジスタの
ドレイン２５に読出される。このドレイン２５は増幅ト
ランジスタのゲート２７に電気的に接続されているの
で、信号電荷の読出しに伴って増幅トランジスタのゲー
ト２７の電位が変化される。また、増幅トランジスタの
ゲート２７の電位変化によって、垂直信号線の電位が変
化される。この垂直信号線の電位変化が、フォトダイオ
ード２１の出力となる。

【００４０】上記信号電荷の読出し後は、増幅トランジ
スタのゲート２７の電位は、所望の電位にリセットされ
る。同様に、第２のフォトダイオード２２で光電変換さ
れて発生された信号電荷は、ドレイン２５に読出された
後、増幅トランジスタを用いて垂直線の電位が変化され
て取出される。

【００４１】この第１の実施の形態では、読出しトラン
ジスタのドレインの基板容量は、実質的に、増幅トラン
ジスタのゲートの電位のリセットトランジスタのソース
の基板容量との和になる。しかしながら、読出しトラン
ジスタのドレインを形成する素子形成領域２０と、リセ
ットトランジスタのソースを形成する素子形成領域３０
は直接接続されずにＬＯＣＯＳ領域で分離されており、
ジャンプ配線２６を介して電気的に接続されて、不必要
に基板容量が大きくなることを防いでいる。

【００４２】また、同実施の形態では、読出しトランジ
スタのドレインは、周辺を二種類の読出しトランジスタ
のゲート配線で取り囲まれており、素子分離領域と接す
る周辺長が短く、寄生容量が小さいという長所を有して
いる。

【００４３】このように、第１の実施の形態によれば、
読出しトランジスタのドレインの素子形成領域がＬＯＣ
ＯＳ領域で複数に分断されているので、素子形成領域の
面積が小さくなり、増幅トランジスタのゲートの基板容
量が小さくなる。したがって、増幅トランジスタのゲイ
ンが高い単位セルが得られる。

【００４４】また、読出しトランジスタのドレインは、
周辺を２種類の読出しトランジスタのゲート配線に取り
囲まれており、素子分離領域と接する周辺長が短く、寄
生容量が小さく、増幅トランジスタのゲインが高い単位
セルが得られる。

【００４５】次に、この発明の第２の実施の形態を説明
する。

【００４６】（第２の実施の形態） 図２は、この発明の第２の実施の形態に係る固体撮像装
置の単位セルの平面図である。

【００４７】図２に於いて、単位セルには、素子領域３
５上に垂直方向に隣接して第１及び第２のダイオード３
６及び３７が設けられている。第１のフォトダイオード
３６の下方には第１の読出しトランジスタのゲート配線
３８が、第２のフォトダイオード３７の上方には第２の
読出しトランジスタのゲート配線３９が設けられてい
る。そして、これらゲート配線３８及び３９の間には、
第１の読出しトランジスタのドレイン４０が形成されて
いる。

【００４８】上記ドレイン４０は、ジャンプ配線４１を
経て、増幅トランジスタのゲート４２に電気的に接続さ
れている。増幅トランジスタのドレイン４３は、コンタ
クトを経て電源線（図示せず）へ、また増幅トランジス
タのソース４４はコンタクトを経て垂直信号線（図示せ
ず）に接続されている。更に、増幅トランジスタのゲー
ト４２は、上記ジャンプ配線４１を経て、リセットトラ
ンジスタの素子領域４５上に形成されたリセットトラン
ジスタのソース４６にも電気的に接続されている。上記
リセットトランジスタの素子領域４５上には、リセット
トランジスタのゲート配線４７を挟んでソース４６と反
対側にドレイン４８が形成されている。

【００４９】尚、４９は、アドレストランジスタのゲー
ト配線である。

【００５０】次に、図３の回路図を参照して、固体撮像
装置の動作について説明する。

【００５１】フォトダイオード５０で光電変換されて生
じた信号電荷は、読出し線５１がハイレベルにされて読
出しトランジスタ５２がオンされることによって、増幅
トランジスタ５３のゲート４２に読出され、ゲートの電
位を変化させる。垂直信号線５４の電位は、増幅トラン
ジスタ５３のゲート４２の電位に応じて変化する。

【００５２】信号が読出された後は、リセットトランジ
スタ５５のゲート４７がハイレベルにされて、増幅トラ
ンジスタ５３のゲート電位が所望の位置にリセットされ
る。また、単位セルのアドレスは、増幅トランジスタ５
３のゲートにキャパシタ５６により容量結合されている
アドレスゲート配線４９が用いられて行われる。

【００５３】図４は、図２に示された固体撮像装置の単
位セルの部分断面図である。

【００５４】図４に於いて、ｐ型基板５８上にｎ型不純
物拡散層５９、ＬＯＣＯＳ領域６０、ゲート酸化膜４２
ｂ、層間絶縁膜６１が形成されている。上記ｎ型不純物
拡散層５９は、コンタクト４２ａを介して層間絶縁膜６
１上に形成された下部電極としてのジャンプ配線４１と
接続されている。そして、このジャンプ配線４１は、垂
直選択キャパシタ絶縁膜６２によって全面的に覆われて
いる。更に、この垂直選択キャパシタ絶縁膜６２上に
は、上部電極としてのアドレスゲート配線４９が形成さ
れている。

【００５５】このように、同実施の形態では、増幅トラ
ンジスタのゲート４２と電気的に接続された下部電極４
１が、垂直選択キャパシタ絶縁膜６２に完全に覆われて
いるので、寄生容量を介する垂直信号線等からの雑音の
飛び込みが少ない。このため、固体撮像装置の低雑音化
に有利となる。

【００５６】この第２の実施の形態としては、アドレス
容量を形成する上部電極と下部電極をセルファラインで
形成して、エッジをそろえた単位セルが望ましい。この
場合、容量のばらつきを低減することができる。容量の
ばらつきが少ないと、感度むらの少ない固体撮像装置を
構成することができる。

【００５７】ところで、基本的な増幅型固体撮像装置の
セルパターン（安藤、川島、田中他テレビジョン学会誌
Vol.49, No.2, pp.188-195(1995)による）は、図５
（ａ）に示されるように構成されている。また、図５
（ｂ）は同図（ａ）に対応する１セル分の回路図であ
る。

【００５８】図５（ａ）及び（ｂ）に於いて、活性領域
６５は、フォトダイオードとトランジスタのソース／ド
レインが形成される。活性領域６５以外の部分は素子分
離領域６６が形成されている。フォトダイオード６７は
増幅トランジスタ６８のゲートと電気的に接続されてい
るもので、この増幅トランジスタ６８の電流がフォトダ
イオード６７の電位によって変調される。これによっ
て、フォトダイオード６７の信号が外部に読出される。

【００５９】このセルは２次元状に多数配置されている
ので、行を選択するためのアドレストランジスタ６９が
設けられている。このアドレストランジスタ６９をオン
している行だけ増幅トランジスタに電流が流れるので、
これにより所望の行を選択することができる。

【００６０】リセットトランジスタ７０はフォトダイオ
ード６７の信号をリセットするために設けられたもの
で、光信号はリセットトランジスタ７０を通って増幅ト
ランジスタのドレイン６８Ｄに捨てられる。尚、この例
では、リセットトランジスタ７０のゲートは、１行上の
画素のアドレスゲートと共用になっている。更に、ドレ
イン６８Ｄは、この例では増幅トランジスタのドレイン
と共用している。

【００６１】尚、ドレイン配線は図を簡略化するため
に、ここでは図示されていないが、図に於いて水平方向
に、１層目のアルミ（１Ａ1 ）で作られている。また、
信号線Ｓigは、２層目のアルミ（２Ａｌ）で垂直方向
に、図示は線で示されるように設けられている。

【００６２】ここで、検出部７１を、増幅トランジスタ
６８のゲートと電気的に接続されている部分とする。す
なわち、検出部７１とは、セルの外部に読出される信号
を直接決める部分である。例えば、図５（ａ）ではリセ
ットトランジスタ７０より左側の活性領域である。

【００６３】更に、他のセル回路の例を図５（ｃ）に示
す。

【００６４】ここでは、フォトダイオード６７の電子
は、転送トランジスタ７２を通して検出部７３に転送さ
れる。この理由は、詳しくは述べないがｋＴＣ雑音を除
去するため、または同時性動作を行うためである。ま
た、アドレスは、トランジスタではなくアドレスキャパ
シタ７４によって行われる。つまり、アドレスキャパシ
タ７４の、検出部７２と反対側のノ一ドの電位を上下さ
せ、容量結合によって検出部電位、すなわち増幅ゲート
電位を上下させて行の選択が行われる。

【００６５】尚、増幅トランジスタ６８のドレインとリ
セットトランジスタ７０のドレインは、別々でも良い。

【００６６】ところで、上述したように、従来の基本的
な増幅型固体撮像装置は１セル当たりのトランジスタの
数が多いために微細化が困難であるという問題点があ
る。例えば、現在一般的な固体撮像装置であるＣＣＤで
は、０．８μｍ程度のデザインルールで一辺７μｍ程度
のセルが実用化されている。これに対して、増幅型固体
撮像装置は、図５（ａ）に示される例の場合、０．８μ
ｍのデザインルールで縦１３．５μｍ、横１７．０μｍ
となっている。

【００６７】このように、ＣＣＤ等の微細なセルを増幅
型固体撮像装置の基本的な構成で実現することは非當に
困難であった。更に、転送ゲートを追加すると、より微
紬化が難しくなる。

【００６８】また、基本的な増幅型固体撮像装置は、シ
リコン基板からの高さが高いものであった。ドレイン配
線と信号線は電流を流す配線であるため、どちらも抵抗
が低い金属配線、特に現在の技術ではＡ1 配線が必要と
される。図５（ａ）に示される例では、１ＡＩがドレイ
ン配線、２Ａ1 が信号線に使用されている。更に実用化
のためには、フォトダィオード以外に入射される光を遮
るための遮光膜が必要となり、これを３層目の金属（例
えば３Ａｌ）で作成する必要がある。これによって、デ
バイスのシリコン基板からの高さが更に高いものとな
る。

【００６９】高さが高くなると、このデバイス上に設け
られる色フィルタやマイクロレンズの作成が困難にな
る。また、遮光膜が高いところにあると、当然、遮光の
精度も悪くなる。更に、配線層が多いと、それだけ製造
プロセスも長くなる。ＣＣＤの場合は、アルミ配線は１
層で済むため、これと比べて増幅型固体撮像装置は不利
となっていた。

【００７０】また、増幅型固体撮像装置では、あるフォ
トダイオードに大量の光が入射すると、光電変換された
電子がそのフォトダイオードから溢れ、周囲のセルのフ
ォトダイオードに吸収される、ブルーミングが生じる。
このブルーミングが起こると、周囲のセルに光が入って
なくても光が入ったのと同じ状態になるので問題とな
る。上述した基本的な構成の増幅型固体撮像装置の場
合、信号電位を増幅ゲートに保持していなければならな
い期間はフォトダイオードの光電子をリセットすること
ができないのでブルーミングが起こりやすい。

【００７１】以下は、セルの微細化を行うと共に、シリ
コン基板からのデバイスの高さが高くならず、ブルーミ
ングを防止した増幅型固体撮像装置の例について説明す
る。

【００７２】先ず、転送ゲートを導入したセルで、より
微細なセルを作成するためにリセット手段として埋込み
型のトランジスタを使用する。埋込み型のトランジスタ
の動作原理について、図６を参照して説明する。

【００７３】図６（ａ）は、埋込みトランジスタの平面
図である。活性領域７６上の検出部７７とドレイン７８
の間に、イオンインプラ領域７９が存在する。この部分
は、従来のように、ＭＯＳトランジスタでリセットを行
う場合はゲートとなる配線が存在した部分である。この
イオンインプラ領域７９に特に配線を作成せずに、イオ
ンインプラによってその部分のチャネル電位の設定を行
うだけであるので、微細化に有利になる。

【００７４】図６（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれ信号保持
期間、リセット期間及びリセット後に於ける上記各部の
ポテンシャル図であり、正の方向を下向きにとって表さ
れている。

【００７５】図６（ｂ）に示されるように、信号保持期
間には信号電子が検出部７７に存在する。そして、図６
（ｃ）に示されるように、信号のリセットは、検出部７
７側の電位をマイナス側に操作することによって、イオ
ンインプラ領域７９のチャネル電位以上のエネルギーを
有する電子をドレインに排出して行われる。検出部７７
の電位をマイナス側に操作する具体的な方法は、検出部
７７と容量結合を有する配線の電圧をマイナス方向に振
ることによって行うことができる。リセット後は、図６
（ｄ）に示されるように、検出部７７の電位を元に戻し
てリセットが完了する。

【００７６】このように、埋込み型のトランジスタを採
用すれば、微細化に有利になる。この埋込み型トランジ
スタを採用したうえで、最も効率のいい平面セルパター
ンは、光信号がフォトダイオードから検出部に転送され
る際の電流の向きと増幅トランジスタに於ける電流の向
きが並行で反対向きであり、リセットがそれらと垂直の
向きに検出部と増幅トランジスタのドレインを結んで行
われるものである。

【００７７】すなわち、活性領域は、図７に示されるよ
うに配置するのが好ましい。

【００７８】図７に於いて、転送トランジスタ７２のゲ
ートは、図中水平方向の実線で示されるように設けられ
る。また、検出部７７から増幅トランジスタ６８へのゲ
ート配線は、図中矢印で示されるように左右何れかの増
幅トランジスタ６８に人る。そして、例えばこのゲート
に重ねて容量結合を有するアドレス配線を通せば、公知
のように、この配線によって増幅ゲートの電位を上下さ
せて行の選択ができ、且つ、新規の効果として、検出部
７７の電位を上下させて埋込み型のリセットトランジス
タ７０を動作させることができる。

【００７９】このようにゲート配線がリセットトランジ
スタ７０の上下に設けられ、リセットトランジスタ７０
はゲート配線の不要な埋込み型のトランジスタとなって
いることによって、最も効率のいい平面セルパターンを
形成することができる。

【００８０】次に、遮光膜をドレイン配線とを共用する
ことを考える。シリコン基板からの高さを低くする方法
として、遮光膜と配線を兼用することができる。特に、
ドレイン配線を遮光膜と兼用すると良い。その理由は、
トランジスタのゲートの配線は、行毎に独立して電位を
与えられることが要請され、信号線は列毎に独立である
ことが要求されるのに対して、ドレインは全画素で同電
位になることが許されるからである。

【００８１】画素部のうち、フォトダイオードの上方以
外の部分をドレインの金属配線で覆うことによって、デ
バイスの高さを低くすると共に、製造工程数を軽減し
て、且つ遮光を確実に行うことができる。

【００８２】シリコン基板からの高さを低くするもう１
つの方法として、ドレイン配線と信号線を同一の配線層
で形成することがある。ドレイン配線は各行で必ずしも
独立である必要は無いので、信号線と同方向にドレイン
配線を延出すれば、信号線とドレイン配線を同一の金属
配線層で形成することができる。この場合も、遮光膜と
併せて金属配線層は２層で済むので、デパイスの高さを
低くすると共に製造工程を減して、遮光を確実に行うこ
とができる。

【００８３】また、埋込み型のトランジスタを用いず、
通常のＭＯＳトランジスタのみでリセットトランジスタ
と増幅トランジスタを実現するためには、リセットをフ
ォトダイオードから直接行い、このドレインを増幅トラ
ンジスタのドレインに一致させると微細化が容易にな
る。

【００８４】例えば、キャパシタ７４によるアドレス、
転送トランジスタを有する場合に、セル回路は図８に示
されるように構成される。特に転送トランジスタ７２を
設ける場合、リセットトランジスタ７０の向きが転送ト
ランジスタ７２とも増幅トランジスタ６８とも直交する
向きであると良い。これは、純粋にパターン配置上の問
題によるもので、フォトダイオードのような大きく作り
たいものにトランジスタを直接接続することによって、
小さな面積での配置がしやすくなるからである。

【００８５】図８に示されるような、転送トランジスタ
７２を有するセルの構造では、転送ゲートを通して検出
部７７に転送された信号電荷をリセットするには、転送
ゲートとリセットゲートの両方をオンにし、検出部７７
からフォトダイオード６７を通してドレインに信号電子
を捨てることになる。転送ゲートをオフにして、リセッ
トゲートをオンにすると、検出部７７の信号には影響を
与えずにフォトダイオード６７のリセットを行うことが
できる。

【００８６】このことを用いて、フォトダイオード６７
の信号を検出部７７に転送した後に、フォトダイオード
６７のリセットを行い続ける勤作によって、この期間に
強い光が入射した場合にフォトダイオード６７から電子
が漏れ出すブルーミングを引き起こすことが防止でき
る。

【００８７】次に、この発明の第３の実施の形態を説明
する。

【００８８】（第３の実施の形態） 図９は、この発明の第３の実施の形態を示すもので、増
幅型固体撮像装置のセルパターン図である。

【００８９】図９に於いて、フォトダイオード６７の下
方に転送トランジスタ７２のゲートが、水平方向に形成
されている。上記フォトダイオード６７から転送トラン
ジスタ７２を通じて、検出部７７に信号電荷が転送され
る。検出部７７には、増幅トランジスタ６８のゲートが
接続されている。

【００９０】検出部７７の右側には、リセットのための
埋込み型のリセットトランジスタ７０の領域が存在す
る。この領域には、チャネル電位制御のためのイオンイ
ンプラが行われる。また、リセットの際に、信号電子は
検出部７７から埋込みトランジスタ７０を通じてドレイ
ンＤに捨てられる。ドレインは、増幅トランジスタ６８
のドレインと共有になっている。この増幅トランジスタ
６８のソース側Ｓigは、垂直方向に形成されている信号
線に接続されている。

【００９１】以上の構成要素で、光信号がフォトダイオ
ード６７から検出部７７に転送される際の電流の向き
と、増幅トランジスタ６８に於ける電流の向きが、並行
で反対向きである。そして、リセットトランジスタと７
０は、これらと垂直の向きに検出部７７と増幅トランジ
スタ６８のドレインを接続して行われるようになってい
る。

【００９２】アドレスは、アドレスキャパシタ７４を用
いて行われる。アドレスキャパシタ７４は、増幅トラン
ジスタ６８のゲートと、その上に水平方同に直線状に通
されたアドレスゲート配線の間の容量として作られる。
尚、ここでは、アドレスゲート配線は図が煩雑になるの
で省略している。

【００９３】アドレスキャパシタ７４は、検出部７７の
電位を上下させることによって、埋込み型のリセットト
ランジスタ７０でリセットを行うためにも用いられる。
また、信号線は１層目の金属配線によって作られている
が、ドレイン配線は２層目の金属配線によってフォトダ
イオード６７の上方以外の部分を覆うことによって、遮
光膜８０と共用している。

【００９４】この構成によって、０．７μｍのデザイン
ルールを用いて１／４インチ３３万画素に対応する、一
辺５．５μｍのセルが、フォトダイオード６７の開口率
１６％を確保Ｌて作成でき、ＣＣＤと同程度の画素の微
細化が達成される。

【００９５】次に、この発明の第４の実施の形態を説明
する。

【００９６】（第４の実施の形態） 図１０は、この発明の第４の実施の形態を示すもので、
増幅型固体撮像装置のセルパターン図である。

【００９７】図１０に於いて、フォトダイオード８１の
信号電荷は、図示右側の転送トランジスタ８２を通って
検出部８３に送られる。この検出部８３には、増幅トラ
ンジスタ８４のゲートが接続されている。

【００９８】リセットトランジスタ８５は、フォトダイ
オード８１の上方に配置されている。リセットトランジ
スタ８５の向きは、転送トランジスタ８２とも増幅トラ
ンジスタ８４とも垂直になっている。この例では、リセ
ットトランジスタ８５と転送トランジスタ８２のゲート
が、図示上下の画素で共有されている。

【００９９】フォトダイオード８１のリセットは、リセ
ットトランジスタ８５を通してフォトダイオード８１か
らドレインＤに電荷を転送することによって行われる。
また、検出部８３のリセットは、同時に転送トランジス
タ８２のゲートもオンにすることによって、フォトダイ
オード８１を通してドレインに電子を排出することによ
って行われる。

【０１００】ドレインＤは、リセットトランジスタ８５
のドレインと共に増幅ゲートのドレインも兼用してお
り、図示すし方向に形成されているドレイン配線に接続
されている。増幅トランジスタ８４のソースＳigは、垂
直方向に形成されている信号線に接続されている。

【０１０１】ドレイン配線と信号線は平行に配設されて
おり、どちらも第１層目のＡｌ配線によって形成されて
いる。尚、図１０には示されていないが、フォトダイオ
ード８１の位置以外の部分は、第２層目のＡｌによる遮
光膜が形成されている。更に、アドレスに関しては、上
述した第３の実施の形態と同じであり、同図にはアドレ
スゲート配線は示されていない。

【０１０２】この構成では、第３の実施の形態と同じ
く、０．７μｍのデザインルールを用いて１／４インチ
３３万画素に対応する、一辺５．５μｍのセルが、フォ
トダイオードの開口率１６％を確保して作成することが
できる。したがって、ＣＣＤと同程庶の画素の微細化が
達成されている。

【０１０３】ここで、図１１のタイミングチャートを参
照して、第４の実施の形態の構成での動作を説明する。

【０１０４】図１１のタイミングチャートは、セルが２
行配列されている場合の転送トランジスタ８２のゲート
と、リセットトランジスタ８５のゲートのパルスが表さ
れている。それ以外のパルスは、ここでは本質的でない
こととセル部の外の回路に依存することから省略してい
る。

【０１０５】先ず、時刻ｔ₁ 〜ｔ₂ の期間にかけて、全
行の転送トランジスタ８２とリセットトランジスタ８５
がオンにされて、全画素の検出部８３とフォトダイオー
ド８１がリセットされる。次いで、時刻ｔ₂ には全行の
転送トランジスタ８２とリセットトランジスタ８５がオ
フにされて光電子がフォトダイオード８１に蓄積が開始
される。

【０１０６】時刻ｔ₃ では、全行の転送トランジスタ８
２がオンされて、それまでフォトダイオード８１に蓄積
された電子が検出部８３に転送される。つまり、上記ｔ
₂ 〜ｔ₃ の期間が受光期間である。

【０１０７】そして、時刻ｔ₄ には、全行のリセットト
ランジスタ８５がオンにされることによって、フォトダ
イオード８１に流入される光電子がドレインＤに排出さ
れるようになる。これによって、強い光が入射されても
ブルーミングが生じなくなる。

【０１０８】上述した図５（ｂ）、（ｃ）に示されてい
るような基本的なセル回路では、リセットトランジスタ
がオンにされると、検出部の信号電子がリセットされて
しまうため、この動作はできない。

【０１０９】時刻ｔ₅ では、セル部の外側の回路によっ
て、行１の検出部８３の電位が読出される。次いで、時
刻ｔ₆ で、上記行１の転送トランジスタ８２がオンされ
ると行１の検出部８３がリセットされる。その後、時刻
ｔ₇ では、セル部の外側の回路によって行１の検出部８
３のリセットされた電位が読出され、上記した値との差
が真の信号量として出力される。

【０１１０】次に、時刻ｔ₈ にて、行２の検出部８３の
電位がセル部の外側の回路によって読出される。そし
て、時刻ｔ₉ で、行２の転送トランジスタ８２がオンさ
れると、行２の検出部８３がリセットされる。

【０１１１】更に、時刻ｔ₁₀にて、セル部の外側の回路
によって行２の検出部８３のリセットされた電位が読出
され、上記した値との差が真の信号量として出力され
る。

【０１１２】このようにして、全画面の信号が読出され
る。

【０１１３】尚、ここでは、行数が２の場合を例として
説明したが、コレクタに限られるものではなく、行数が
３以上であっても本質的に同じである。

【０１１４】ところで、セルを微細化して構成していく
上では、隣接するセルの信号線等を共通にすることが考
えられている。ところが、上述したように、セルが隣接
して配置されていて各セル上の開口が同一の大きさに形
成されている場合、遮光膜や電極によって部分的に遮ら
れる箇所が存在するため、入射光に対する感度を全て同
じにすることは、現実には困難なものとなっている。

【０１１５】これを改善するためには、隣接する行或い
は列、例えば、奇数行のセルと偶数行のセルの光電変換
効率を異なるように設定すれば良い。具体的には、 （１）遮光膜及びその他の電極によって規定される光学
的開口率が、奇数行と偶数行で異なるように設ける。

【０１１６】（２）半導体基板内の光電変換部の光発生
キャリアの収集効率が、奇数行と偶数行で異なるように
設定する。

【０１１７】図１２は、こうしたセルの光電変換効率を
改善するための一例を示した遮光膜開口の配置図であ
る。同図に於いて、例えば奇数行に配置された遮光膜開
口９０は、その隣接する行、すなわち偶数行に配置され
た遮光膜開口９１よりも開口部分が大きく形成されてい
る。

【０１１８】このように、予め隣接する行で光学的開口
率を異ならせて形成することにより、隣接するセルの入
射光に対する感度を等しくすることが可能となる。

【０１１９】また、図１３（ａ）、（ｂ）及び図１４は
遮光膜開口を等しくした場合の例を示した配置図であ
る。

【０１２０】図１３は、例えば奇数行のセルに対する遮
光膜以外の電極９２と、偶数行のセルに対する遮光膜以
外の電極９３の面積を異ならせて配置したものである。
そして、図１３（ａ）に於いては、各電極９２及び９３
は、遮光膜開口９０のコーナー部分に一部突出して形成
されている。一方、図１３（ｂ）では、画電極９２及び
９３は、それぞれの行に於ける隣接するセル間に配設さ
れている。

【０１２１】また、図１４は、奇数行と偶数行のセルで
共用する遮光膜以外の電極９４を、それぞれのセルの間
に配設した例を示している。

【０１２２】図１５は、半導体基板内の光電変換部の光
発生キャリアの収集効率を変えて形成した第１の例を示
したものである。すなわち、奇数行のフォトダイオード
９５ａと、偶数行のフォトダイオード９５ｂの面積を異
なるように設定している。

【０１２３】更に、図１６は、半導体基板内の光電変換
部の光発生キャリアの収集効率を変えて形成した第２の
例を示したものである。例えば、奇数行のフォトダイオ
ード９５ではその間にその他の拡散層９６が形成され、
偶数行のフォトダイオード９５の間には上記拡散層９６
は形成されないようにしている。

【０１２４】また、図１７は、半導体基板内の光電変換
部の光発生キャリアの収集効率を変えて形成した第３の
例を示したものである。すなわち、奇数行と偶数行のフ
ォトダイオード９５で共用する拡散層９７が各フォトダ
イオード９５の間に形成されている。

【０１２５】尚、図１２乃至図１７に示された遮光膜開
口或いはフォトダイオード等の設定は、奇数行と偶数行
が反対であっても良いものである。

【０１２６】これによって、増幅型ＭＯＳ型固体撮像素
子の微細化が可能となる。また、固体撮像素子の高さが
低くなって色フィルタやマイクロレンズが付け易くなる
うえ、確実に遮光を行うことができる。

【０１２７】次に、上述のような増幅型ＭＯＳ型固体撮
像素子の応用例を説明する。

【０１２８】（第５の実施の形態） 上述した高光電変換ゲイン、低雑音ＭＯＳ型固体撮像装
置（ＣＭＯＳセンサ）を使用した応用装置の実施例を説
明する。

【０１２９】固体撮像素子として、従来よりＣＣＤセン
サを用いることが一般的である。固体撮像素子の基本的
構成は図２２に示すように、入力部Ｉ、処理部II、出力
部III からなる。入力部Ｉは受光部であり、この受光部
Ｉは画素を構成するフォトダイオードを複数画素分、配
列して、受光量に対応して各画素から電気信号を出力す
る構成である。処理部IIはこの各画素の信号を順に読み
出すと共に、ノイズキャンセルする部分であり、出力部
III は各画素から読み出された信号を出力する回路であ
る。ＣＣＤセンサの場合、複数種の駆動電源を必要と
し、省エネ化をはかりにくく、また、電池駆動とする場
合に、複数種の電圧を作るために、回路規模の大きな電
源回路を必要とする。

【０１３０】本発明ではＣＣＤセンサの代わりに、単一
電源で駆動可能なＭＯＳセンサを用い、そして、かつま
た、低雑音、高画質化を図るために、上述した本発明の
ＭＯＳセンサを用いた応用システムとする。

【０１３１】尚、本発明においての主題ではないが、固
定パターンノイズの対策をとる必要のある場合も念頭に
おいて、ここでは、前記処理部に読み出し制御の回路の
ほかにノイズキャンセラ回路を設けた例を示す。そし
て、これにより一層の省エネ化と、小型化、高画質化を
図る。

【０１３２】本発明で用いられるＭＯＳセンサは、ｍ×
ｎ個のフォトダイオードをマトリックス状に配列したｍ
×ｎ画素構成のＭＯＳセンサであり、フォトダイオード
ｍ×ｎ個をマトリックス状に配列した受光部（入力部）
と、この受光部を構成する各フォトダイオードから順に
信号を読み出すための読み出し部およびノイズキャンセ
ラ回路部を備えた処理部、この処理部で読み出された信
号を出力する出力部から構成される。

【０１３３】処理部には読み出し部と本発明によるノイ
ズキャンセラ回路が設けられている。本発明で用いられ
るＭＯＳセンサは、雑音成分のみを取り出すタイミング
と、雑音成分の乗った信号成分の取り出しのタイミング
とに分けて信号を取り出し、これより雑音成分をキャン
セルすることで、雑音の影響の無い信号成分を得ようと
するものである。そして、ノイズキャンセラ回路は雑音
成分のみの出力時と、雑音成分と信号成分の出力時とで
インピーダンスを揃えることができるようにして精度良
くノイズをキャンセルできるようにした。このようなノ
イズキャンセラ回路が備えられていることにより、本発
明で用いるＭＯＳセンサは、十分に実用化レベルに達し
た低ノイズで、しかも高速にノイズキャンセルが行える
高性能なＭＯＳセンサとなっている。

【０１３４】なお固体撮像素子として、本発明で用いら
れるＭＯＳセンサを用いるようにすると、ＭＯＳセンサ
における光電変換を行うセンサ部と、その他の回路（Ｉ
Ｖ変換回路、ＡＧＣ回路、ＣＬＰ回路、ＡＤＣ回路）
は、通常のＭＯＳプロセスを用いて製造することができ
るようになる。そのため、これらの回路を同一半導体チ
ップ上に形成することが容易になる。また、これにより
低消費電力化が実現され、ビデオカメラ等においては単
一電圧で駆動可能になって、電源回路が簡易化され、電
池駆動がし易くなる。

【０１３５】（第６の実施の形態） システム応用例を説明する。

【０１３６】低消費電力・低電圧化を図り、しかもＳ／
Ｎの良い、単一電源化を図ったＭＯＳ型固体撮像装置を
適用した各種システムを説明する。

【０１３７】図２３に画像検出部としてＭＯＳセンサを
用いた装置の一般的構成を示す。図に示すように、光学
系Ａ１、ＭＯＳセンサＡ２、信号応用部Ａ３より構成さ
れている。光学系Ａ１は、ＭＯＳセンサＡ２に光学像を
導く装置であり、具体的にはレンズ、プリズム、ピンホ
ール、ダイクロイックミラー、集光性光ファイバ、凹面
鏡、凸面鏡、色フィルタ、シャッタ機構、絞り機構等
を、システムの用途に応じて適宜組み合わせて構成され
る。

【０１３８】ＭＯＳセンサＡ２は光学系Ａ１にて導かれ
た光学像をその光量対応に画像信号に変換すると共に、
ノイズキャンセル処理して雑音のない信号成分のみを出
力する装置である。ＭＯＳセンサＡ２の有するこのノイ
ズキャンセル処理の要素が、詳細は後述する重要な要素
の一つであるノイズキャンセラ回路である。

【０１３９】信号応用部Ａ３はノイズキャンセル処理さ
れたＭＯＳセンサＡ２の出力を、システムの形態に応じ
て加工する装置である。例えば、システムとしてビデオ
カメラを想定した場合においては、信号応用部Ａ３はＭ
ＯＳセンサＡ２から出力された画像信号をＰＡＬ方式、
あるいはＮＴＳＣ方式等の複合映像信号に変換するなど
の応用機能部分である。

【０１４０】ＭＯＳセンサＡ２は、単一電源で駆動可能
であり、また、光を電気信号に変換するための受光部と
してフォトダイオードを用いている。フォトダイオード
は画素に相当するものであり、複数個、マトリクス状に
配設してあるのは、従来と同じである。画素を微細化す
るために、フォトダイオードは面積が小さくなるが、そ
のため、出力は小さくなり、その小さな出力を増幅する
ために、画素に対応して増幅器（トランジスタ）を設け
てある。この増幅器（トランジスタ）を通すことで発生
する雑音（増幅トランジスタの特性上、避けられない雑
音成分）を、ＭＯＳセンサＡ２の有するフォトダイオー
ドの出力のリセット操作、このリセット操作時の増幅器
（トランジスタ）の出力信号（雑音成分）の保持、この
保持した出力信号（雑音成分）とリセット操作前、また
はリセット操作終了後の増幅器（トランジスタ）の出力
信号（“信号成分＋雑音成分”）を利用しての両者のキ
ャンセル処理といった処理操作を行うことで、ノイズキ
ャンセルして信号成分のみを抽出する。

【０１４１】また、このＭＯＳセンサＡ２は後述する構
成にすることにより、出力信号の電圧振幅が１０ｍＶ程
度以下で、出力電流が１μＡ程度の以上の１／ｆ雑音の
無い出力を得ることができる。さらにこのＭＯＳセンサ
Ａ２の出力のダイナミックレンジはＣＣＤセンサと同程
度の７０ｄＢまたはそれ以上にまで向上し、適当な信号
処理を施すことにより、銀塩フィルムど同程度の９０ｄ
Ｂまで更に向上させることも可能である。

【０１４２】この結果、単一電源で、高感度の増幅型Ｍ
ＯＳセンサを撮像デバイスとして用いた各種システムを
実現でき、低消費電力・低電圧化を図ると共に、しかも
Ｓ／Ｎの良い増幅型ＭＯＳ型固体撮像装置（増幅型ＭＯ
Ｓセンサ）の応用装置を提供できる。

【０１４３】（第７の実施の形態） ＜増幅型ＭＯＳセンサのビデオカメラへの応用＞ 図２５に本発明におけるＭＯＳセンサを用いたビデオカ
メラの実施例を示す。図２５に示すように、本発明のビ
デオカメラ１００は、被写体像をとりこむ光学系である
レンズ１０１、この光学系のフォーカス調整するための
フォーカス調整機構１０２、光学系の入射光量を調整す
る絞り機構１１６やフォーカス調整機構１０２を制御す
る絞り調整・フォーカス調整回路１０３、レンズ１０１
で結像された光学像を画素単位でその光学像の光量に対
応した電気信号に変換する撮像素子であるＭＯＳセンサ
１０５、ＭＯＳセンサ１０５の結像面側に設けられ、画
素毎にＲＧＢのいずれかのカラーフィルタ部を有するカ
ラーフィルタアレイ１０４、ＭＯＳセンサ１０５により
得られた電気信号を電圧信号に変換する電流電圧変換回
路１０６、電流電圧変換回路１０６を経て得られた電圧
信号のレベルを調整するＡＧＣ回路１０７、ＡＧＣ回路
１０７を経てレベルが揃えられた電圧信号をクランプす
るクランプ回路（ＣＬＰ）１０８、ＣＬＰ１０８からの
出力をレベル対応のデジタル信号に変換するアナログデ
ジタル変換回路（ＡＤＣ）１０９、システムの動作の基
本となるタイミングをとるタイミングパルス（クロック
信号）を発生するタイミング制御回路１１０、このタイ
ミング制御回路１１０の出力するクロック信号に同期し
てＭＯＳセンサ１０５の駆動制御をするＴＧ／ＳＧ回路
１１１、ＡＤＣ１０９からの出力であるデジタル信号を
プロセス処理するプロセス制御回路１１２、このプロセ
ス制御回路１１２によりプロセス処理された信号をエン
コードするエンコーダ回路１１３、エンコードされた信
号を出力する出力回路１１４、出力回路１１４を介して
出力された信号をアナログ信号に変換するデジタルアナ
ログ変換回路１１５よりなる。

【０１４４】このような構成のビデオカメラ１００にお
いて、被写体からの光は、レンズ１０１を通してＭＯＳ
センサ１０５に入射し、入射した光は光電変換によって
電気信号に変換され電流値として出力される。ＭＯＳセ
ンサ１０５上には各画素に対応して赤、青、緑の色フィ
ルタが規則的に配列されたカラーフィルタアレイ１０４
が形成されており、これにより、１個のＭＯＳセンサ１
０５から３原色に対応するカラー画像信号が電気信号と
して出力される。

【０１４５】ＭＯＳセンサ１０５から出力された電気信
号は、電流電圧変換回路１０６、ＡＧＣ回路１０７、Ｃ
ＬＰ回路１０８を介してＡＤＣ回路１０９に供給され
る。

【０１４６】ＡＤＣ回路１０９はＣＬＰ回路１０８から
の画像信号に基づいて、例えば１サンプル値が８ビット
からなるデジタルデータに変換し、このデータをプロセ
ス制御回路１１２へ供給する。

【０１４７】プロセス制御回路１１２は、例えば色分離
回路、クランプ回路、ガンマ補正回路、ホワイトクリッ
プ回路、ブラッククリップ回路、ニー回路等からなり、
供給された映像信号に対して必要に応じてプロセス処理
を施す。また必要に応じ、色バランス等の処理を施す。
該プロセス制御回路１１２により処理された信号は、エ
ンコーダ回路１１３に送られる。

【０１４８】エンコーダ回路１１３では、送られてきた
信号を演算し、輝度信号、色差信号に変換する。また、
ビデオカメラ出力をネットワーク等により通信する場合
にはこのエンコーダ回路１１３においてＰＡＬやＮＴＳ
Ｃ方式等への複合映像信号に変換する処理が施される。

【０１４９】また、ＭＯＳセンサ１０５、電流電圧変換
回路１０６は、ＴＧ／ＳＧ（タイミングジェネレータ／
シグナルジェネレータ）回路１１１から送られるタイミ
ング信号、同期信号によりタイミングが制御される。こ
のＴＧ／ＳＧ回路１１１の動作電源および出力電圧は、
ＭＯＳセンサ１０５に供給される電源レベルと同一であ
る。

【０１５０】その後、映像信号は出力回路１１４を介し
てＤ／Ａ変換回路１１５に与えられ、このＤ／Ａ変換回
路１１５はこの入力された信号をアナログビデオ信号に
変換してカメラ信号として出力する。また、映像信号は
出力回路１１４を介して直接、デジタルの信号としての
出力も可能である。そしてこれらのカメラ信号は、ビデ
オテープレコーダ等の記録装置やモニタ装置に供給され
る。

【０１５１】本実施例では、低消費電力・低電圧化を図
り、しかも、１秒間に３０フレームの画像を処理する必
要のあるビデオカメラにおいて、固定パターン雑音成分
を水平帰線期間内にキャンセルすることができて、Ｓ／
Ｎの良い高画質の画像信号を得ることのできるビデオカ
メラを提供できるようになる。

【０１５２】なお、この実施例において、カラーフィル
タアレイ１０４と撮像デバイスであるＭＯＳセンサ１０
５は別体の構成のものを使用したが、近年においてはＣ
ＣＤデバイスを例に考えてみると、撮像デバイスとカラ
ーフィルタを一体にしたものも多い。そこで、カラーフ
ィルタアレー１０４とＭＯＳセンサ１０５を一体化した
構成のものを使用するようにすることもできる。カラー
フィルタアレー１０４とＭＯＳセンサ１０５を一体化し
た撮像デバイスは図２４の如き構成とすれば良い。

【０１５３】すなわち、多数の微細なフォトダイオード
ＰＤがマトリクス状に配置されて形成された半導体基板
Ｓｕｂの各フォトダイオード受光面側に、各フォトダイ
オード受光面の領域部分を開口させたしゃ光マスクであ
るしゃ光膜Ｍstを例えば、アルミニウムにより形成し
て、その上に透明な平滑膜Ｍftを形成し、さらにその上
にシアンフィルタＦCy，マゼンタフィルタＦMg，イエロ
ーフィルタＦYeを形成する。

【０１５４】フォトダイオードＰＤは、マゼンタ像用Ｍ
ｇ、グリーン像用Ｇ、イエロー像用Ｙｅ、シアン像用Ｃ
ｙに分けてあり、シアンフィルタＦCyはグリーン像用と
シアン像用のフォトダイオードの受光面上に、また、マ
ゼンタフィルタＦMgはマゼンタ像用のフォトダイオード
の受光面上に、イエローフィルタＦYeはイエロー像用の
フォトダイオードの受光面上に、それぞれ位置するよう
に形成する。そして、上面に透明なオーバーコート層Ｏ
c を形成し、その上にマイクロレンズアレイＬmcを形成
する。マイクロレンズアレイＬmcは多数の微小なレンズ
を並べて形成したものであり、それぞれの微小なレンズ
部分はフォトダイオードＰＤの受光面上に、来るように
設計されている。このマイクロレンズアレイＬmcによ
り、フォトダイオードＰＤに対する光の入射量を確保
し、フォトダイオードＰＤの検出感度を高めている。

【０１５５】このようなカラーフィルタ・一体形成型の
撮像デバイスを単板式撮像系の撮像素子（ＭＯＳセンサ
１０５）として用いるようにすると、カラーフィルタを
別置きにする必要が無くなり、ＭＯＳセンサ１０５の受
光面における各画素に対するカラーフィルタの位置合わ
せを省くことができ、光学系の省スペース化を図ること
ができるようにもなる。

【０１５６】（第８の実施の形態） ＜増幅型ＭＯＳセンサのビデオカメラへの応用＞ 図２６に本発明におけるＭＯＳセンサを用いた別のビデ
オカメラの実施例を示す。図２６に示す例は、図２５が
単板式撮像系であったのに対して、撮像系をＲＧＢ
（赤、緑、青）の３系統にわけた３板式のビデオカメラ
の例である。図２６に示すように、本発明のビデオカメ
ラ１００−２は、被写体像をとりこむ光学系であるレン
ズ１０１、この光学系のフォーカス調整するためのフォ
ーカス調整機構１０２、光学系の入射光量を調整する絞
り機構１１６やフォーカス調整機構１０２を制御する絞
り調整・フォーカス調整回路１０３、レンズ１０１で取
り込まれた光学像をＲＧＢの三原色成分に分解する色分
解プリズム２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂ、これら色分
解プリズム２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１ＢによりＲＧＢ
の三原色成分に分解された画像が結像されて画素単位で
その光学像の光量対応の電気信号に変換する撮像素子で
あるＲ成分用、Ｇ成分用、Ｂ成分用のＭＯＳセンサ１０
５Ｒ，１０５Ｇ，１０５Ｂ、これらＭＯＳセンサ１０５
Ｒ，１０５Ｇ，１０５Ｂにより得られた電気信号を電圧
信号に変換するＲ成分系統用、Ｇ成分系統用、Ｂ成分系
統用の電流電圧変換回路１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６
Ｂ、電流電圧変換回路１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂに
て得られた電圧信号のレベルを調整するＲ成分系統用、
Ｇ成分系統用、Ｂ成分系統用のＡＧＣ回路１０７Ｒ，１
０７Ｇ，１０７Ｂ、ＡＧＣ回路１０７Ｒ，１０７Ｇ，１
０７Ｂを経てレベルが揃えられた電圧信号をクランプす
るＲ成分系統用、Ｇ成分系統用、Ｂ成分系統用のクラン
プ回路（ＣＬＰ）１０８Ｒ，１０８Ｇ，１０８Ｂ、ＣＬ
Ｐ １０８Ｒ，１０８Ｇ，１０８Ｂからの出力をレベル
対応のデジタル信号に変換するＲ成分系統用、Ｇ成分系
統用、Ｂ成分系統用のアナログデジタル変換回路（ＡＤ
Ｃ）１０９Ｒ，１０９Ｇ，１０９Ｂ、システムの動作の
基本となるタイミングをとるタイミングパルスを発生す
るタイミング制御回路１１０、このタイミング制御回路
１１０の出力するタイミングパルスに同期してＭＯＳセ
ンサ１０５の駆動制御をするＲ成分系統用、Ｇ成分系統
用、Ｂ成分系統用のＴＧ／ＳＧ回路１１１、ＡＤＣ １
０９Ｒ，１０９Ｇ，１０９Ｂからの出力であるデジタル
信号をプロセス処理するプロセス制御回路１１２、この
プロセス制御回路１１２によりプロセス処理された信号
をエンコードするエンコーダ回路１１３、エンコードさ
れた信号を入出力制御する出力回路１１４、出力回路１
１４を介して出力された信号をアナログ信号に変換する
デジタルアナログ変換回路１１５よりなる。

【０１５７】このような構成のビデオカメラ１００−２
において、被写体からの光は、レンズ１０１を通り、色
分解プリズム２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂを通ってＭ
ＯＳセンサ１０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５Ｂに結像され
る。

【０１５８】これら色分解プリズム２０１Ｒ，２０１
Ｇ，２０１Ｂは光学像をＲＧＢの三原色成分に分解する
ためのものであり、色分解プリズム２０１Ｒ，２０１
Ｇ，２０１ＢによりＲＧＢの三原色成分に分解された画
像はそれぞれ成分別に該当のＭＯＳセンサ１０５Ｒ，１
０５Ｇ，１０５Ｂに結像される。

【０１５９】ＭＯＳセンサ１０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５
Ｂに結像されたＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の光学像は、こ
こで光電変換されて電流信号になり、明るさ対応の電流
値として出力される。

【０１６０】ＭＯＳセンサ１０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５
Ｂから出力された成分別の電気信号は、各成分別の電流
電圧変換回路１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂ、ＡＧＣ回
路１０７Ｒ，１０７Ｇ，１０７Ｂ、ＣＬＰ回路１０８
Ｒ，１０８Ｇ，１０８Ｂを介してＡＤＣ回路１０９Ｒ，
１０９Ｇ，１０９Ｂに供給される。

【０１６１】各成分別のＡＤＣ回路１０９Ｒ，１０９
Ｇ，１０９ＢはＣＬＰ回路１０８からの画像信号に基づ
いて、例えば１サンプル値が８ビットからなるデジタル
データに変換し、このデータをプロセス制御回路１１２
へ供給する。

【０１６２】プロセス制御回路１１２は、例えばガンマ
補正回路、ホワイトクリップ回路、ブラッククリップ回
路、ニー回路等からなり、供給された映像信号に対して
必要に応じてプロセス処理を施す。また必要に応じ、色
バランス等の処理を施す。該プロセス制御回路１１２に
より処理された信号は、エンコーダ回路１１３に送られ
る。エンコーダ回路１１３では、送られてきた信号を演
算し、色バランス等の処理を施す。また、ビデオカメラ
出力をネットワーク等により通信する場合にはこのエン
コーダ回路１１３において、標準のカラーテレビジョン
放送方式であるＰＡＬ方式やＮＴＳＣ方式等への複合映
像信号に変換する処理が施される。

【０１６３】また、ＭＯＳセンサ１０５Ｒ，１０５Ｇ，
１０５Ｂ、電流電圧変換回路１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０
６Ｂは、自系統対応のＴＧ／ＳＧ回路１１１から送られ
るタイミング信号、同期信号によりタイミングが制御さ
れる。このＴＧ／ＳＧ回路１１１の動作電源および出力
電圧は、ＭＯＳセンサ１０５に供給される電源レベルと
同一である。

【０１６４】その後、映像信号は出力回路１１４を介し
てＤ／Ａ変換回路１１５に与えられ、このＤ／Ａ変換回
路１１５はこの入力された信号をアナログビデオ信号に
変換してカメラ信号として出力する。また、映像信号は
出力回路１１４を介して直接、デジタルの信号としての
出力も可能である。そしてこれらのカメラ信号は、ビデ
オテープレコーダ等の記録装置やモニタ装置に供給され
る。

【０１６５】本実施例では、低消費電力・低電圧化を図
り、しかも、１秒間に３０フレームの画像を処理する必
要のあるビデオカメラにおいて、固定パターン雑音成分
を水平帰線期間内にキャンセルすることができて、Ｓ／
Ｎを確保して高画質の画像信号を得ることのできるビデ
オカメラを提供できる。

【０１６６】以上の例は、光学像をＲＧＢの三原色成分
に分解するのに色分解プリズムを用いた構成であるが、
これはダイクロイックミラーにより、色分解する構成と
することもできる。例えば、赤反射、緑反射、青反射の
各ダイクロイックミラーにより、入射光を分離分配し、
それぞれＲＧＢの成分に光学像を分解する。その光学像
をＲ像用、Ｇ像用、Ｂ像用のＭＯＳセンサで撮像し、Ｒ
像、Ｇ像、Ｂ像の画像信号を得る。このようにすると、
プリズムを用いずとも、光学像を三原色の成分別にして
得ることができる構成となる。

【０１６７】（第９の実施の形態） ＜増幅型ＭＯＳセンサのネットワークシステムでの応用
＞ 図２７に上述のビデオカメラ１００，１００−２の信号
を、ネットワークを通してモニタ装置等に送るときのシ
ステム構成例を示す。図において、３００はネットワー
クであり、ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）や公
衆回線（電話回線）、専用線といったものや、インター
ネット、イントラネットなど、何でも良い。ビデオカメ
ラ１００，１００−２はこのネットワーク３００に対し
てインターフェース３０１を介して接続される。

【０１６８】３１０はインテリジェント端末であり、パ
ーソナルコンピュータ或いはワークステーションなどが
相当する。インテリジェント端末３１０はプロセッサや
メインメモリ、クロックジェネレータなどを含むコンピ
ュータ本体３１１と、ネットワーク接続用のインターフ
ェース３１２と、画像表示用のメモリであるビデオＲＡ
Ｍ３１３、プリンタインターフェース３１４、ＳＣＳＩ
（Small Computer System Interface ）などの標準バス
インターフェース３１５，３１７、ビデオカメラ接続用
のインターフェース３１６などを備えており、これらは
内部バスで接続されている。ビデオＲＡＭ３１３にはＣ
ＲＴモニタや液晶ディスプレイなどのモニタ装置３１８
が接続されており、また、プリンタインターフェース３
１４にはプリンタ３１９が接続されている。標準バスイ
ンターフェース３１７には光ディスク装置やハードディ
スク装置或いはＤＶＤ（Digital Video Disc）などの大
容量外部記憶装置３２０が接続され、さらには標準バス
インターフェース３１７には例えば、ハードコピーから
イメージ像を取り込むイメージスキャナ３２１が接続さ
れている。また、ビデオカメラ接続用のインターフェー
ス３１６には例えば上述の実施例で説明した構成のビデ
オカメラ１００が接続されている。

【０１６９】このような構成において、ビデオカメラ１
００または１００−２において撮像されることにより得
られた被写体の画像は上述したように、エンコーダ回路
１１３によりビデオカメラ出力をネットワーク等により
通信するためにＭＰＥＧ方式で画像圧縮処理されたデジ
タル信号に変換する処理が施される。そして、この複合
映像信号はデジタルデータとしてインターフェース３０
１を介してネットワークでの伝送フォーマットでネット
ワーク３００へと出力される。ネットワーク３００には
インターフェース３１２を介してインテリジェント端末
３１０が接続されており、ビデオカメラ１００または１
００−２からの伝送データが当該インテリジェント端末
３１０宛てのものであれば、当該インテリジェント端末
３１０のコンピュータ本体３１１はこの伝送データをイ
ンターフェース３１２を介してネットワーク３００から
取り込む。そして、コンピュータ本体３１１はこの伝送
データから画像情報部分を抽出する。ビデオカメラ１０
０または１００−２では画像を圧縮処理しているので、
コンピュータ本体３１１は前記画像を伸長処理し、元の
画像に復元する。そして、復元した画像のデータをビデ
オＲＡＭ３１３に順次、書き込む。画像は動画であるか
らビデオＲＡＭ３１３の画像データは次々に更新する。
この結果、ビデオＲＡＭ３１３の画像データを画像とし
て表示するモニタ装置３１８にはビデオカメラ１００ま
たは１００−２から送られてきた動画が表示されること
になる。

【０１７０】ビデオカメラ１００において撮像されるこ
とにより得られた被写体の画像は、上述したように、エ
ンコーダ回路１１３により、ビデオカメラ出力をネット
ワーク等により通信するために、ＭＰＥＧ方式で画像圧
縮処理されたデジタルデータに変換された後、インター
フェース３１６を介してコンピュータ本体３１１に出力
され、コンピュータ本体３１１はそれを伸長処理し、元
の画像に復元する。そして、復元した画像のデータをビ
デオＲＡＭ３１３に順次、書き込む。画像は動画である
からビデオＲＡＭ３１３の画像データは次々に更新す
る。このようにしてビデオＲＡＭ３１３の画像データを
画像として表示するモニタ装置３１８にはビデオカメラ
１００から送られてきた動画が表示される。

【０１７１】また、コンピュータ本体３１１はインテリ
ジェント端末３１０に接続されている当該ビデオカメラ
１００の画像をネットワーク３００に伝送しようとする
場合、そのネットワークでの伝送フォーマットに編集
し、インターフェース３１２を介してネットワーク３０
０へと出力する。

【０１７２】（第１０の実施の形態） ＜増幅型ＭＯＳセンサのスチルカメラへの応用＞ 図２８に本発明におけるＭＯＳセンサを用いたスチルカ
メラの実施例を示す。図２８に示すように、本発明のス
チルカメラ４００は、レンズ系や絞りを含み被写体像を
とりこむ光学系４１１、この光学系４１１に取り込まれ
た像が結像されるＭＯＳセンサ４１５、このＭＯＳセン
サ４１５の結像面と前記光学系４１１との間に位置して
その両者間の光路上に挿脱自在に配され、当該光路上に
挿入されている時は光学系４１１で取り込んだ被写体像
をファインダ４１４に分配すると共に光路外に脱出され
た時は光学系４１１で取り込んだ被写体像をＭＯＳセン
サ４１５の結像面に結像させるシャッタとしての機能を
有するミラー４１２、ミラー４１２の反射光をファイン
ダ４１４に導くためのミラー４１３、ＭＯＳセンサ４１
５から画像の信号を色成分別に読み出す撮像回路４１
６、その読み出した出力をデジタル信号に変換するＡ／
Ｄ変換器４１７、このＡ／Ｄ変換器４１７により変換さ
れたデジタル信号を画面単位で保持するフレームメモリ
４１８、フレームメモリ４１８に保持されたデジタル信
号を画面単位で圧縮処理する圧縮回路４１９、画像デー
タを記憶するメモリカード４２１、圧縮回路４１９によ
り圧縮処理されて得られた画像データをメモリカード４
２１に書き込むべく制御するカードコントロール回路４
２０から構成される。

【０１７３】このような構成において、図示しないシャ
ッタボタンを操作することにより、光学系４１１のとら
えた被写体像はＭＯＳセンサ４１５に結像される。ＭＯ
Ｓセンサ４１５は本発明で用いられるノイズキャンセラ
回路を備えた固体撮像装置であり、光学系４１１で取り
込まれた光学像が結像されると画素単位で、その光学像
の光量対応の電気信号に変換する。カラー画像を撮影で
きるようにするために、ＭＯＳセンサ４１５はその結像
面側に画素毎にＲＧＢいずれかのカラーフィルタ部を有
するカラーフィルタアレイが設けてあり、撮像回路４１
６はＭＯＳセンサ４１５により得られた電気信号をＲＧ
Ｂの成分別に分離して出力する。そして、電流電圧変換
回路１０６は撮像回路４１６から出力された色成分別の
電気信号をデジタル信号に変換し、この変換されたデジ
タル信号はフレームメモリ４１８に画面単位で一時保持
される。

【０１７４】フレームメモリ４１８に保持されたデジタ
ル信号は圧縮回路４１９により画像単位で圧縮処理さ
れ、カードコントロール回路４２０に出力される。そし
て、カードコントロール回路４２０はこの圧縮処理され
た画像のデータをデータの記憶媒体であるメモリカード
４２１に記憶制御する。

【０１７５】このようにして、メモリカード４２１に
は、シャッタボタンを操作する毎に撮影されたスチル画
像が、画面単位で圧縮されてメモリカード４２１に記憶
される。メモリカード４２１はカメラから着脱可能であ
り、メモリカード４２１に記憶された画像は、図示しな
い読取り再生装置に装着して、画像データを伸長して復
元し、モニタ装置に表示させたり、ビデオプリンタなど
のハードコピー装置に出力して観賞する。

【０１７６】本実施例では、低消費電力・低電圧化を図
り、しかも、１秒間に複数コマ連続撮影する高速連写を
高いＳ／Ｎを以て実現することが可能になり、コンパク
トで、高機能、高性能なスチルカメラを得ることができ
る。つまり、ＭＯＳセンサにおいて問題となっていた固
定パターン雑音成分を短時間でキャンセルすることがで
きて、Ｓ／Ｎの良い従って高画質の写真を得ることので
きるスチルカメラを提供できる。

【０１７７】（第１１の実施の形態） ＜増幅型ＭＯＳセンサのファクシミリへの応用＞ 図２９に本発明におけるＭＯＳセンサを用いたファクシ
ミリ装置の実施例を示す。図は原理的な構成を示してお
り、紙に手書きあるいはプリントした原稿や、写真など
のようなシート状の原稿５０１を、図示しない主搬送機
構で主走査方向（矢印Ｂ方向）に搬送しつつ、定位置に
固定して原稿の横断方向に配されたＭＯＳセンサ５０２
にて原稿のイメージ情報を読み取る。５０３は光源、５
０４はＭＯＳセンサ５０２の受光面に原稿像を結像させ
るレンズである。

【０１７８】ＭＯＳセンサ５０２は画素単位の受光部
（フォトダイオード）を一次元配列したリニアセンサで
あり、本発明で用いられるノイズキャンセラ回路を備え
たモノクロームの固体撮像装置である。

【０１７９】本ファクシミリ装置にシート状の原稿５０
１をセットすると、図示しない主搬送機構がこの原稿５
０１を主走査方向（矢印Ｂ方向）に搬送する。そして、
定位置に固定してあるＭＯＳセンサ５０２の受光面に、
原稿の画像が１ライン相当分ずつ、レンズを５０４を介
して結像される。ＭＯＳセンサ５０２はこの結像された
原稿のイメージ情報を読み取る。

【０１８０】すなわち、これによりＭＯＳセンサ５０２
からは画素配列順に受光量対応の信号が画素単位で画像
信号として読み出されて出力されるので、増幅器５０５
でこれを出力順に増幅した後、この増幅された画像信号
をＡ／Ｄコンバータ５０６でデジタル信号に変換してか
らモデム５０７で電話回線用に変調して電話回線へと出
力する。

【０１８１】受信側ではこの受信した信号を復調し、主
走査方向に搬送される記録紙の横断方向に、受信順に信
号値対応の濃度で画素をプリントしてゆけば、画像がハ
ードコピーとして再生される。

【０１８２】本実施例では、低消費電力・低電圧化を図
り、しかも、高速読み取りを高いＳ／Ｎを以て実現する
ことが可能になり、コンパクトで、高機能、高性能なフ
ァクシミリ装置を得ることができる。つまり、ＭＯＳセ
ンサにおいて問題となっていた固定パターン雑音成分を
短時間でキャンセルすることができて、Ｓ／Ｎの良い従
って高画質のイメージを高速で送ることのできるファク
シミリ装置を提供できる。

【０１８３】なお、リニアセンサは近年の素子の場合、
原稿面に密着してイメージを読み取る密着型のもの出現
している。そこで、密着型とするには原稿像を導くレン
ズと、このレンズにより導かれた像が結像されて、その
光量対応の電気信号に変換する画素単位の受光部と、原
稿面に照明光を当てる発光素子とを一体的に組み込んだ
構成として実現でき、この様なものを用いるようにして
も良い。

【０１８４】（第１２の実施の形態） ＜増幅型ＭＯＳセンサの複写機への応用＞ 図３０に本発明におけるＭＯＳセンサを用いた電子複写
機の実施例を示す。図は原理的な構成を示しており、箱
型の筐体６０１の上面部分に、透明ガラスなどによる原
稿置き台（図示せず）が設けられており、この原稿置き
台の上面に紙に手書きをしたあるいはプリントした原
稿、あるいは写真などのようなシート状の原稿６０３を
おいて押さえ蓋６０４で原稿を押さえる構成である。

【０１８５】筐体６０１内には、原稿置き台の直下位置
近傍に、原稿置き台の一方の端から他方の端までの間を
一定速度で反復移動できる光学系が設けてある。ここで
ではこの反復移動方向を主走査方向と呼ぶことにする。
光学系は棒状の光源６０５、ミラー６０６、レンズ６０
７からなり、光源６０５は主走査方向と直交する方向
（この方向を副走査方向と呼ぶことにする）に配する。

【０１８６】レンズ６０７の結像位置にはＭＯＳセンサ
６０８が設けてある。ＭＯＳセンサ６０８は画素単位の
受光部（フォトダイオード）を一次元配列したリニアセ
ンサであり、本発明で用いられるノイズキャンセラ回路
を備えたモノクロームの固体撮像装置である。

【０１８７】ＭＯＳセンサ６０８は副走査方向１ライン
分のイメージを結像されてこれを受光量対応の信号に変
換する。スキャナコントローラ６０９はＭＯＳセンサ６
０８からは画素配列順に受光量対応の信号が画素単位で
画像信号として読み出されて出力されるように、ＭＯＳ
センサ６０８を制御すると共に、主走査方向に順に光学
系が移動するように、当該光学系の主走査方向駆動移動
を制御する。システムコントローラ６１０はシステム全
体の制御を司るものであり、また、ＭＯＳセンサ６０８
から出力される受光量対応の信号に基づいてレーザ光源
６１１の出力を制御する。レーザ光源６１１はスポット
状のレーザビームを発生するものであり、このレーザ光
源６１１から発生されたレーザビームはレーザビームを
スキャンさせるための走査ミラーであるポリゴンミラー
６１２により反射されて円筒状の感光体ドラム６１３に
結像される。この結像位置が描画位置である。感光体ド
ラム６１３は所定速度で一方向に回転駆動される構成で
あり、感光体ドラム６１３は図示しない帯電装置によ
り、レーザビームの照射位置の上流位置（描画位置の上
流位置）で帯電される。

【０１８８】ポリゴンミラー６１２はシステムコントロ
ーラ６１０により制御されることにより、スポット状の
レーザビームを円筒状の感光体ドラム６１３表面にＭＯ
Ｓセンサ６０８からの信号の出力速度対応にスキャンさ
せる形となり、感光体ドラム６１３のドラム回転方向を
主走査方向とすると、当該回転方向と直交方法にレーザ
ビームをスキャンさせることでドラム表面にはレーザビ
ームの光量対応に電荷が失われて原稿のイメージ相当の
潜像が形成される。感光体ドラム６１３は、描画位置の
下流位置において潜像を可視像にする現像部６１４の配
置位置通過時にその位置にある潜像が、現像部６１４の
付与するトナーにより現像されて可視像化される。そし
て、このトナー像をコピー用紙の収納トレイ６１５より
一枚ずつ取り出されて感光体ドラム６１３の下面側位置
の搬送経路６１６に搬送されて来るコピー用紙に転写さ
れる。

【０１８９】コピー用紙の搬送速度と感光体ドラム６１
３の回転速度は同期しており、１ライン単位で逐次描画
されて感光体ドラム６１３表面に形成された潜像のトナ
ー像を転写させていくことにより、原稿と同一のイメー
ジのトナー像がコピー用紙上に残ることになる。搬送経
路６１６はこのトナー像が転写されたコピー用紙を排出
口側へと送る経路であり、搬送経路６１６に設けてある
搬送機構によりコピー用紙は排出口側へと送られるよう
にしてある。定着部６１７は排出口手前に設けたトナー
定着のための装置であり、トナー像が転写されたコピー
用紙はこの定着部６１７を通過する際に、トナーがコピ
ー用紙に定着され、排出口に排出される仕組みである。

【０１９０】このような構成において、コピーする時
は、原稿置き台の上面にシート状の原稿６０３を置き、
押さえ蓋６０４で原稿を押さえる。原稿置き台の直下位
置近傍には、原稿置き台の一方の端から他方の端までの
間を一定速度で主走査方向に反復移動できる光学系が設
けてあるので、プリントスタート操作するとこの光学系
である光源６０５、ミラー６０６、レンズ６０７は主走
査方向に反復移動する構成となる。

【０１９１】主走査方向を縦方向としてみた場合に、原
稿置き台の横方向を幅方向と定める。この場合、光学系
を構成する光源６０５は原稿置き台の幅相当分の範囲を
照らし、光学系を構成するミラー６０６、レンズ６０７
はこの照らされた範囲の像をＭＯＳセンサ６０８の受光
面に結像する。ＭＯＳセンサ６０８は画素単位の受光部
（フォトダイオード）を一次元配列したリニアセンサで
あり、本発明で用いられるノイズキャンセラ回路を備え
たモノクロームの固体撮像装置である。

【０１９２】従って、ＭＯＳセンサ６０８は幅方向の１
ライン分（すなわち、副走査方向１ライン分）のイメー
ジが結像されてこれを受光量対応の信号に変換する。そ
して、ＭＯＳセンサ６０８からは画素配列順に受光量対
応の信号が画素単位で画像信号として読み出されて出力
されるように、スキャナコントローラ６０９は制御する
と共に、また、主走査方向に順に光学系が移動するよう
に、当該光学系の主走査方向駆動移動を制御する。その
ため、原稿置き台の原稿６０３のイメージ像が主走査方
向順に、しかも、副走査方向１ライン単位で画素順に受
光量対応の信号が得られるようになる。

【０１９３】この信号はシステムコントローラ６１０に
与えられ、システムコントローラ６１０はこの信号対応
にレーザ光源６１１の出力を制御する。そのため、レー
ザ光源６１１はＭＯＳセンサ６０８から出力される受光
量対応の強さの光を発振することになる。

【０１９４】一方、システムコントローラ６１０はポリ
ゴンミラー６１２をＭＯＳセンサ６０８の読み出し速度
に同期させて首振り運動させるように駆動制御するの
で、ＭＯＳセンサ６０８の読み出し速度に同期させて、
しかも、１ライン分のイメージ対応分（すなわち、副走
査方向１ライン分）の光学像イメージがポリゴンミラー
６１２により感光体ドラム６１３上に描画されることに
なる。

【０１９５】感光体ドラム６１３は主走査速度に対応す
る周速度で一定方向に回転駆動されている。そして、感
光体ドラム６１３はその周面が、ポリゴンミラー６１２
によるレーザ光の描画位置に到達する段階では既に帯電
手段により帯電されている。そして、レーザ光を照射さ
れることにより、その照射を受けた部分の感光体ドラム
６１３は、電荷がその照射を受けた光量分、電荷が失わ
れている。そのため、感光体ドラム６１３上にはポリゴ
ンミラー６１２によるレーザ光の描画走査位置より回転
方向の下流領域に、原稿のイメージが潜像として残るこ
とになる。

【０１９６】この潜像は現像部６１４の位置を通過する
段階で、当該現像部６１４の付与するトナーにより現像
されて可視像化される。そして、このトナー像はコピー
用紙の収納トレイ６１５より一枚ずつ取り出されて感光
体ドラム６１３の下面側位置の搬送経路６１６に搬送さ
れて来るコピー用紙に転写される。コピー用紙の搬送速
度と感光体ドラム６１３の回転速度は同期しており、１
ライン単位で逐次描画されて感光体ドラム６１３表面に
形成された潜像のトナー像を転写させていくことによ
り、原稿と同一のイメージのトナー像がコピー用紙上に
残ることになる。このトナー像が転写されたコピー用紙
は搬送機構により搬送経路６１６を排出口側へと送ら
れ、排出口手前に設けた定着部６１７を通過する際に、
この定着部６１７によりトナーがコピー用紙に定着され
て排出される。

【０１９７】本実施例では、低消費電力・低電圧化を図
り、しかも、高速読み取りを高いＳ／Ｎを以て実現する
ことが可能になり、コンパクトで、高機能、高性能な電
子複写機を得ることができるようになる。つまり、ＭＯ
Ｓセンサにおいて問題となっていた固定パターン雑音成
分を短時間でキャンセルすることができて、Ｓ／Ｎの良
い従って高画質のイメージを高速で読み取って高速で複
写することのできる電子複写機を提供できる。

【０１９８】なお、以上の複写機は原稿は位置固定と
し、光学系を主走査方向に移動させるようにした構成の
ものを示したが、光学系を位置固定とし、原稿を主走査
方向に搬送するようにした構成の装置として実現するこ
ともできる。また、以上の複写機はモノクロームの装置
を例に説明したが、光学系に３原色のカラーフィルター
を設けて、色分解し、色別に潜像を形成して、その色別
の潜像をその対応する色のトナーで現像することによ
り、カラーコピーを得ることができる複写機を実現する
ことができる。

【０１９９】（第１３の実施の形態） ＜増幅型ＭＯＳセンサのスキャナへの応用＞ 図３１に本発明におけるＭＯＳセンサを用いたハンディ
形イメージスキャナの実施例を示す。本発明のイメージ
スキャナ７００は、図に示すように、筐体７０１内に、
光源であるＬＥＤアレイ７０２とミラー７０３、ローラ
７０４を取り付けて構成してある。ＬＥＤアレイ７０２
は筐体７０１のほぼ横幅全体近くに亙る長さであり、筐
体７０１の下方外部を照明する。また、ミラー７０３は
ＬＥＤアレイ７０２の配置位置近傍に配されて、ＬＥＤ
アレイ７０２で照明された原稿のイメージ像を筐体７０
１の下部に設けたスリット７０１ａを介して筐体７０１
の内部に取り込む。

【０２００】図３１のハンディ形イメージスキャナは、
筐体７０１を原稿の上に置き、そのまま、原稿上を滑ら
せるかたちで手操作により移動走査する。その際に、ス
リット７０１ａから原稿のイメージを１ライン単位で取
り込むようにするため、そのライン位置の検出と読取り
の同期をとるために、ローラ７０４を設けてある。ロー
ラ７０４は原稿に接してその原稿との摩擦により、回転
できるようにするために、筐体７０１の下部から周面の
一部を露出させてある。この露出位置はスリット７０１
ａの近傍である。

【０２０１】筐体７０１の内部にはローラ７０４の回転
に同期してその回転方向と回転量を検出するエンコーダ
７０５が設けてあり、また、筐体７０１の内部にはＭＯ
Ｓセンサ７０６と、このＭＯＳセンサ７０６の受光面に
前記ミラー７０３により導いた原稿像を結像させるレン
ズ７０７が設けてある。

【０２０２】ＭＯＳセンサ７０６は画素単位の受光部
（フォトダイオード）を一次元配列したリニアセンサで
あり、本発明で用いられるノイズキャンセラ回路を備え
たモノクロームの固体撮像装置である。リニアセンサは
近年の素子の場合、原稿面に密着してイメージを読み取
る密着型のものが多い。そこで、密着型とするには原稿
像を導くレンズと、このレンズにより導かれた像が結像
されて、その光量対応の電気信号に変換する画素単位の
受光部と、原稿面に照明光を当てる発光素子とを一体的
に組み込んだ構成として実現できる。

【０２０３】ここでは原理的に示すために、図３１のよ
うな構成を示している。

【０２０４】ＭＯＳセンサ７０６から読み出された信号
は、前記エンコーダ７０５の出力により、位置の対応が
とられ、また、読み出しタイミング制御に使用される。

【０２０５】このような構成において、シート状の原稿
を平らな場所に置き、その上にこのハンディスキャナを
置いて、この原稿上をローラ７０４の回転可能な方向に
移動させる。この移動方向が主走査方向となる。このと
き、ＬＥＤアレイ７０２は原稿面を照明し、スリット７
０１ａを介して原稿のイメージがミラー７０３に入る。
そして、ミラー７０３で反射されてレンズ７０７によ
り、ＭＯＳセンサ７０６に結像される。

【０２０６】ＭＯＳセンサ７０６はラインイメージセン
サであり、固定してあるＭＯＳセンサ７０６の受光面
に、原稿の画像が１ライン相当分ずつ、レンズを７０７
を介して結像され、この結像された原稿のイメージ情報
を読み取る。

【０２０７】このように、本実施例でのハンディ形イメ
ージスキャナは、筐体７０１を原稿の上に置き、そのま
ま、原稿上を滑らせるかたちで手操作により移動走査す
る。その際に、スリット７０１ａから原稿のイメージを
１ライン単位で取り込むようにするため、そのライン位
置の検出と読取りの同期をとるローラ７０４が設けてあ
り、このローラ７０４は原稿に接してその原稿との摩擦
により、回転される結果、エンコーダ７０５からこのロ
ーラ７０４の回転方向、回転量対応の検出信号が出力さ
れる。そして、このエンコーダ７０５からの検出信号を
元に、図示しない制御手段により、ＭＯＳセンサ７０６
の出力信号を原稿の１ライン単位一致するように、制御
して出力させる。

【０２０８】本実施例では、低消費電力・低電圧化を図
り、しかも、高速読み取りを高いＳ／Ｎを以て実現する
ことが可能になり、コンパクトで、高機能、高性能なイ
メージスキャナ装置を得ることができる。つまり、ＭＯ
Ｓセンサにおいて問題となっていた固定パターン雑音成
分を短時間でキャンセルすることができて、Ｓ／Ｎの良
い従って高画質のイメージを高速で送ることのできるイ
メージスキャナ装置を提供できる。

【０２０９】なお、この例ではハンディ形のイメージス
キャナを示したが、原稿を原稿置き台の上に置き、光学
系を主走査駆動させるようにしたディスクトップ形のイ
メージスキャナにも応用できる。また、光学系を位置固
定とし、原稿を主走査方向に搬送するようにした構成の
装置として実現することもできる。また、以上のイメー
ジスキャナはモノクロームの装置を例に説明したが、光
学系に３原色のカラーフィルターを設けて、色分解し、
色別に画像信号を得ることにより、カラー画像の信号を
得ることができるイメージスキャナを実現することがで
きる。さらには、光学系を凹面鏡を用いて形成して画像
をこの凹面鏡により、ＭＯＳセンサに導くようにした
り、光ファイバを束ねて構成したオプチカルファイバー
により、画像をＭＯＳセンサに導く構成するにするなど
種々の変形が可能である。

【０２１０】（第１４の実施の形態） ＜ディスクトップ形のカラーイメージスキャナ＞ 第１４の実施の形態にディスクトップ形のカラーイメー
ジスキャナに使用する光学系の構成を示す。ディスクト
ップ形のカラーイメージスキャナでは光学系は定位置固
定であり、原稿を主走査方向に走査する。この場合、図
３２に示すように、光学系に３原色のカラーフィルタを
設けて、色分解し、色別に画像信号を得る。図３２にお
いて、画像信号を得るＭＯＳセンサＳはラインセンサで
あり、画素を１ライン相当分、直線的に並べて構成して
ある。ＭＯＳセンサＳの受光面側にはカラーフィルタＦ
が配されている。カラーフィルタＦは１ライン相当分の
幅および長さをそれぞれ有するＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ
（青）の各色成分用の光学フィルタ部が並列的に配され
た構成である。そして、ＭＯＳセンサＳの受光面側は原
稿ＤＰの光学像をレンズＬ、およびカラーフィルタＦを
介して結像される構成である。原稿ＤＰは、光源ＬＰに
より照明される。

【０２１１】カラーフィルタＦは、Ｒ（赤），Ｇ
（緑），Ｂ（青）の各色成分用の光学フィルタ部をＭＯ
ＳセンサＳの受光面上に移動できるように駆動移動走査
機構ＤＲにより移動走査可能に支持されている。そし
て、赤像を受光する時はＲの色成分用の光学フィルタ部
を、緑像を受光する時はＧの色成分用の光学フィルタ部
を、そして、青像を受光する時はＢの色成分用の光学フ
ィルタ部をＭＯＳセンサＳの受光面上に位置させるよう
に、画像の収集タイミングと同期を取りながら駆動移動
制御させる。

【０２１２】これにより、ＭＯＳセンサＳからは、Ｒ
（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各色成分用の光学像の画
像信号を得ることができる。

【０２１３】（第１５の実施の形態） ＜増幅型ＭＯＳセンサのフィルムスキャナ装置への応用
＞ 本発明の増幅型ＭＯＳセンサは、パソコンや画像ディス
プレイ装置等に、例えば、３５ｍｍロングフィルムの１
コマ、１コマを読み込んで画像信号を得るフィルムスキ
ャナ装置へのも応用できる。

【０２１４】その構成例を図３３に示す。図に示すよう
に、増幅型ＭＯＳセンサによる密着形のラインセンサ
Ｓ、このラインセンサＳの受光面側に配されるＳ現像済
みの銀塩ロングフィルムＦＭ、この銀塩ロングフィルム
ＦＭをラインセンサＳの受光面位置上で照明する光源Ｌ
Ｐ、銀塩ロングフィルムＦを挟んで一方向に一定速度で
搬送する一対の搬送ローラＣからなる。

【０２１５】このような構成によれば、搬送ローラＣで
銀塩ロングフィルムＦＭを挟み、この搬送ローラＣを一
定速度で回転駆動させる。これにより、銀塩ロングフィ
ルムＦＭは一方向に一定速度で搬送される。従って、密
着形のラインセンサＳで銀塩ロングフィルムＦＭの像
を、フィルム搬送速度に同期させながら読み出し制御し
て、受光量対応の信号を得る。この信号は雑音のキャン
セルが成されており、画像成分のみのフィルム像をライ
ン単位で電気信号に変換して出力することができる。

【０２１６】（第１６の実施の形態） ＜オートフォーカス機構への応用＞ 図３４に本発明におけるＭＯＳセンサを用いたオートフ
ォーカス機構付きの１眼レフカメラの実施例を示す。図
において、本発明の１眼レフカメラ８００は焦点位置調
整機構付きのレンズ８０１と、このレンズ８０１のとら
えた光学像が結像されて露光されるフィルム８０３、カ
メラ８００のファインダ８０２ａにレンズ８０１のとら
えた光学像を導くプリズム８０２ｂ、本発明のオートフ
ォーカスセンサモジュール８０４、ハーフミラーで構成
され、レンズ８０１の光路上に配されて、シャッタ操作
することで、前記光路から完全に外れるようにした跳ね
上がり式のファインダーミラー８０５と、このファイン
ダーミラー８０５の背面に取り付けられ、前記レンズ８
０１の光路上にこのファインダーミラー８０５が位置す
るときに、ファインダーミラー８０５の透過光学像をオ
ートフォーカスセンサモジュール８０４に結像させるサ
ブミラー８０６を備える。

【０２１７】オートフォーカスセンサモジュール８０４
は本発明で用いられるノイズキャンセラ回路を備えたＭ
ＯＳセンサを用いており、図３５に示すように、ＭＯＳ
センサ８０４ａ部分の受光面の前面にはセパレータレン
ズ８０４ｂが固定して設けてある。ＭＯＳセンサ８０４
ａとしては２次元配列の受光面を有するものを用いてい
る。セパレータレンズ８０４ｂは図３５に示すように、
一対の凸レンズが並べて配置されて構成であり、サブミ
ラー８０６で分配された光学像はこのセパレータレンズ
８０４ｂによりそれぞれＭＯＳセンサ８０４ａの受光面
の別の領域に結像される構成である。一対の凸レンズが
並べて配置された構成のセパレータレンズ８０４ｂでこ
のように光学像をＭＯＳセンサ８０４ａの受光面に導く
構成とすることで、上記受光面には異なる領域にそれぞ
れ像が結像されて、一対の像が得られることになる。

【０２１８】このような構成のカメラは、レンズ８０１
でとらえられる被写体像はファインダーミラー８０５に
よりプリズム８０２ｂとサブミラー８０６とに分配され
る。ファインダーミラー８０５に分配された被写体像は
プリズム８０２ｂを通ってファインダ８０２ａに結像さ
れ、カメラ８００のとらえている被写体像を観察可能に
する。

【０２１９】一方、サブミラー８０６に分配された被写
体像は、オートフォーカスセンサモジュール８０４に導
かれる。オートフォーカスセンサモジュール８０４はＭ
ＯＳセンサ８０４ａにより構成されており、ＭＯＳセン
サ８０４ａ部分の受光面の前面にはセパレータレンズ８
０４ｂが配置されている。そして、このセパレータレン
ズ８０４ｂはＭＯＳセンサ８０４ａの受光面にそれぞれ
別の領域に結像させる。ＭＯＳセンサ８０４ａでは受光
面を形成するそれぞれの画素対応のフォトダイオードに
結像された光学像の光量に対応する電気信号を発生する
ので、これを順に読み出す。

【０２２０】オートフォーカスセンサモジュール８０４
においては、セパレータレンズ８０４ｂにより、ＭＯＳ
センサ８０４ａ部分の受光面は２つの画像結像領域に事
実上、分割されている状態であり、２つの画像結像領域
にそれぞれ結像された被写体像は焦点が合焦（ピントが
合った状態）した場合には図３５（ａ）の８０６Ａのよ
うに、ＭＯＳセンサ８０４ａの出力としては各分割され
た画像結像領域の基準画素位置Ｐ０，Ｐ０´を中心に、
それぞれ同じ画像のものがあらわれる状態になる。

【０２２１】また、前ピン（ピント位置がフィルム面か
ら前位置にずれている状態）では図３５（ｂ）の８０６
Ｂのように、ＭＯＳセンサ８０４ａの出力としては各分
割された画像結像領域の基準画素位置Ｐ０，Ｐ０´より
互いに内側に近付いた位置に、それぞれ同じ画像のもの
があらわれる状態とになる。

【０２２２】また、後ピン（ピント位置がフィルム面よ
り後ろの位置にずれている状態）では図３５（ｃ）の８
０６Ｃのように、ＭＯＳセンサ８０４ａの出力としては
各分割された画像結像領域の基準画素位置Ｐ０，Ｐ０´
より互いに外側に離れる位置に、それぞれ同じ画像のも
のがあらわれる状態とになる。

【０２２３】したがって、このＭＯＳセンサ８０４ａの
出力から、当該ＭＯＳセンサ８０４ａの出力が前記各分
割された画像結像領域の基準画素位置Ｐ０，Ｐ０´を中
心に、それぞれ同じ画像のものがあらわれる状態になる
方向にレンズ８０１をピント調整するに必要な制御量を
求めてその制御量分、焦点位置調整機構を制御する。こ
れにより、レンズ８０１はフィルム面に対して合焦状態
になるように、ピント調整される。

【０２２４】シャッタ操作がされると、ファインダーミ
ラー８０５が跳ね上がり、光路から外れるので、レンズ
８０１でとらえた被写体像はフィルム面に結像され、フ
ィルムは露光されてピントの合った被写体像が撮影され
る。

【０２２５】本発明のオートフォーカス機構を備えたカ
メラは、ピントの状態検出を低消費電力・低電圧で実現
でき、しかも、高速読み取りを高いＳ／Ｎを以て実現す
ることが可能になり、早いシャッタ速度で撮影する場合
や、高速連写撮影においても、十分に追従してピント状
態の検出ができ、即座にピント合わせ制御をして鮮明な
画像を撮影することができるようになる。つまり、ＭＯ
Ｓセンサにおいて問題となっていた固定パターン雑音成
分を短時間でキャンセルすることができて、Ｓ／Ｎの良
い従って高画質のイメージを高速で読み取って高速でピ
ント状態の検出ができ、即座にピント合わせ制御ができ
て鮮明な画像を撮影することができるようになる。

【０２２６】なお、ここでは１眼レフカメラを例に説明
したが、オートフォーカス機構はレンズシャッタカメラ
や双眼鏡、光学顕微鏡などにも適用することが可能であ
る。

【０２２７】次に、上述した各システムで用いられる低
雑音のＭＯＳセンサ、すなわち、固定パターンノイズが
効果的に除去され、例えば、７０ｄＢ以上の大きな出力
ダイナミックレンジを得ることが可能なＭＯＳセンサ、
そして、このＭＯＳセンサで用いられるノイズキャンセ
ラ回路、および単位セルの具体例について、図面を参照
して説明する。

【０２２８】増幅型ＭＯＳセンサを用いた固体撮像装置
が受光部としてフォトダイオードを用いており、各セル
毎にフォトダイオードで検出した信号をトランジスタで
増幅するもので、高感度という特徴を持つ。

【０２２９】一般に、増幅型ＭＯＳ型固体撮像装置にお
いては、各単位セルにおける画素に相当する受光部であ
るフォトダイオードの出力信号を、その単位セルに設け
られた増幅トランジスタを通して増幅して取り出す。そ
のため、この増幅の際に、増幅トランジスタの特性のバ
ラツキ対応分が信号に重畳されることになる。ゆえに、
たとえ各単位セルにおける各フォトダイオードの電位が
それぞれ同じであったとしても、そのフォトダイオード
の所属する単位セルでの増幅トランジスタがそれぞれ別
物であり、各増幅トランジスタはその特性が微妙に異な
るので、出力信号がそれぞれ同じとはならない。そのた
め、増幅型ＭＯＳ型固体撮像装置で撮像した画像を再生
すると、各単位セルでの増幅トランジスタの特性バラツ
キに対応する雑音が発生する。

【０２３０】このように増幅型ＭＯＳ型固体撮像装置で
は、各単位セルでの増幅トランジスタでそれぞれ特性が
微妙に異なり、各単位セルで固有なものであるために、
再生した画像に場所的に固定されて分布する雑音、つま
り、２次元状の雑音の発生が避けられない。この雑音は
２次元空間である画面上で、場所的に固定されていると
いう意味で、固定パターン雑音と呼ばれる。

【０２３１】この固定パターン雑音を除去するために設
けたのが、以下、詳述する本発明で用いられるノイズキ
ャンセラ回路である。

【０２３２】次に、信号電荷をセル内で増幅する増幅型
ＭＯＳセンサを用いた固体撮像装置に用いられるノイズ
キャンセラ回路の具体的な例に触れておく。

【０２３３】（第１７の実施の形態） 図３６は、本発明で用いられる第１７の実施の形態に係
るＭＯＳ型固体撮像装置にかかわり、特にノイズキャン
セラ回路を備えたＭＯＳ型固体撮像装置の構成例を示
す。単位セルＰ４−ｉ−ｊが縦、横に２次元マトリクス
状に配列されている。図では、２×２しか示していない
が、実際は数千個×数千個ある。ｉは水平（row ）方向
の変数、ｊは垂直（column）方向の変数である。各単位
セルＰ４−ｉ−ｊの詳細は既に、図３、図５（ｂ）、図
５（ｃ）あるいは図８で説明した如きのものである。図
３６において、図３、図５（ｂ）、図５（ｃ）あるいは
図８で説明したものと同一名称のものは、同一物である
ものとする。

【０２３４】本発明で用いられる固体撮像装置の応用分
野としては、ビデオカメラ、電子スチルカメラ、ディジ
タルカメラ、ファクシミリ、複写機、スキャナ等があ
る。

【０２３５】垂直アドレス回路９０５から水平方向に配
線されている垂直アドレス線９０６−１，９０６−２，
…は各行の単位セルに接続され、信号を読み出す水平ラ
インを決めている。すなわち、垂直アドレス線９０６−
１，９０６−２，…は対応する各行の単位セルにおける
増幅トランジスタをアクティブにするかしないかを決め
る信号線である。

【０２３６】同様に、垂直アドレス回路９０５から水平
方向に配線されているリセット線９０７−１，９０７−
２，…は、各列の単位セルに接続され、単位セル内のリ
セットトランジスタのゲートを駆動するようにしてい
る。

【０２３７】各列の単位セルは列方向に配置された垂直
信号線９０８−１，９０８−２，…に接続され、その単
位セルの検出信号（画素信号）をこの信号線を通して出
力する。これらの垂直信号線９０８−１，９０８−２，
…の一端には負荷トランジスタ９０９−１，９０９−
２，…が設けられている。負荷トランジスタ９０９−
１，９０９−２，…のゲートとドレインは共通にドレイ
ン電圧端子９２０に接続される。

【０２３８】垂直信号線９０８−１，９０８−２，…の
他端は、ＭＯＳトランジスタ９２６−１，９２６−２，
…のゲートに接続される。ＭＯＳトランジスタ９２６−
１，９２６−２，…のソースはＭＯＳトランジスタ９２
８−１，９２８−２，…のドレインに接続され、ＭＯＳ
トランジスタ９２６−１，９２６−２，…、９２８−
１，９２８−２，…はソースフォロワ回路として動作す
る。ＭＯＳトランジスタ９２８−１，９２８−２，…の
ゲートは共通ゲート端子９３６に接続される。

【０２３９】ＭＯＳトランジスタ９２６−１，９２６−
２，…とＭＯＳトランジスタ９２８−１，９２８−２，
…との接続点がサンプルホールドトランジスタ９３０−
１，９３０−２，…を介してクランプ容量９３２−１，
９３２−２，…の一端に接続される。クランプ容量９３
２−１，９３２−２，…の他端にはサンプルホールド容
量９３４−１，９３４−２，…とクランプトランジスタ
９４０−１，９４０−２，…が並列に接続されている。
サンプルホールド容量９３４−１，９３４−２，…の他
端は接地されている。クランプ容量９３２−１，９３２
−２，…の他端は水平選択トランジスタ９１２−１，９
１２−２，…を介して信号出力端（水平信号線）９１５
にも接続される。

【０２４０】垂直アドレス回路９０５は、複数、ここで
は２本の信号を纏めてシフトする回路であり、図３７、
図３８、図３９のいずれかの回路により実現される。図
３７の例では、入力信号９４６を多数の出力端から順次
シフトして出力するアドレス回路９４４の出力がマルチ
プレクサ９４８により２入力信号９５０と合成される。
図３８の例では、エンコード入力９５４をデコードする
デコーダ９５２の出力がマルチプレクサ９５６により２
入力信号９５８と合成される。図３９の例では、２つの
アドレス回路９６０ａ，９６０ｂの出力を束ねて各行の
制御信号線とする。

【０２４１】図３６に示した各単位セルＰ４−１−ｉ
（ｉ＝１，２，３，〜）は、例えば、図３、図５
（ｂ）、図５（ｃ）あるいは図８などの如きの構成であ
る。

【０２４２】一般的に、増幅型ＭＯＳ型固体撮像装置に
おいては、増幅トランジスタの特性のバラツキが信号に
影響するため、フォトダイオードの出力が同じでもセル
からの出力信号が同じとはならず、写した画像を再生す
ると増幅トランジスタの特性バラツキ等に対応する２次
元状の雑音である固定パターン雑音が発生する。つま
り、増幅型ＭＯＳ型固体撮像装置においては、その受光
面全面に一様な光を当てたとしても、マトリクス配置の
各画素から得られる画像信号のレベルは、各画素で一様
にならず、輝度むらのある画像信号となる。この輝度む
らのある画像は雑音が２次元状に分布する雑音、つま
り、画面という平面に分布する雑音であり、場所的に固
定されているという意味で、固定パターン雑音と称され
る。

【０２４３】このため、本実施例においては、単位セル
対応に図３６に示すように、水平選択トランジスタ９１
２の前に、この固定パターン雑音を抑圧するための回路
を設けてなる雑音除去回路（ノイズキャンセラ回路）を
用いるようにしている。

【０２４４】図４１は、増幅型ＭＯＳセンサを用いた従
来の固体撮像装置を示す回路構成図である。画素に相当
する単位セルＰ０−ｉ−ｊが縦、横に２次元マトリクス
状に配列されている。図では、２×２しか示していない
が、実際は数千個×数千個の配列である。ｉは水平（ro
w ）方向の変数、ｊは垂直（column）方向の変数であ
る。各単位セルＰ０−ｉ−ｊは、フォトダイオード１−
ｉ−ｊと、増幅トランジスタ２−ｉ−ｊと、垂直選択ト
ランジスタ３−ｉ−ｊと、リセットトランジスタ４−ｉ
−ｊからなる。また、２次元マトリクス状に配列されて
いる単位セルＰ０−１−１，…Ｐ０−ｉ−ｊ，…を順に
選択するために、垂直アドレス回路２０５と水平アドレ
ス回路２１３とがある。垂直アドレス回路２０５にはｎ
×ｍ構成の２次元マトリクス状配列の単位セルＰ０−１
−１，…Ｐ０−ｉ−ｊ，…の横配列数（水平（row ）方
向配列数）であるｎに対応する数のアドレス出力端子と
リセット信号端子のペアがあり、水平アドレス回路２１
３にはｎ×ｍ構成の２次元マトリクス状配列の単位セル
Ｐ０−１−１，…Ｐ０−ｉ−ｊ，…の縦配列数（垂直
（column）方向配列数）であるｍに対応するアドレス出
力端子がある。なお、ｍ，ｎ，ｉ，ｊは任意の整数であ
る。

【０２４５】そして、水平（row ）方向に並ぶ単位セル
Ｐ０−１−１，Ｐ０−１−２，…Ｐ０−２−ｊ，…に沿
って１本ずつ、垂直アドレス回路２０５から水平（row
）方向に垂直アドレス線６−１，６−２，…が順に配
線されており、これら垂直アドレス線６−１，６−２，
…はそれぞれ垂直アドレス回路２０５のｎ個のアドレス
出力端子のうち、対応する一つに接続されている。

【０２４６】また、水平（row ）方向に並ぶ単位セルＰ
０−１−１，Ｐ０−１−２，…Ｐ０−２−ｊ，…に沿っ
て１本ずつ、垂直アドレス回路２０５から水平（row ）
方向にリセット信号線７−１，７−２，…が順に配線さ
れており、これらリセット信号線７−１，７−２，…は
それぞれ垂直アドレス回路２０５のｎ個のリセット信号
端子のうち、対応する一つに接続されている。

【０２４７】また、垂直方向に並ぶ単位セルＰ０−１−
１，Ｐ０−１−２，…Ｐ０−２−ｊ，…に沿って１本ず
つ、水平アドレス回路２１３から垂直方向に垂直信号線
８−１，８−２，…が順に配線されており、これら垂直
信号線８−１，８−２，…はそれぞれ水平アドレス回路
２１３のｍ個のアドレス出力端子のうち、対応する一つ
に接続されている。

【０２４８】垂直アドレス回路２０５から水平方向に配
線されている垂直アドレス線６−１，６−２，…は各行
の単位セルの垂直選択トランジスタ３−１−１，…のゲ
ートに接続され、信号を読み出す水平ラインを決めてい
る。同様に、垂直アドレス回路２０５から水平方向に配
線されているリセット線７−１，７−２，…は、それぞ
れ対応する各行のリセットトランジスタ４−１−１、…
のゲートに接続されている。

【０２４９】入射光を検出するフォトダイオード１−ｉ
−ｊは，入射光を検出する受光部を形成するものであっ
て、受光量対応の信号電荷を発生するものであり、１つ
のフォトダイオードで１画素を構成する。増幅トランジ
スタ２−ｉ−ｊは、このフォトダイオード１−ｉ−ｊの
発生した信号電荷を増幅して検出信号として出力するも
のであり、フォトダイオード１−ｉ−ｊのカソードが自
己のゲートに接続されることにより、フォトダイオード
１−ｉ−ｊの信号電荷を増幅してその信号電荷対応の増
幅出力を検出信号としてドレイン側に発生するものであ
る。

【０２５０】垂直選択トランジスタ３−ｉ−ｊは、直流
のシステム電源と増幅トランジスタ２−ｉ−ｊのドレイ
ン側との間に自己のソース‐ドレイン間が接続され、自
己ののゲート側は垂直アドレス回路２０５の垂直アドレ
ス線６−ｊに接続される。

【０２５１】リセットトランジスタ４−ｉ−ｊは直流の
システム電源とフォトダイオード１−ｉ−ｊのカソード
との間に自己のソース‐ドレイン間が接続され、動作時
にフォトダイオード１−ｉ−ｊの信号電荷をリセットす
る。

【０２５２】つまり、具体的には垂直選択トランジスタ
３−ｉ−ｊのソース側とリセットトランジスタ４−ｉ−
ｊのソース側が、直流のシステム電源のドレイン電圧端
子に共通に接続されて、ドレイン電圧が供給されるよう
にしてある。

【０２５３】上述したように、垂直アドレス回路２０５
から水平方向に配線されている垂直アドレス線６−１，
６−２，…は各行の単位セルの垂直選択トランジスタ３
−１−１，…のゲートに接続され、信号を読み出す水平
ラインを決めている。同様に、垂直アドレス回路２０５
から水平方向に配線されているリセット線７−１，７−
２，…は、各行のリセットトランジスタ４−１−１、…
のゲートに接続されている。

【０２５４】従って、ｎ×ｍ構成（ｎ行ｍ列の配列構
成）の画素の読み出しにおいて、ｎライン存在する水平
ライン（行方向ライン）を、その読み出し走査順にアク
ティブにすべく、垂直アドレス回路２０５が垂直アドレ
ス線６−１，６−２，…を順次アクティブにし、また、
画素の信号電荷をリセットするように、出力端子に信号
出力をすべく、動作する構成としてある。

【０２５５】以上が、画像検出部であり、この画像検出
部のほかにこの画像検出部が検出した画像を読み出す出
力部がある。出力部は負荷トランジスタ９−１，９−
２，…、信号転送トランジスタ１０−１，１０−２，
…、蓄積容量１１−１，１１−２，…、水平（row ）選
択トランジスタ１２−１，１２−２，…から成り、次の
ような構成である。

【０２５６】すなわち、各列の単位セルの増幅トランジ
スタ２−１−１，２−１−２，…のソース側は列方向に
配置された垂直信号線８−１，８−２，…のうち、自己
の対応する列のものにそれぞれ接続されている。また、
各列の単位セル対応に、それぞれ一つずつ、負荷トラン
ジスタ９−１，９−２，…が設けられており、垂直信号
線８−１，８−２，…の一端はこれら各負荷トランジス
タ９−１，９−２，…のうちの対応する一つと、その負
荷トランジスタのソース‐ドレイン側を介して直流のシ
ステム電源に接続される。

【０２５７】また、垂直信号線８−１，８−２，…の他
端は、１行分の信号を取り込む信号転送トランジスタ１
０−１，１０−２，…のうちの自己に対応する一つを介
して、１行分の信号を蓄積する蓄積容量１１−１，１１
−２，…のうちの自己に対応する一つに接続されるとと
もに、水平アドレス回路２１３から供給される水平アド
レスパルスにより選択される水平（row ）選択トランジ
スタ１２−１，１２−２，…を介して信号出力端（水平
信号線）２１５に接続されている。

【０２５８】つまり、垂直信号線８−１，８−２，…の
他端は、信号転送トランジスタ１０−１，１０−２，…
のうちの対応する一つのトランジスタのソース‐ドレイ
ンを介して蓄積容量１１−１，１１−２，…のうちの対
応する一つの蓄積容量の一端側に接続されるとともに、
水平（row ）選択トランジスタ１２−１，１２−２，…
のうちの対応する一つのトランジスタのソース‐ドレイ
ンを介して信号出力端（水平信号線）２１５に接続され
る。また、各蓄積容量１１−１，１１−２，…の他端は
接地され、信号転送トランジスタ１０−１，１０−２，
…のゲート側は共通ゲート２１４に接続される。共通ゲ
ート２１４には、信号転送すべきタイミングにおいて信
号転送パルスを印加することで、信号転送トランジスタ
１０−１，１０−２，…をオンさせて、垂直信号線８−
１，８−２，…に現れた電圧を、増幅信号蓄積容量１１
−１，１１−２，…に転送して蓄積させることができ
る。

【０２５９】水平アドレス回路２１３は、水平１ライン
当たりの読み出すべき画素位置を順次選択してゆくため
のものであって、ｎ×ｍ構成（ｎ行ｍ列構成）の画素の
読み出しにおいて、水平１ラインの読み出し走査速度対
応に、その時々の走査位置に該当する画素位置の水平
（row ）選択トランジスタ１２−１，１２−２，…をア
クティブにするように水平アドレスパルスを発生する構
成としてある。

【０２６０】従って、ｎ×ｍ構成（ｎ行ｍ列構成）の画
素の読み出しにおいて、順次ライン位置を変えながらそ
のラインにおける画素の信号を読み出すといった走査を
制御をすることができる。

【０２６１】図４２のタイミングチャートを参照して、
この従来のＭＯＳ型固体撮像装置の動作について説明す
る。垂直アドレス回路２０５より、垂直アドレス線６−
ｉに当該垂直アドレス線６−ｉをハイレベルにするアド
レスパルスが印加されると、この行の選択トランジスタ
３−ｉ−１，３−ｉ−２，…のみオンとなり、この行の
増幅トランジスタ２−ｉ−１，２−ｉ−２，…と負荷ト
ランジスタ９−１，９−２，…でソースフォロワ回路が
構成される。

【０２６２】これにより、増幅トランジスタ２−ｉ−
１，２−ｉ−２，…のゲート電圧、すなわちフォトダイ
オード１−ｉ−１，１−ｉ−２，…の電圧とほぼ同等の
電圧が垂直信号線８−１，８−２，…に現れる。

【０２６３】このとき、信号転送トランジスタ１０−
１，１０−２，…の共通ゲート２１４に信号転送パルス
を印加すると、増幅信号蓄積容量１１−１，１１−２，
…には垂直信号線８−１，８−２，…に現れた電圧とそ
の容量との積で表される増幅された信号電荷が蓄積され
る。

【０２６４】増幅信号蓄積容量１１−１，１１−２，…
に信号電荷が蓄積された後、垂直アドレス回路５は、リ
セットライン７−ｉにリセットパルスを印加する。そし
て、このリセットパルスによりリセットトランジスタ４
−ｉ−１，４−ｉ−２，…はオンされ、フォトダイオー
ド１−ｉ−１，１−ｉ−２，…に蓄積された信号電荷は
リセットトランジスタ４−ｉ−１，４−ｉ−２，…を介
して放電される。これにより、フォトダイオード１−ｉ
−１，１−ｉ−２，…はリセットされたことになる。

【０２６５】つぎに、水平アドレス回路２１３から水平
アドレスパルスを水平選択トランジスタ１２−１，１２
−２，…に順次印加する。すると、水平選択トランジス
タ１２−１，１２−２，…はこの水平アドレスパルスの
印加されている間、オンとなる。そして、増幅信号蓄積
容量１１−１，１１−２，…に蓄積されていた信号電荷
は、オンとなった水平選択トランジスタ１２−１，１２
−２，…を通って蓄積信号出力端（水平信号線）２１５
から出力される。これにより、１行分の画像信号が出力
信号として得られる。

【０２６６】この動作を次の行（水平ライン）、次の行
と順次続けることにより、２次元状に配置されたフォト
ダイオードのすべての信号を読み出すことができる。

【０２６７】このように、順次、ライン位置を変えなが
ら読み出し制御を行うことで、１画面分の画像信号を順
次取り出すことができ、連続的にこの動作を繰り返すと
動画像が得られることになる。

【０２６８】上述した従来のＭＯＳ型固体撮像装置の単
位セルＰ０−ｉ−ｊは、フォトダイオード１−ｉ−ｊか
らの電荷信号を増幅する増幅トランジスタ２−ｉ−ｊ、
信号を読み出すラインを選択する垂直選択トランジスタ
３−ｉ−ｊ、増幅トランジスタのゲートのゲートを充放
電するリセットトランジスタ４−ｉ−ｊの計３つのトラ
ンジスタを用いる。

【０２６９】しかし、ＭＯＳ型固体撮像装置は、増幅ト
ランジスタ２−ｉ−ｊを用いて電荷信号は増幅して出力
させるので、この増幅トランジスタ２−ｉ−ｊによる雑
音の問題がついて回る。つまり、増幅トランジスタ２−
ｉ−ｊは画素である単位セル毎に設けられるが、フォト
ダイオードが光を受けていないときにも、増幅トランジ
スタは出力を発生する。これは増幅トランジスタの特性
上、避けることができない暗電流や熱雑音などのバラツ
キに起因するものであり、マトリクス配置の各画素セル
でそれぞれ異なる固有のものであるから、一様な光を受
光面全面に当てたとしても、得られる画像信号のレベル
は、各画素で一様にならず、輝度むらのある画像信号と
なる。この輝度むらのある画像は雑音が２次元状に分布
する雑音、つまり、画面という平面に分布する雑音であ
り、場所的に固定されているという意味で、固定パター
ン雑音と称される。この雑音の問題は大きく、画素を微
細化することによって一層、顕著になるから撮像用に
は、その改善や対策が必要である。

【０２７０】この固定パターン雑音を除去するために、
第１７の実施の形態では、単位セル対応に、水平選択ト
ランジスタ１２の前に、この固定パターン雑音を抑圧す
るための回路を設けてなる雑音除去回路（ノイズキャン
セラ回路）を用いるようにしている（図３６参照）。

【０２７１】尚、図３６では、雑音除去回路としては一
例として電圧領域で信号と雑音との差分をとる相関二重
サンプリング型を示すが、雑音除去回路の型は、相関二
重サンプリング型には限定されず、種々の雑音除去回路
を用いることができる。

【０２７２】図４０のタイミングチャートを参照して、
図３６の構成のノイズキャンセラ回路付きＭＯＳ型固体
撮像装置の動作について説明する。なお、負荷トランジ
スタ９０９の共通ドレイン端子９２０、インピーダンス
変換回路のトランジスタ９２８の共通ゲート端子９３
６、クランプトランジスタ９４０の共通ソース端子９３
８はＤＣ駆動であるので、タイミングチャートから省略
している。

【０２７３】垂直アドレス線９０６−１にハイレベルの
アドレスパルスを印加すると、当該垂直アドレス線９０
６−１に接続されている単位セルＰ４−１−１，Ｐ４−
１−２，…の垂直選択トランジスタ９６５がオンとな
り、増幅トランジスタ９６４と負荷トランジスタ９０９
−１，９０９−２，…でソースフォロワ回路が構成され
る。

【０２７４】サンプルホールドトランジスタ９３０−
１，９３０−２，…の共通ゲート９３７をハイレベルと
してサンプルホールドトランジスタ９３０−１，９３０
−２，…をオンする。この後、クランプトランジスタ９
４０−１，９４０−２，…の共通ゲート９４２をハイレ
ベルとしてクランプトランジスタ９４０−１，９４０−
２，…をオンする。

【０２７５】次に、クランプトランジスタ９４０−１，
９４０−２，…の共通ゲート９４２をローレベルとして
クランプトランジスタ９４０−１，９４０−２，…をオ
フする。このため、垂直信号線９０８−１，９０８−
２，…に現れている信号プラス雑音成分はクランプ容量
９３２−１，９３２−２，…に蓄積される。

【０２７６】この後、垂直アドレスパルスをローレベル
に戻した後、リセット線９０７−１にハイレベルのリセ
ットパルスを印加すると、当該リセット線７−１に接続
されている単位セルＰ４−１−１，Ｐ４−１−２，…の
リセットトランジスタ９６６がオンとなり、出力回路９
６８の入力端子の電荷がリセットされる。

【０２７７】再び、垂直アドレス線９０６−１にハイレ
ベルのアドレスパルスを印加すると、当該垂直アドレス
線９０６−１に接続されている単位セルＰ４−１−１，
Ｐ４−１−２，…の垂直選択トランジスタ９６５がオン
となり、増幅トランジスタ９６４と負荷トランジスタ９
０９−１，９０９−２，…でソースフォロワ回路が構成
され、信号成分がリセットされた雑音成分のみが垂直信
号線９０８−１，９０８−２，…に現れる。

【０２７８】前述したように、クランプ容量９３２−
１，９３２−２，…には信号プラス雑音成分が蓄積され
ているので、クランプノード９４１−１，９４１−２，
…には垂直信号線９０８−１，９０８−２，…の電圧変
化分、すなわち信号成分プラス雑音成分から雑音成分を
差し引いた、固定パターン雑音のない信号電圧のみが現
れる。

【０２７９】そして、サンプルホールドトランジスタ９
３０−１，９３０−２，…の共通ゲート９３７をローレ
ベルとしてサンプルホールドトランジスタ９３０−１，
９３０−２，…をオフする。このため、クランプノード
９４１−１，９４１−２，…に現れている雑音のない電
圧がサンプルホールド容量９３４−１，９３４−２，…
に蓄積される。

【０２８０】この後、水平選択トランジスタ９１２−
１，９１２−２，…に水平アドレスパルスを順次印加す
ることにより、サンプルホールド容量９３４−１，９３
４−２，…に蓄積されている雑音のないフォトダイオー
ド９６２の信号が出力端子（水平信号線）９１５から読
み出される。

【０２８１】以下、同様に、垂直アドレス線９０６−
２，９０６−３，…について上述の動作を繰り返すこと
により、２次元状に配置された全てのセルの信号を取り
出すことが出来る。

【０２８２】ここで、図４０のタイミングの先後関係を
説明する。必須の順番は、次の通りである。

【０２８３】垂直アドレスパルスの立ち上がり・サンプ
ルホールドパルスの立ち上がり・クランプパルスの立ち
上がり→リセットパルスの立ち上がり→リセットパルス
の立ち下がり→サンプルホールドパルスの立ち下がり→
垂直アドレスパルスの立ち下がりなお、垂直アドレスパ
ルスの立ち上がり、サンプルホールドパルスの立ち上が
り、クランプパルスの立ち上がりの前後関係は任意であ
るが、好ましくは上述した順番がよい。

【０２８４】このように、図４０の動作によれば、クラ
ンプノード９４１には、信号（プラス雑音）がある時
と、増幅トランジスタのゲートがリセットされて信号が
ない時の差の電圧が現れるため、単位セルＰ４−１−ｉ
（ｉ＝１，２，３，４〜）における増幅トランジスタの
特性バラツキに起因した固定パターン雑音が補償され
る。すなわち、クランプトランジスタ９３０、クランプ
容量９３１、サンプルホールドトランジスタ９４０、サ
ンプルホールド容量９３４からなる回路がノイズキャン
セラとして作用する。

【０２８５】なお、本実施例のノイズキャンセラは、ソ
ースフォロワ回路からなるインピーダンス変換回路９２
６、９２８を介して垂直信号線９０８に接続されてい
る。すなわち、垂直信号線はトランジスタ９２６のゲー
トに接続されている。このゲート容量は非常に小さいの
で、セルの増幅トランジスタは垂直信号線９０８−１，
９０８−２，…のみを充電するので、ＣＲの時定数が短
く、すぐに定常状態になる。そのため、リセットパルス
の印加タイミングを早くすることができ、短時間でノイ
ズキャンセル動作をさせることができる。テレビジョン
信号の場合、ノイズキャンセル動作は水平ブランキング
期間内に行う必要があり、短時間で正確にノイズキャン
セルできることは大きな長所である。さらに、ノイズキ
ャンセル動作に含まれる信号プラス雑音出力時と雑音出
力時とで、単位セルから見たノイズキャンセラのインピ
ーダンスが同じであるので、正確にノイズをキャンセル
することができる。

【０２８６】すなわち、“雑音成分”出力時と“信号成
分＋雑音成分”出力時とで、単位セルから見たノイズキ
ャンセラ回路のインピーダンスがほぼ同一である。その
ため、両出力時で雑音成分はほぼ同一となり、両者の差
分をとると、正確に雑音出力を除去できて信号成分のみ
を取り出すことが可能となる。従って、正確にノイズを
キャンセルすることができる。また、単位セルからノイ
ズキャンセラ回路を見ると、インピーダンス的にはゲー
ト容量しか見えず、その容量は非常に小さいので、短時
間に確実にノイズをキャンセルすることができる。

【０２８７】次に、本実施例のノイズキャンセラ回路の
素子構造を説明する。

【０２８８】図３６の回路構成からわかるように、クラ
ンプ容量９３２とサンプルホールド容量９３４が直接接
続されて近接しているので、これらを同一面上に積層し
て形成することができ、ノイズキャンセラ回路部分を小
型化できる。

【０２８９】具体的には、図４３に示すように、シリコ
ン基板８７２上に第１の絶縁膜８７４を介して第１の電
極８７６を形成することにより、サンプルホールド容量
８３４を構成し、さらに第１の電極８７６上に第２の絶
縁膜８７８を介して第２の電極８８０を形成することに
より、クランプ容量８３２を構成する。

【０２９０】この図からも明らかなように、第１の電極
８７６が共通電極となり、クランプ容量８３２とサンプ
ルホールド容量８３４が積層形成されているので、個別
に形成する場合の１／２の面積で同じ容量値を得ること
が可能となる。

【０２９１】本実施例においては、単位セルＰ４−１−
１、Ｐ４−１−２，…や、垂直アドレス回路９０５、水
平アドレス回路９１３などの周辺回路は、ｐ^- 型基板上
にｐ⁺ 型不純物層を形成した半導体基板上に形成されて
いる。

【０２９２】図４４（ａ）、図４４（ｂ）は、このよう
な半導体基板の断面図である。

【０２９３】図４４（ａ）に示すように、ｐ^- 型基板８
８１上にｐ⁺ 型不純物層８８２を形成した半導体基板に
フォトダイオード８８３などのセル要素が形成されてい
る。

【０２９４】半導体基板をこのような構成にすることに
より、ｐ^- ／ｐ⁺ 境界にある拡散電位により、ｐ^- 型基
板８１で発生した暗電流がｐ⁺ 側へ流れ込むのを一部防
止することができる。

【０２９５】電子の流れを詳しく解析した結果を簡単に
述べると、ｐ^- 側で発生した電子にとってｐ⁺ 不純物層
８８２の厚さＬがｐ⁺ とｐ^- の濃度の比倍すなわちＬ・
ｐ⁺／ｐ^- に見える。

【０２９６】すなわち、図４４（ｂ）に示すように、暗
電流の発生源であるｐ^- 基板８８１からフォトダイオー
ド８８３までの距離がｐ⁺ ／ｐ^- 倍遠くなったように見
えることになる。暗電流は、基板深部から流れ込むもの
以外にフォトダイオード８８３近傍の空乏層内で発生す
るものがあり、この空乏層内で発生する暗電流は、基板
深部から流れ込む暗電流とほぼ同じ程度ある。空乏層の
厚さは約１μｍ程度であり、基板深部から流れ込む暗電
流は約１００μｍの深さからも流れてくる。この深さは
ｐ型半導体内部での電子の拡散距離と呼ばれているもの
である。この厚さの差にも関わらず暗電流が同等なの
は、単位体積あたりの暗電流の発生確率が空乏層内部の
方が高いためである。ここで、空乏層で発生する暗電流
は原理的に信号電流と分離することができないので、暗
電流の低減は基板深部から流れ込む成分を減ずることに
よってなされる。

【０２９７】また、ｐ^- 型基板８８１上にｐ⁺ 型不純物
層８８２を形成した半導体基板にセルを形成するので、
暗電流が発生することによる基板電位の変動を防止する
ことができ、ｐ型基板は厚いため、抵抗が低く、後述す
るように、雑音除去回路を確実に動作させることができ
る。

【０２９８】また、素子温度が上昇すると基板深部から
の成分の方が急激に増加するので、これが重要である。
その目安は、基板深部からの成分が空乏層で発生した成
分よりも十分小さいことであり、具体的には、基板深部
からの暗電流が空乏層内部からのものに比べて約１桁下
であればいい。すなわち、ｐ⁺ ／ｐ^- を１０に設定して
基板深部からのものを約１／１０にすればいい。

【０２９９】さらに、基板深部からの暗電流は、ｎ型基
板とｐ型ウェルとで構成される半導体基板ではほぼ全く
ないといってよいが、このような半導体基板と同じレベ
ルにするためにはｐ⁺ ／ｐ^- を１００に設定して基板深
部からの暗電流を約１／１００にする必要がある。

【０３００】従来の実績のあるＣＣＤでは、ｎ型の埋め
込みチャネルの不純物濃度が約１０¹⁶ｃｍ^-3程度であ
り、この埋め込みチャネルの拡散層を安定して製造する
ための埋め込みチャネルを囲むｐ型層（ここではｐ型基
板）の不純物濃度は約１０¹⁶ｃｍ^-3である。

【０３０１】ｐ⁺ 層の濃度はｐ⁺ ／ｐ^- を１０にする場
合は約１０¹⁶ｃｍ^-3程度、ｐ⁺ ／ｐ^- を１００にする場
合は約１０¹⁷ｃｍ^-3程度となり、ｎ型の埋め込みチャネ
ルの不純物濃度の約１０¹⁶ｃｍ^-3と同程度又は１桁逆転
してしまう。

【０３０２】このため、従来実績のあるのＣＣＤではこ
のような不純物濃度のｐ⁺ 層を使うことは考えられなか
った。また、ｐ^- 層の濃度を下げると基板のシート抵抗
が高くなるという問題が出てくる。

【０３０３】しかしながら、増幅型のＭＯＳ撮像装置で
はＣＣＤの埋め込みチャネルがないためｐ^- 層の濃度を
下げずにｐ⁺ ／ｐ^- の値をある程度自由に設定できる。

【０３０４】そこで、ｐ型ウェルの抵抗を下げ、ｎ型基
板とｐ型ウェルとで構成される半導体基板の構造を改善
することによってもセルを構成することができる。

【０３０５】図４５は、ｎ型基板８８５上にシート抵抗
の低いｐ⁺ ウェル８８６を用いた単位セルの断面図であ
る。また、図４６は、ＣＣＤの単位セルの断面図を示
す。

【０３０６】ＣＣＤの単位セルのｎ型基板８８７、ｐ型
ウェル８８６、ｎ型埋め込みチャネル８８９の不純物濃
度は安定して製造を行うために、それぞれ約１０¹⁴ｃｍ
^-3、約１０¹⁶ｃｍ^-3、約１０¹⁶ｃｍ^-3程度にしてある。

【０３０７】ｎ型フォトダイオード８９０の不純物濃度
はある程度自由に設定できるため製造上の制約はあまり
ない。ｐ型ウェル８８６のシート抵抗は上記の不純物濃
度では約１００ｋΩ／□程度の値である。ＣＣＤは、前
述のようにこのような高い値でも雑音が非常に小さい。

【０３０８】一方、増幅型のＭＯＳ撮像装置で雑音除去
回路を使用する場合、このｐ型ウェルのシート抵抗は非
常に重要である。何故ならば、リセットパルスによるｐ
型ウェル８８６の電位の擾乱が収まる時間がこの装置を
応用するシステムにマッチングしなければならないから
である。

【０３０９】現行のテレビ方式であるＮＴＳＣ方式で
は、雑音除去回路を動作させるのは水平帰線期間である
約１１［μｓ］の間である。この時間のあいだにｐ型ウ
ェル８８６の電位の擾乱が０．１［ｍＶ］程度まで収ま
る必要がある。

【０３１０】この０．１［ｍＶ］という非常に小さい値
は、ＣＣＤの雑音電圧出力がこの程度であることから起
因している。１１［μｓ］という非常に短い時間で０．
１［ｍＶ］という非常に小さい値に落ちつかせるには、
詳しい解析よるとｐ型ウェル８８６のシート抵抗を１ｋ
Ω／□以下にしなければならない。これは従来のＣＣＤ
の約１／１００である。

【０３１１】そのためには、ｐ型ウェル８８６の不純物
濃度を約１００倍にする必要があり、ｐ型基板のところ
で前述したように、ＣＣＤでは不可能な濃度である。さ
らにハイビジョンテレビ方式では水平帰線期間が３．７
７［μｓ］であり、ｐ型ウェル８８６のシート抵抗を３
００Ω／□以下にしなければならない。

【０３１２】他の変形例としては、高濃度のｐ⁺ 型サン
ドイッチ層を基板上に形成し、表面をそれより濃度の低
いｐ型層にすることが考えられる。

【０３１３】図４７は、ｐ^- 型基板８９１とｐ型層８９
３との間にｐ⁺ 型サンドイッチ層８９２を形成した半導
体基板の構成を示す図である。また、図４８は、ｎ型基
板８９５とｐ型層８９７との間にｐ⁺ 型サンドイッチ層
８９６を形成した半導体基板の構成を示す図である。

【０３１４】このようなｐ⁺ 型サンドイッチ層は高加速
度のメガボルトイオン打ち込み機により実現できる。

【０３１５】上記ｐ型層には、単位セルの構成要素であ
るフォトダイオード８８３、トランジスタなどの他に、
水平アドレス回路、垂直アドレス回路などの周辺回路も
形成される。

【０３１６】図４９は、フォトダイオード８８３の周囲
を高濃度のｐ型ウェル１１０３で囲み、ｎ型基板１１０
１上の他の部分を他のｐ型ウェル１１０２で形成するこ
とにより構成される半導体基板の構成を示す図である。

【０３１７】このような構成を採用することにより、フ
ォトダイオード８８３への暗電流の漏れ込みを防止する
ことができる。なお、半導体基板１１０１は、ｐ^- 型基
板であってもよい。

【０３１８】さらに、セル周辺の水平アドレス回路や垂
直アドレス回路の一部又は全部を形成するｐ型ウェルの
濃度は回路設計の方から決められており、セルの最適値
とは異なるため撮像領域を形成するｐ型ウェルとは別の
ｐ型層にすることも考えられる。

【０３１９】図５０は、ｎ型基板１１０５上に撮像領域
を構成するｐ型ウェル１１０６を形成するとともに、周
辺回路部を構成する他のｐ型ウェル１１０７を別々に形
成した半導体基板の構成を示す図である。

【０３２０】このような構成とすることにより、各構成
要素に適したｐ型ウェルを形成することができる。な
お、上記ｎ型基板１１０５は、ｐ^- 型基板であっても良
い。

【０３２１】図５１は、ｎ型基板１１０５上に撮像領域
を形成するｐ⁺ 型サンドイッチ層１１０８及び濃度の低
いｐ型層１１０９を形成するとともに、周辺回路部に他
のｐ型ウェル１１０７を形成したものである。

【０３２２】このような構成とすることにより、各構成
要素に適したｐ型ウェルを形成することができ、フォト
ダイオードへの暗電流の漏れ込みを防止することができ
る。なお、上記ｎ型基板１１０５は、ｐ^- 型基板であっ
ても良い。

【０３２３】以上説明したように、本実施例によれば、
単位セルの出力をノイズキャンセラ回路を介して出力し
ているので、単位セルの増幅トランジスタの特性バラツ
キに応じた固定パターン雑音を抑えることができる。ま
た、ノイズキャンセラ回路においては、クランプ容量９
３２−１，９３２−２，…（以下、これらを９３２と総
称する。他の添え字付きの部材についても同様）とサン
プルホールド容量９３４が直接接続されて近接している
ので、これらを同一面上に積層して形成することがで
き、容量を小型化できる。

【０３２４】さらに、単位セルの出力をインピーダンス
変換回路を介してノイズキャンセラに供給しているの
で、雑音出力時と信号プラス雑音出力時とで、単位セル
から見たノイズキャンセラのインピーダンスがほぼ同一
であるため、両出力時で雑音成分はほぼ同一となり、両
者の差分をとると、正確に雑音出力を除去でき、信号成
分のみ取り出すことが可能となり、正確にノイズをキャ
ンセルすることができる。また、単位セルからノイズキ
ャンセラを見ると、インピーダンス的にはゲート容量し
か見えず、その容量は非常に小さいので、短時間に確実
にノイズをキャンセルすることができる。

【０３２５】また、単位セルを形成する半導体基板とし
て、ｐ- 型不純物基体と、ｐ- 型不純物基体上に形成さ
れたｐ+ 型不純物層とからなる基板を用いることによ
り、単位セルに進入する暗電流を低減することができ、
かつ、基板表面の電位を安定させることができるので、
雑音除去回路（ノイズキャンセラ回路）を確実に動作さ
せることができる。

【０３２６】尚、第１７の実施の形態において示した上
述のノイズキャンセラ回路部分は一例であり、他の公知
の回路を適用可能である。

【０３２７】以上、この発明によれば、単位セルでの光
電変換ゲインを高くして高感度を得ると共に、寄生容量
を介する増幅トランジスタのゲートへの垂直信号線等か
らの雑音の飛び込みを抑圧して低雑音を実現可能な固体
撮像装置が得られる。また、この高感度、低雑音の固体
撮像装置を用いた高解像度、高画質の応用装置が得られ
る。

【０３２８】なお、本発明は上述の具体例に限定される
ことなく、種々変形して実施可能である。

【０３２９】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、単位セ
ルでの光電変換ゲインを高くして高感度を得ると共に、
寄生容量を介する増幅トランジスタのゲートへの垂直信
号線等からの雑音の飛び込みを抑圧して低雑音を実現可
能な固体撮像装置を提供することができる。

【０３３０】また、この高感度、低雑音の固体撮像装置
を用いた高解像度、高画質の応用装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の固体撮像装置の第１の実施の形態に
係る固体撮像素子の単位セルの平面図である。

【図２】この発明の第２の実施の形態に係る固体撮像装
置の単位セルの平面図である。

【図３】図２の固体撮像装置の動作について説明するた
めの回路構成図である。

【図４】図２に示された固体幸贈装置の単位セルの部分
断面図である。

【図５】（ａ）は基本的な増幅型固体撮像装置のセルパ
ターンを示した図、（ｂ）は同図（ａ）に対応する１セ
ル分の回路図、（ｃ）は他のセル回路の例を示した図で
ある。

【図６】埋込み型のトランジスタの動作原理について説
明するもので、（ａ）は埋込みトランジスタの平面図、
（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれ信号保持期間、リセット期
間及びリセット後に於ける各部のポテンシャル図であ
る。

【図７】埋込み型のトランジスタを使用した場合の活性
領域の配置例を示した図である。

【図８】埋込み型のトランジスタを使用した場合のセル
の回路構成図である。

【図９】この発明の第３の実施の形態を示すもので、増
幅型固体撮像装置のセルパターン図である。

【図１０】この発明の第４の実施の形態を示すもので、
増幅型固体撮像装置のセルパターン図である。

【図１１】第４の実施の形態の動作を説明するタイミン
グチャートである。

【図１２】セルの光電変換効率を改善するための一例を
示した遮光膜開口の配置図である。

【図１３】セルの光電変換効率を改善するために遮光膜
開口を等しくした場合の例を示した配置図である。

【図１４】セルの光電変換効率を改善するために遮光膜
開口を等しくした場合の他の例を示した配置図である。

【図１５】半導体基板内の光電変換部の光発生キャリア
の収集効率を変えて形成した第１の例を示したフォトダ
イオードの配置図である。

【図１６】半導体基板内の光電変換部の光発生キャリア
の収集効率を変えて形成した第２の例を示したフォトダ
イオードの配置図である。

【図１７】半導体基板内の光電変換部の光発生キャリア
の収集効率を変えて形成した第３の例を示したフォトダ
イオードの配置図である。

【図１８】従来の増幅型固体撮像素子の平面図である。

【図１９】図１８に示された従来の増幅型固体撮像素子
の単位セルの回路図である。

【図２０】従来の増幅型固体撮像装置の他の例を示した
単位セルの平面図である。

【図２１】図２０に示された固体撮像装置のＡ−Ａ′線
に沿った断面図である。

【図２２】この発明の第５の実施の形態を示すもので、
固体撮像素子の基本的構成を示す図である。

【図２３】この発明の第６の実施の形態を示すもので、
画像検出部としてＭＯＳセンサを用いた装置の一般的構
成を示す図である。

【図２４】カラーフィルタアレー１０４とＭＯＳセンサ
１０５を一体化した構成のＭＯＳ撮像デバイスの一例を
示す断面図である。

【図２５】本発明の第７の実施の形態を説明するための
図であって、本発明におけるＭＯＳセンサを用いたビデ
オカメラの実施例を示す構成図である。

【図２６】本発明の第８の実施の形態を説明するための
図であって、本発明におけるＭＯＳセンサを用いた別の
ビデオカメラの実施例を示す構成図である。

【図２７】本発明の第９の実施の形態を説明するための
図であって、本発明における増幅型ＭＯＳセンサのネッ
トワークシステムでの応用例を説明するための図であ
る。

【図２８】本発明の第１０の実施の形態を説明するため
の図であって、本発明における増幅型ＭＯＳセンサのス
チルカメラへの応用例を説明するための図である。

【図２９】本発明の第１１の実施の形態を説明するため
の図であって、本発明におけるＭＯＳセンサを用いたフ
ァクシミリ装置の実施例を示す図である。

【図３０】本発明の第１２の実施の形態を説明するため
の図であって、本発明におけるＭＯＳセンサを用いた電
子複写機の実施例を示す図である。

【図３１】本発明の第１３の実施の形態を説明するため
の図であって、本発明におけるＭＯＳセンサを用いたハ
ンディ形イメージスキャナの実施例を示す図である。

【図３２】本発明の第１４の実施の形態を説明するため
の図であって、機械切り替え式のカラーフィルタを用い
た増幅型ＭＯＳセンサの構成例を示す図である。

【図３３】本発明の第１５の実施の形態を説明するため
の図であって、本発明における増幅型ＭＯＳセンサのフ
ィルムスキャナ装置への応用例を説明するための図であ
る。

【図３４】本発明の第１６の実施の形態を説明するため
の図であって、本発明におけるＭＯＳセンサを用いたオ
ートフォーカス機構付きの１眼レフカメラの実施例を示
す図である。

【図３５】オートフォーカス機構の焦点合わせの原理を
説明するための図である。

【図３６】本発明の第１７の実施の形態を説明するため
の図であって、ＭＯＳ型固体撮像装置の構成例を示す回
路図である。

【図３７】第１７の実施の形態における垂直アドレス回
路の回路構成例を示す図である。

【図３８】第１７の実施の形態における垂直アドレス回
路の他の回路構成例を示す図である。

【図３９】第１７の実施の形態における垂直アドレス回
路のさらに他の回路構成例を示す図である。

【図４０】第１７の実施の形態の動作を示すタイミング
チャートである。

【図４１】ＭＯＳ型固体撮像装置の従来例の構成を示す
回路図である。

【図４２】図４１に示す従来のＭＯＳ型固体撮像装置の
動作を示すタイミングチャートである。

【図４３】第１７の実施の形態におけるノイズキャンセ
ラ部分の装置構造を示す断面図、である。

【図４４】第１７の実施の形態における単位セルの装置
構造を示す断面図である。

【図４５】第１７の実施の形態における単位セルの部分
の半導体基板の変形例を示す図である。

【図４６】ＣＣＤ型固体撮像装置の従来例のセルの断面
図である。

【図４７】第１７の実施の形態における単位セルの部分
の半導体基板の他の変形例を示す図である。

【図４８】第１７の実施の形態における単位セルの部分
の半導体基板のさらに他の変形例を示す図である。

【図４９】第１７の実施の形態における単位セルの部分
の半導体基板のさらに他の変形例を示す図である。

【図５０】第１７の実施の形態における単位セルの部分
の半導体基板のさらに他の変形例を示す図である。

【図５１】第１７の実施の形態における単位セルの部分
の半導体基板のさらに他の変形例を示す図である。

【符号の説明】

２０，３５…素子領域 ２１，３６…第１のダイオード ２２，３７…第２のダイオード ２３，３８…第１の読出しトランジスタのゲート配線 ２４，３９…第２の読出しトランジスタのゲート配線 ２５，４０…第１の読出しトランジスタのドレイン ２６，４１…ジャンプ配線 ２７，４２…増幅トランジスタのゲート ２８，４３…増幅トランジスタのドレイン ２９，４４…増幅トランジスタのソース ３０，４５…リセットトランジスタの素子領域 ３１，４６…リセットトランジスタのソース ３２，４７…リセットトランジスタのゲート配線 ３３，４８…リセットトランジスタのドレイン ４９…アドレストランジスタのゲート配線 ５０…フォトダイオード ５１…読出し線 ５２…読出しトランジスタ ５３…増幅トランジスタ ５４…垂直信号線 ５５…リセットトランジスタ ５６…アドレスキャパシタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 道夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 宮川 良平 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 山下 浩史 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 飯田 義典 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 山口 鉄也 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 井原 久典 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝研究開発センター内 (56)参考文献 特開 平１−292855（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−243675（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−132655（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−276675（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−207376（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 27/146 H04N 5/335

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】受光量に対応して電気信号を発生するフォ
   トダイオードと、このフォトダイオードの出力信号を増
   幅して出力する増幅トランジスタと、上記フォトダイオ
   ードと増幅トランジスタとの間に挿入され、ソースがフ
   ォトダイオードに接続され、ドレインが増幅トランジス
   タの制御電極に接続された読出しトランジスタと、上記
   増幅トランジスタの制御電極にソースが接続され該制御
   電極の電位をリセットするリセットトランジスタと、を
   有する光電変換セルを複数個備えた固体撮像装置に於い
   て、 上記読出しトランジスタの素子形成領域と前記リセット
   トランジスタの素子形成領域とは素子分離領域により分
   離され、上記読出しトランジスタのドレインと上記増幅
   トランジスタの制御電極及び上記リセットトランジスタ
   のソースは金属配線により接続されていることを特徴と
   する固体撮像装置。
2. 【請求項２】上記素子分離領域は、シリコン酸化膜から
   なる絶縁膜であり、上記金属配線は素子分離領域の上を
   通って配線されていることを特徴とする請求項１記載の
   固体撮像装置。
3. 【請求項３】互いに隣接する２つのフォトダイオード
   は、それぞれ読出しトランジスタを介して同一の増幅ト
   ランジスタ及びリセットトランジスタに接続されている
   ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
4. 【請求項４】光電変換蓄積部と、この光電変換蓄積部の
   出力を制御電極に入力する増幅トランジスタと、この増
   幅トランジスタの制御電極と容量結合した垂直選択線
   と、上記光電変換蓄積部の電位をリセットするリセット
   トランジスタとを有する単位セルを半導体基板上に行列
   ２次元状に配列して成る撮像領域と、 上記増幅トランジスタ及びリセットトランジスタの電源
   線と、 上記増幅トランジスタの電流を読出す第１の方向に配置
   された複数の垂直信号線と、 上記垂直信号線の一端に設けられた複数の水平選択トラ
   ンジスタと、 この水平選択トランジスタのゲートに順次選択パルス信
   号を与える水平選択手段と、 上記水平選択トランジスタを介して上記垂直信号線から
   信号電流を読出す水平信号線とを備える固体撮像装置に
   於いて、 上記増幅トランジスタのゲートで構成される下部電極
   と、この下部電極を覆って上記垂直選択線で構成される
   上部電極とを有する容量手段を具備することを特徴とす
   る固体撮像装置。
5. 【請求項５】フォトダイオードと、このフォトダイオー
   ドの信号を検出する検出部と、この検出部に接続された
   ゲートを有する増幅トランジスタと、この増幅トランジ
   スタのゲートに接続されたキャパシタと、上記検出部と
   電荷排出用のドレインとの間にイオンインプラ領域を形
   成して構成された埋め込みトランジスタと、を備える単
   位セルを、半導体基板上に行列２次元状に配列した固体
   撮像装置であって、 上記キャパシタにより上記検出部の電位を変化させ、検
   出部の電子を上記インプラ領域の電位障壁を越えて上記
   ドレインに排出してリセットを行うことを特徴とする固
   体撮像装置。
6. 【請求項６】請求項１記載の固体撮像装置と、この固体
   撮像装置からの出力信号を処理する信号処理回路と、上
   記固体撮像装置及び信号処理回路の動作を制御する制御
   回路と、を具備してなることを特徴とする半導体集積回
   路装置。
7. 【請求項７】請求項１記載の固体撮像装置と、被写体か
   らの光学像を受光し、この光学像を上記固体撮像装置の
   受光部に導く光学系と、上記固体撮像装置からの出力信
   号を処理して映像信号を作成する信号処理部と、上記固
   体撮像装置及び信号処理部の動作を制御する制御回路部
   と、を具備してなることを特徴とする固体撮像装置応用
   システム。