JPH11266398A - 固体撮像素子及びその駆動方法、並びに撮像カメラ - Google Patents
固体撮像素子及びその駆動方法、並びに撮像カメラInfo
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- JPH11266398A JPH11266398A JP10065822A JP6582298A JPH11266398A JP H11266398 A JPH11266398 A JP H11266398A JP 10065822 A JP10065822 A JP 10065822A JP 6582298 A JP6582298 A JP 6582298A JP H11266398 A JPH11266398 A JP H11266398A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＭＯＳ型、ＣＭＯＳ型等の固体撮像素子にお
いて、画素の信号電荷の信号線への読み出しを効率的に
行えるようにする。 【解決手段】 各画素の信号電荷を出力する信号線に電
荷検出回路が接続され、電荷検出回路で得られた信号電
圧を撮像素子の出力とする固体撮像素子であって、信号
線２７の動作電位を電源又は接地に近い電位に設定す
る。
いて、画素の信号電荷の信号線への読み出しを効率的に
行えるようにする。 【解決手段】 各画素の信号電荷を出力する信号線に電
荷検出回路が接続され、電荷検出回路で得られた信号電
圧を撮像素子の出力とする固体撮像素子であって、信号
線２７の動作電位を電源又は接地に近い電位に設定す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばＭＯＳ型、
ＣＭＯＳ型、増幅型等の撮像素子に適用される固体撮像
素子及びその駆動方法、並びにこの固体撮像素子と光学
系を備えた撮像カメラに関する。
ＣＭＯＳ型、増幅型等の撮像素子に適用される固体撮像
素子及びその駆動方法、並びにこの固体撮像素子と光学
系を備えた撮像カメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】固体撮像素子として、各画素で光電変換
した信号電荷を垂直信号線に読み出し、この垂直信号線
の先に接続された電荷検出回路で電圧に増幅（変換）す
るようにした例えばＭＯＳ型ないしはＣＭＯＳ型固体撮
像素子が知られている。
した信号電荷を垂直信号線に読み出し、この垂直信号線
の先に接続された電荷検出回路で電圧に増幅（変換）す
るようにした例えばＭＯＳ型ないしはＣＭＯＳ型固体撮
像素子が知られている。
【０００３】図１１は、従来のＣＭＯＳ型などの固体撮
像素子の概略構成を示す。この固体撮像素子１は、光電
変換を行うフォトダイオード２と画素を選択する垂直選
択スイッチ（ＭＯＳトランジスタ）３とによって構成さ
れた単位画素４をマトリックス状に複数配列してなる撮
像領域と、画素の各行毎に垂直選択スイッチ３の制御電
極が共通に接続された垂直選択線５に垂直走査パルスφ
Ｖ〔φＶ1，‥‥φＶm ，‥‥〕を出力する垂直走査回
路６と、画素の各列毎に垂直選択スイッチ３の主電極が
共通に接続された垂直信号線７と、垂直信号線７に読み
出された信号電荷を電圧に変換する電荷検出回路８と、
信号電圧を水平信号線９を通して順次出力するために電
荷検出回路８と水平信号線９に主電極を接続した水平ス
イッチ（ＭＯＳトランジスタ）１０と、水平走査パルス
φＨ〔φＨ1 ，‥‥φＨn ，‥‥〕を水平スイッチ１０
の制御電極に与えて水平スイッチ１０を制御する水平走
査回路１１とにより構成される。
像素子の概略構成を示す。この固体撮像素子１は、光電
変換を行うフォトダイオード２と画素を選択する垂直選
択スイッチ（ＭＯＳトランジスタ）３とによって構成さ
れた単位画素４をマトリックス状に複数配列してなる撮
像領域と、画素の各行毎に垂直選択スイッチ３の制御電
極が共通に接続された垂直選択線５に垂直走査パルスφ
Ｖ〔φＶ1，‥‥φＶm ，‥‥〕を出力する垂直走査回
路６と、画素の各列毎に垂直選択スイッチ３の主電極が
共通に接続された垂直信号線７と、垂直信号線７に読み
出された信号電荷を電圧に変換する電荷検出回路８と、
信号電圧を水平信号線９を通して順次出力するために電
荷検出回路８と水平信号線９に主電極を接続した水平ス
イッチ（ＭＯＳトランジスタ）１０と、水平走査パルス
φＨ〔φＨ1 ，‥‥φＨn ，‥‥〕を水平スイッチ１０
の制御電極に与えて水平スイッチ１０を制御する水平走
査回路１１とにより構成される。
【０００４】電荷検出回路８は、反転増幅器１２と検出
容量素子１３とリセットスイッチ（ＭＯＳトランジス
タ）１４とで構成される。即ち、図１２に示すように、
垂直信号線７の先端が電荷検出回路８の反転増幅器１
２、例えば差動増幅器の反転入力端子ＩＮ−に接続さ
れ、その非反転入力端子ＩＮ＋に所定のバイアス電圧Ｖ
B が与えられる。そして、差動増幅増幅器１２に並列
に、すなわち差動増幅器１２の反転入力端子ＩＮ−と出
力端子間に検出容量素子１３が接続され、この検出容量
素子１３にリセットスイッチ１４が並列接続される。
容量素子１３とリセットスイッチ（ＭＯＳトランジス
タ）１４とで構成される。即ち、図１２に示すように、
垂直信号線７の先端が電荷検出回路８の反転増幅器１
２、例えば差動増幅器の反転入力端子ＩＮ−に接続さ
れ、その非反転入力端子ＩＮ＋に所定のバイアス電圧Ｖ
B が与えられる。そして、差動増幅増幅器１２に並列
に、すなわち差動増幅器１２の反転入力端子ＩＮ−と出
力端子間に検出容量素子１３が接続され、この検出容量
素子１３にリセットスイッチ１４が並列接続される。
【０００５】この固体撮像素子１の基本動作としては、
まず、フォトダイオード２で光電変換された信号電荷
（ここでは電子）を、例えばテレビの走査に応じて水平
ブランキング期間中に、垂直走査回路６により制御され
た垂直選択スイッチ３を通して垂直信号線７に読み出
す。この垂直信号線７に読み出された信号電荷を垂直信
号線７に接続された反転増幅器１２と検出容量素子１３
とリセットスイッチ１４で構成された電荷検出回路８に
より電圧に変換（増幅）し、テレビの走査に合せて水平
走査回路１１により制御された水平スイッチ１０を水平
映像期間中に順次導通することで、信号を水平信号線９
を通して出力する。
まず、フォトダイオード２で光電変換された信号電荷
（ここでは電子）を、例えばテレビの走査に応じて水平
ブランキング期間中に、垂直走査回路６により制御され
た垂直選択スイッチ３を通して垂直信号線７に読み出
す。この垂直信号線７に読み出された信号電荷を垂直信
号線７に接続された反転増幅器１２と検出容量素子１３
とリセットスイッチ１４で構成された電荷検出回路８に
より電圧に変換（増幅）し、テレビの走査に合せて水平
走査回路１１により制御された水平スイッチ１０を水平
映像期間中に順次導通することで、信号を水平信号線９
を通して出力する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図１１に示
すような、画素４で光電変換した信号電荷を垂直信号線
７の先に接続された電荷検出回路８で電圧に増幅（変
換）するような構成の固体撮像素子１においては、フォ
トダイオード２に蓄積する電荷が電子の場合は、垂直信
号線７の電位がなるべく高い方が良く、逆に電荷が正孔
の場合は垂直信号線７の電位がなるべく低い方がフォト
ダイオード２から垂直信号線７へ信号電荷を効率よく読
み出すことができる。しかし、従来の電荷検出回路８
は、その特性上、垂直信号線７の動作電位が電荷検出回
路８の接地と電源のおおよそ中間電位になり、フォトダ
イオード２から垂直信号線７へ信号電荷を効率よく読み
出すことができなかった。
すような、画素４で光電変換した信号電荷を垂直信号線
７の先に接続された電荷検出回路８で電圧に増幅（変
換）するような構成の固体撮像素子１においては、フォ
トダイオード２に蓄積する電荷が電子の場合は、垂直信
号線７の電位がなるべく高い方が良く、逆に電荷が正孔
の場合は垂直信号線７の電位がなるべく低い方がフォト
ダイオード２から垂直信号線７へ信号電荷を効率よく読
み出すことができる。しかし、従来の電荷検出回路８
は、その特性上、垂直信号線７の動作電位が電荷検出回
路８の接地と電源のおおよそ中間電位になり、フォトダ
イオード２から垂直信号線７へ信号電荷を効率よく読み
出すことができなかった。
【０００７】この課題について、更に詳述する。図１３
に従来のＣＭＯＳ型固体撮像素子１における電荷検出回
路８を構成する反転増幅器１２の回路構成例を示す。こ
の反転増幅器１２は、基本的なＭＯＳトランジスタを使
用したいわゆるコモンソース型の差動増幅器である。こ
の反転増幅器、即ち差動増幅器１２は、図１３に示すよ
うに、反転入力端子ＩＮ−側の入力ＭＯＳトランジスタ
Ｑ1 と負荷ＭＯＳトランジスタＱ3 が直列接続された第
１の直列回路と、非反転入力端子ＩＮ＋側の入力ＭＯＳ
トランジスタＱ2 と負荷ＭＯＳトランジスタＱ4 が直列
接続された第２の直列回路が対称形に並列接続され、そ
の並列接続された負荷ＭＯＳトランジスタＱ3 及びＱ4
側の一端に電源が接続され、その入力ＭＯＳトランジス
タＱ1 及びＱ2 側の他端が電流源ＭＯＳトランジスタＱ
5 を介して接地される。さらに、両負荷ＭＯＳトランジ
スタＱ3 及びＱ4 の制御電極が共通に接続されて非反転
入力端子ＩＮ＋側の入力ＭＯＳトランジスタＱ2 と負荷
ＭＯＳトランジスタＱ4 の接続中点に接続される。そし
て、入力ＭＯＳトランジスタＱ1 の制御電極より反転入
力端子ＩＮ−が導出され、入力ＭＯＳトランジスタＱ2
の制御電極より非反転入力端子ＩＮ＋が導出され、入力
ＭＯＳトランジスタＱ1 と負荷ＭＯＳトランジスタＱ3
の接続中点より出力端子ＯＵＴが導出される。電流源Ｍ
ＯＳトランジスタＱ5 の制御電極には所定電圧ＶG が与
えられる。
に従来のＣＭＯＳ型固体撮像素子１における電荷検出回
路８を構成する反転増幅器１２の回路構成例を示す。こ
の反転増幅器１２は、基本的なＭＯＳトランジスタを使
用したいわゆるコモンソース型の差動増幅器である。こ
の反転増幅器、即ち差動増幅器１２は、図１３に示すよ
うに、反転入力端子ＩＮ−側の入力ＭＯＳトランジスタ
Ｑ1 と負荷ＭＯＳトランジスタＱ3 が直列接続された第
１の直列回路と、非反転入力端子ＩＮ＋側の入力ＭＯＳ
トランジスタＱ2 と負荷ＭＯＳトランジスタＱ4 が直列
接続された第２の直列回路が対称形に並列接続され、そ
の並列接続された負荷ＭＯＳトランジスタＱ3 及びＱ4
側の一端に電源が接続され、その入力ＭＯＳトランジス
タＱ1 及びＱ2 側の他端が電流源ＭＯＳトランジスタＱ
5 を介して接地される。さらに、両負荷ＭＯＳトランジ
スタＱ3 及びＱ4 の制御電極が共通に接続されて非反転
入力端子ＩＮ＋側の入力ＭＯＳトランジスタＱ2 と負荷
ＭＯＳトランジスタＱ4 の接続中点に接続される。そし
て、入力ＭＯＳトランジスタＱ1 の制御電極より反転入
力端子ＩＮ−が導出され、入力ＭＯＳトランジスタＱ2
の制御電極より非反転入力端子ＩＮ＋が導出され、入力
ＭＯＳトランジスタＱ1 と負荷ＭＯＳトランジスタＱ3
の接続中点より出力端子ＯＵＴが導出される。電流源Ｍ
ＯＳトランジスタＱ5 の制御電極には所定電圧ＶG が与
えられる。
【０００８】ここで、入力ＭＯＳトランジスタＱ1 ，Ｑ
2 及び電流源ＭＯＳトランジスタＱ5 にはＮチャネルＭ
ＯＳトランジスタが用いられ、負荷ＭＯＳトランジスタ
Ｑ3及びＱ4 にはＰチャネルＭＯＳトランジスタが用い
られる。また、反転入力端子ＩＮ−をもつ入力ＭＯＳト
ランジスタＱ1 と非反転入力端子ＩＮ＋をもつ入力ＭＯ
ＳトランジスタＱ2 は、共に同一の閾値電圧を有するＭ
ＯＳトランジスタが使用される。例えば入力ＭＯＳトラ
ンジスタＱ1 ，Ｑ2 としては、閾値電圧が０．５Ｖ〜
１．０Ｖ付近に設定されたＭＯＳトランジスタが使用さ
れる。
2 及び電流源ＭＯＳトランジスタＱ5 にはＮチャネルＭ
ＯＳトランジスタが用いられ、負荷ＭＯＳトランジスタ
Ｑ3及びＱ4 にはＰチャネルＭＯＳトランジスタが用い
られる。また、反転入力端子ＩＮ−をもつ入力ＭＯＳト
ランジスタＱ1 と非反転入力端子ＩＮ＋をもつ入力ＭＯ
ＳトランジスタＱ2 は、共に同一の閾値電圧を有するＭ
ＯＳトランジスタが使用される。例えば入力ＭＯＳトラ
ンジスタＱ1 ，Ｑ2 としては、閾値電圧が０．５Ｖ〜
１．０Ｖ付近に設定されたＭＯＳトランジスタが使用さ
れる。
【０００９】図１４は、この差動増幅器１２の入出力特
性を示す。この入出力特性に関して、反転入力端子ＩＮ
−の入出力特性を考えたとき、非反転入力端子ＩＮ＋の
電圧が高い（例えばＩＮ＋＝ＶDD−０．５Ｖ）時には、
曲線Ｉで示すように、出力電圧のレンジが極めて小さい
レンジＲh になる。このため、通常は、非反転入力端子
ＩＮ＋のバイアス電圧ＶB を差動増幅器の電源電圧ＶDD
と接地の中間電位（例えばＩＮ＋＝ＶDD／２）に設定す
る。
性を示す。この入出力特性に関して、反転入力端子ＩＮ
−の入出力特性を考えたとき、非反転入力端子ＩＮ＋の
電圧が高い（例えばＩＮ＋＝ＶDD−０．５Ｖ）時には、
曲線Ｉで示すように、出力電圧のレンジが極めて小さい
レンジＲh になる。このため、通常は、非反転入力端子
ＩＮ＋のバイアス電圧ＶB を差動増幅器の電源電圧ＶDD
と接地の中間電位（例えばＩＮ＋＝ＶDD／２）に設定す
る。
【００１０】このような動作条件では、図１４の曲線II
で示すように、出力電圧レンジが十分大きくとれ、大き
いレンジＲm となる（Ｒm ＞Ｒh ）。この場合、図１１
の従来の固体撮像素子１における電荷検出回路８が読み
出し前に行うリセット動作のため、垂直信号線７の電位
が非反転入力端子ＩＮ＋とほぼ同じ電位、即ち電源電圧
ＶDDと接地の中間電位（例えばＶDD／２）に固定され
る。このため、図１５のフォトダイオード２と垂直選択
スイッチ１３と垂直信号線７のポテンシャル図に示すよ
うに、フォトダイオード２の最大蓄積電荷量Ｑmax が垂
直信号線７の電位と接地電位の差以下しかなく、信号出
力の最大振幅が小さくなってしまう。
で示すように、出力電圧レンジが十分大きくとれ、大き
いレンジＲm となる（Ｒm ＞Ｒh ）。この場合、図１１
の従来の固体撮像素子１における電荷検出回路８が読み
出し前に行うリセット動作のため、垂直信号線７の電位
が非反転入力端子ＩＮ＋とほぼ同じ電位、即ち電源電圧
ＶDDと接地の中間電位（例えばＶDD／２）に固定され
る。このため、図１５のフォトダイオード２と垂直選択
スイッチ１３と垂直信号線７のポテンシャル図に示すよ
うに、フォトダイオード２の最大蓄積電荷量Ｑmax が垂
直信号線７の電位と接地電位の差以下しかなく、信号出
力の最大振幅が小さくなってしまう。
【００１１】または、フォトダイオード２の最大蓄積電
荷量Ｑmax を多く取るために、垂直信号線７の電位を高
くしようと反転増幅器１２の非反転入力端子ＩＮ＋のバ
イアス電圧ＶB を高く設定すると、図１４の入出力特性
（曲線Ｉ参照）に示すように、差動増幅器の出力電圧の
レンジが極めて小さいレンジＲh になり信号出力の最大
振幅が小さくなってしまう。
荷量Ｑmax を多く取るために、垂直信号線７の電位を高
くしようと反転増幅器１２の非反転入力端子ＩＮ＋のバ
イアス電圧ＶB を高く設定すると、図１４の入出力特性
（曲線Ｉ参照）に示すように、差動増幅器の出力電圧の
レンジが極めて小さいレンジＲh になり信号出力の最大
振幅が小さくなってしまう。
【００１２】このような理由により、従来の固体撮像素
子１は小さい電圧の信号出力しか扱うことができず、ダ
イナミックレンジの狭い映像しか得られなかった。
子１は小さい電圧の信号出力しか扱うことができず、ダ
イナミックレンジの狭い映像しか得られなかった。
【００１３】本発明は、上述の点に鑑み、最大飽和信号
量を格段に増加できる固体撮像素子及びその駆動方法、
並びに撮像カメラを提供するものである。
量を格段に増加できる固体撮像素子及びその駆動方法、
並びに撮像カメラを提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像素子
は、各画素の信号電荷を出力する信号線の動作電位を電
源又は接地に近い電位に設定した構成とする。
は、各画素の信号電荷を出力する信号線の動作電位を電
源又は接地に近い電位に設定した構成とする。
【００１５】この固体撮像素子では、信号線の動作電位
を、読み出す電荷が電子の場合には電源電圧に近づけ、
読み出す電荷が正孔の場合には接地電位に近づけること
により、画素の最大蓄積電荷量が増え、各画素から信号
線へ信号電荷が効率よく読み出される。
を、読み出す電荷が電子の場合には電源電圧に近づけ、
読み出す電荷が正孔の場合には接地電位に近づけること
により、画素の最大蓄積電荷量が増え、各画素から信号
線へ信号電荷が効率よく読み出される。
【００１６】本発明の固体撮像素子の駆動方法は、信号
線の動作電位を電源又は接地に近い電位に設定し、各画
素の信号電荷を信号線に出力した後、電荷検出回路から
信号電圧として出力する。
線の動作電位を電源又は接地に近い電位に設定し、各画
素の信号電荷を信号線に出力した後、電荷検出回路から
信号電圧として出力する。
【００１７】この固体撮像素子の駆動方法では、信号線
の動作電位を、読み出す電荷が電子の場合には電源に近
い電位に設定し、読み出す電荷が正孔の場合は接地に近
い電位に設定することにより、画素の最大蓄積電荷量を
増やすことができ、各画素から信号線へ信号電荷を効率
よく読み出すことができる。
の動作電位を、読み出す電荷が電子の場合には電源に近
い電位に設定し、読み出す電荷が正孔の場合は接地に近
い電位に設定することにより、画素の最大蓄積電荷量を
増やすことができ、各画素から信号線へ信号電荷を効率
よく読み出すことができる。
【００１８】本発明の撮像カメラは、光学系と、各画素
の信号電荷を出力する信号線の動作電位を電源又は接地
に近い電位に設定するようにした固体撮像素子とを備え
た構成とする。
の信号電荷を出力する信号線の動作電位を電源又は接地
に近い電位に設定するようにした固体撮像素子とを備え
た構成とする。
【００１９】この撮像カメラでは、信号線の動作電位を
電源又は接地に近い電位に設定した固体撮像素子を備え
ることにより、画素の最大蓄積電荷量を増やし、各画素
から信号線へ信号電荷を効率よく読み出せる撮像カメラ
を構成することができる。
電源又は接地に近い電位に設定した固体撮像素子を備え
ることにより、画素の最大蓄積電荷量を増やし、各画素
から信号線へ信号電荷を効率よく読み出せる撮像カメラ
を構成することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明に係る固体撮像素子は、各
画素の信号電荷を出力する信号線に電荷検出回路が接続
され、この電荷検出回路で得られた信号電圧を撮像素子
の出力とする固体撮像素子であって、信号線の動作電位
を電源又は接地に近い電位に設定した構成とする。
画素の信号電荷を出力する信号線に電荷検出回路が接続
され、この電荷検出回路で得られた信号電圧を撮像素子
の出力とする固体撮像素子であって、信号線の動作電位
を電源又は接地に近い電位に設定した構成とする。
【００２１】本発明は、上記固体撮像素子において、そ
の電荷検出回路を構成する反転増幅器の入出力特性の閾
値電圧を制御し、信号線の動作電位を電源又は接地に近
い電位に設定した構成とする。
の電荷検出回路を構成する反転増幅器の入出力特性の閾
値電圧を制御し、信号線の動作電位を電源又は接地に近
い電位に設定した構成とする。
【００２２】本発明は、上記固体撮像素子において、電
荷検出回路を構成する反転増幅器に差動増幅器を用い、
この差動増幅器の反転入力と非反転入力の夫々ＭＯＳト
ランジスタの閾値電圧を互に異ならしめ、反転入力にお
ける入出力特性の閾値電圧を電源又は接地の電位に近づ
けるようにした構成とする。
荷検出回路を構成する反転増幅器に差動増幅器を用い、
この差動増幅器の反転入力と非反転入力の夫々ＭＯＳト
ランジスタの閾値電圧を互に異ならしめ、反転入力にお
ける入出力特性の閾値電圧を電源又は接地の電位に近づ
けるようにした構成とする。
【００２３】本発明は、上記固体撮像素子において、電
荷検出回路を構成する反転増幅器に、ＭＯＳトランジス
タで構成されたソースフォロアと、Ｎチャネル型とＰチ
ャネル型のＭＯＳトランジスタで構成されたインバータ
を組み合わせ、入出力特性の閾値電圧を電源又は接地の
電位に近づけた増幅器を用いた構成とする。
荷検出回路を構成する反転増幅器に、ＭＯＳトランジス
タで構成されたソースフォロアと、Ｎチャネル型とＰチ
ャネル型のＭＯＳトランジスタで構成されたインバータ
を組み合わせ、入出力特性の閾値電圧を電源又は接地の
電位に近づけた増幅器を用いた構成とする。
【００２４】本発明は、上記各固体撮像素子において、
電荷検出回路の出力動作点を適正な電位にするために、
各画素の信号電荷を出力する信号線にバイアス電荷を注
入するためのバイアス電荷注入手段を設けた構成とす
る。
電荷検出回路の出力動作点を適正な電位にするために、
各画素の信号電荷を出力する信号線にバイアス電荷を注
入するためのバイアス電荷注入手段を設けた構成とす
る。
【００２５】本発明は、上記バイアス電荷注入手段を設
けた固体撮像素子において、バイアス電荷注入手段をキ
ャパシタとスイッチ素子からなる回路で構成し、予め所
定の電圧源によりチャージされたキャパシタをスイッチ
素子を介して信号線に接続した構成とする。
けた固体撮像素子において、バイアス電荷注入手段をキ
ャパシタとスイッチ素子からなる回路で構成し、予め所
定の電圧源によりチャージされたキャパシタをスイッチ
素子を介して信号線に接続した構成とする。
【００２６】本発明は、上記バイアス電荷注入手段を設
けた固体撮像素子において、バイアス電荷注入手段を、
キャパシタとスイッチ素子が直列接続されてなる回路で
構成し、この回路の信号線に接続されない側の端子にス
イッチ素子のオン／オフのタイミングとずれた位相のパ
ルスを与え、信号線にバイアス電荷を注入するようにし
た構成とする。
けた固体撮像素子において、バイアス電荷注入手段を、
キャパシタとスイッチ素子が直列接続されてなる回路で
構成し、この回路の信号線に接続されない側の端子にス
イッチ素子のオン／オフのタイミングとずれた位相のパ
ルスを与え、信号線にバイアス電荷を注入するようにし
た構成とする。
【００２７】本発明に係る固体撮像素子の駆動方法は、
信号線の動作電位を電源又は接地に近い電位に設定し、
各画素の信号電荷を信号線に出力し、信号線に接続され
た電荷検出回路から信号電圧として出力する。
信号線の動作電位を電源又は接地に近い電位に設定し、
各画素の信号電荷を信号線に出力し、信号線に接続され
た電荷検出回路から信号電圧として出力する。
【００２８】本発明は、上記固体撮像素子の駆動方法に
おいて、電荷検出回路を構成する反転増幅器の入出力特
性の閾値電圧を制御し、信号線の動作電位を電源又は接
地に近い電位に設定する。
おいて、電荷検出回路を構成する反転増幅器の入出力特
性の閾値電圧を制御し、信号線の動作電位を電源又は接
地に近い電位に設定する。
【００２９】本発明は、上記固体撮像素子の駆動方法に
おいて、電荷検出回路を構成する反転増幅器に差動増幅
器を用い、差動増幅器の反転入力と非反転入力の夫々の
ＭＯＳトランジスタの閾値を互に異ならしめて、反転入
力における入出力特性の閾値電圧を電源又は接地の電位
に近づけるようにする。
おいて、電荷検出回路を構成する反転増幅器に差動増幅
器を用い、差動増幅器の反転入力と非反転入力の夫々の
ＭＯＳトランジスタの閾値を互に異ならしめて、反転入
力における入出力特性の閾値電圧を電源又は接地の電位
に近づけるようにする。
【００３０】本発明は、上記固体撮像素子の駆動方法に
おいて、電荷検出回路を構成する反転増幅器に、ＭＯＳ
トランジスタで構成されたソースフォロアと、Ｎチャネ
ル型とＰチャネル型のＭＯＳトランジスタで構成された
インバータを組み合わせてなる増幅器を用い、ソースフ
ォロアのＭＯＳトランジスタの閾値電圧を制御して、増
幅器の入出力特性の閾値電圧を電源又は接地の電位に近
づけるようにする。
おいて、電荷検出回路を構成する反転増幅器に、ＭＯＳ
トランジスタで構成されたソースフォロアと、Ｎチャネ
ル型とＰチャネル型のＭＯＳトランジスタで構成された
インバータを組み合わせてなる増幅器を用い、ソースフ
ォロアのＭＯＳトランジスタの閾値電圧を制御して、増
幅器の入出力特性の閾値電圧を電源又は接地の電位に近
づけるようにする。
【００３１】本発明は、上記各固体撮像素子の駆動方法
において、電荷検出回路のリセット後に、信号線にバイ
アス電荷を注入し、電荷検出回路の出力動作点を適正な
電圧に設定する。
において、電荷検出回路のリセット後に、信号線にバイ
アス電荷を注入し、電荷検出回路の出力動作点を適正な
電圧に設定する。
【００３２】本発明に係る撮像カメラは、各画素の信号
電荷を出力する信号線と、この信号線に接続された電荷
検出回路を有して信号線の動作電位が電源又は接地に近
い電位に設定されてなる固体撮像素子と、光学系とを備
えた構成とする。
電荷を出力する信号線と、この信号線に接続された電荷
検出回路を有して信号線の動作電位が電源又は接地に近
い電位に設定されてなる固体撮像素子と、光学系とを備
えた構成とする。
【００３３】この固体撮像素子としては、電荷検出回路
を構成する反転増幅器の入出力特性の閾値電圧を制御
し、信号線の動作電位を電源又は接地に近い電位に設定
すると共に、電荷検出回路のリセット後に、信号線にバ
イアス電荷を注入して電荷検出回路の出力動作点を適正
な電圧に設定するためのバイアス電荷注入手段を有する
構成とすることができる。
を構成する反転増幅器の入出力特性の閾値電圧を制御
し、信号線の動作電位を電源又は接地に近い電位に設定
すると共に、電荷検出回路のリセット後に、信号線にバ
イアス電荷を注入して電荷検出回路の出力動作点を適正
な電圧に設定するためのバイアス電荷注入手段を有する
構成とすることができる。
【００３４】本発明では、主にＭＯＳ型、増幅型、ＣＭ
ＯＳ型などの固体撮像素子、特に各画素で光学変換した
信号電荷を信号線（テレビの走査方式に従う場合は主に
垂直信号線）に読み出し、信号線に接続された電荷検出
回路で信号電圧に増幅（変換）する構成の固体撮像素子
において、信号線の電位をなるべく電源電位または接地
電位に近づけるようにした電荷検出回路の回路構成と、
その電荷検出回路の動作点を適正な動作電圧範囲に収め
るためのバイアス電荷注入回路とその動作方式に特徴が
ある。
ＯＳ型などの固体撮像素子、特に各画素で光学変換した
信号電荷を信号線（テレビの走査方式に従う場合は主に
垂直信号線）に読み出し、信号線に接続された電荷検出
回路で信号電圧に増幅（変換）する構成の固体撮像素子
において、信号線の電位をなるべく電源電位または接地
電位に近づけるようにした電荷検出回路の回路構成と、
その電荷検出回路の動作点を適正な動作電圧範囲に収め
るためのバイアス電荷注入回路とその動作方式に特徴が
ある。
【００３５】そして、本発明では、画素から信号電荷を
読み出す信号線の電位に関して、読み出す電荷が電子の
場合はその電位をなるべく高く（電源電圧に近づけ）、
読み出す電荷が正孔の場合はその電位をなるべく低く
（接地電位に近づけ）、信号電荷の読み出しを効率的に
することにある。さらに信号線に接続した電荷検出回路
に関して、信号電荷を読み出すことで電荷検出回路の出
力電圧レンジを越えないようにすることにある。
読み出す信号線の電位に関して、読み出す電荷が電子の
場合はその電位をなるべく高く（電源電圧に近づけ）、
読み出す電荷が正孔の場合はその電位をなるべく低く
（接地電位に近づけ）、信号電荷の読み出しを効率的に
することにある。さらに信号線に接続した電荷検出回路
に関して、信号電荷を読み出すことで電荷検出回路の出
力電圧レンジを越えないようにすることにある。
【００３６】図１は、ＣＭＯＳ型などの固体撮像素子に
適用した場合の本発明の一実施の形態を示す。この固体
撮像素子２１は、光電変換を行うフォトダイオード２２
と画素を選択する垂直選択スイッチ（ＭＯＳトランジス
タ）２３とによって構成された単位画素２４をマトリッ
クス状に複数配列してなる撮像領域と、画素の各行毎に
垂直選択スイッチ２３の制御電極が共通接続された垂直
選択線２５に垂直走査パルスφＶ〔φＶ1 ，‥‥φ
Ｖm ，‥‥〕を出力する垂直走査回路２６と、画素の各
列毎に垂直選択スイッチ２３の主電極が共通に接続され
た垂直信号線２７と、垂直信号線２７に読み出された信
号電荷を電圧に変換する電荷検出回路２８と、信号電圧
を水平信号線２９を通して順次出力するために電荷検出
回路２８と水平信号線２９に主電極を接続した水平スイ
ッチ（ＭＯＳトランジスタ）３０と、水平走査パルスφ
Ｈ〔φＨ1 ，‥‥φＨn ，‥‥〕を水平スイッチ３０の
制御電極に与えて水平スイッチ３０を制御する水平走査
回路３１と、垂直信号線２７に接続され、垂直信号線２
７にバイアス電荷を注入するためのバイアス電荷注入回
路３６とにより構成される。
適用した場合の本発明の一実施の形態を示す。この固体
撮像素子２１は、光電変換を行うフォトダイオード２２
と画素を選択する垂直選択スイッチ（ＭＯＳトランジス
タ）２３とによって構成された単位画素２４をマトリッ
クス状に複数配列してなる撮像領域と、画素の各行毎に
垂直選択スイッチ２３の制御電極が共通接続された垂直
選択線２５に垂直走査パルスφＶ〔φＶ1 ，‥‥φ
Ｖm ，‥‥〕を出力する垂直走査回路２６と、画素の各
列毎に垂直選択スイッチ２３の主電極が共通に接続され
た垂直信号線２７と、垂直信号線２７に読み出された信
号電荷を電圧に変換する電荷検出回路２８と、信号電圧
を水平信号線２９を通して順次出力するために電荷検出
回路２８と水平信号線２９に主電極を接続した水平スイ
ッチ（ＭＯＳトランジスタ）３０と、水平走査パルスφ
Ｈ〔φＨ1 ，‥‥φＨn ，‥‥〕を水平スイッチ３０の
制御電極に与えて水平スイッチ３０を制御する水平走査
回路３１と、垂直信号線２７に接続され、垂直信号線２
７にバイアス電荷を注入するためのバイアス電荷注入回
路３６とにより構成される。
【００３７】電荷検出回路２８は、反転増幅器３２と、
検出容量素子３３と、垂直信号線２７及びリセットスイ
ッチ（ＭＯＳトランジスタ）３４とで構成される。即
ち、前述の図１２で説明したと同様に、垂直信号線２７
の先が電荷検出回路８の反転増幅器３２、例えば差動増
幅器の反転入力端子ＩＮ−に接続され、その非反転入力
端子ＩＮ＋に所定のバイアス電圧ＶB が与えられる。そ
して、反転増幅器３２に並列に、すなわち反転増幅器３
２の反転入力端子ＩＮ−と出力端子間に検出容量素子３
３が接続され、この検出容量素子３３にリセットスイッ
チ３４が並列接続される。
検出容量素子３３と、垂直信号線２７及びリセットスイ
ッチ（ＭＯＳトランジスタ）３４とで構成される。即
ち、前述の図１２で説明したと同様に、垂直信号線２７
の先が電荷検出回路８の反転増幅器３２、例えば差動増
幅器の反転入力端子ＩＮ−に接続され、その非反転入力
端子ＩＮ＋に所定のバイアス電圧ＶB が与えられる。そ
して、反転増幅器３２に並列に、すなわち反転増幅器３
２の反転入力端子ＩＮ−と出力端子間に検出容量素子３
３が接続され、この検出容量素子３３にリセットスイッ
チ３４が並列接続される。
【００３８】反転増幅器３２は、前述と同様に基本的な
ＭＯＳトランジスタを使用した差動増幅器であり、図２
に示すように、前述の図１３で示したと同一の回路構成
を有する。即ち、この差動増幅器（反転増幅器）３２
は、入力ＭＯＳトランジスタＱ11と負荷ＭＯＳトランジ
スタＱ13が直列接続された第１の直列回路と、入力ＭＯ
ＳトランジスタＱ12と負荷ＭＯＳトランジスタＱ14が直
列接続された第２の直列回路とが対称形に並列接続さ
れ、その並列接続された負荷ＭＯＳトランジスタＱ13及
びＱ14側の一端に電源ＶDDが接続され、その入力ＭＯＳ
トランジスタＱ11及びＱ12側の他端が電流源ＭＯＳトラ
ンジスタＱ15を介して接地される。さらに、両負荷ＭＯ
ＳトランジスタＱ13及びＱ14の制御電極が共通に接続さ
れて負荷ＭＯＳトランジスタＱ14と入力ＭＯＳトランジ
スタＱ12の接続中点に接続され、入力ＭＯＳトランジス
タＱ1 の制御電極より反転入力端子ＩＮ−が導出され、
入力ＭＯＳトランジスタＱ12の制御電極より非反転入力
端子ＩＮ＋が導出され、入力ＭＯＳトランジスタＱ12と
負荷ＭＯＳトランジスタＱ13の接続中点より出力端子Ｏ
ＵＴが導出される。電流源ＭＯＳトランジスタＱ15の制
御電極には所定電圧ＶG が与えられる。
ＭＯＳトランジスタを使用した差動増幅器であり、図２
に示すように、前述の図１３で示したと同一の回路構成
を有する。即ち、この差動増幅器（反転増幅器）３２
は、入力ＭＯＳトランジスタＱ11と負荷ＭＯＳトランジ
スタＱ13が直列接続された第１の直列回路と、入力ＭＯ
ＳトランジスタＱ12と負荷ＭＯＳトランジスタＱ14が直
列接続された第２の直列回路とが対称形に並列接続さ
れ、その並列接続された負荷ＭＯＳトランジスタＱ13及
びＱ14側の一端に電源ＶDDが接続され、その入力ＭＯＳ
トランジスタＱ11及びＱ12側の他端が電流源ＭＯＳトラ
ンジスタＱ15を介して接地される。さらに、両負荷ＭＯ
ＳトランジスタＱ13及びＱ14の制御電極が共通に接続さ
れて負荷ＭＯＳトランジスタＱ14と入力ＭＯＳトランジ
スタＱ12の接続中点に接続され、入力ＭＯＳトランジス
タＱ1 の制御電極より反転入力端子ＩＮ−が導出され、
入力ＭＯＳトランジスタＱ12の制御電極より非反転入力
端子ＩＮ＋が導出され、入力ＭＯＳトランジスタＱ12と
負荷ＭＯＳトランジスタＱ13の接続中点より出力端子Ｏ
ＵＴが導出される。電流源ＭＯＳトランジスタＱ15の制
御電極には所定電圧ＶG が与えられる。
【００３９】この固体撮像素子２１の基本動作として
は、前述と同様に、まず、フォトダイオード２２で光電
変換された信号電荷（ここでは電子）を、テレビの走査
に応じて水平ブランキング期間中に、垂直走査回路２６
により制御された垂直選択スイッチ２３を通して垂直信
号線２７に読み出す。垂直信号線２７に接続された電荷
検出回路２８により読み出された信号電荷を電圧に変換
（増幅）し、テレビの走査に合せて水平走査回路３１に
より制御された水平スイッチ３０を水平映像期間中に順
次導通することで、信号を水平信号線２９を通して出力
する。
は、前述と同様に、まず、フォトダイオード２２で光電
変換された信号電荷（ここでは電子）を、テレビの走査
に応じて水平ブランキング期間中に、垂直走査回路２６
により制御された垂直選択スイッチ２３を通して垂直信
号線２７に読み出す。垂直信号線２７に接続された電荷
検出回路２８により読み出された信号電荷を電圧に変換
（増幅）し、テレビの走査に合せて水平走査回路３１に
より制御された水平スイッチ３０を水平映像期間中に順
次導通することで、信号を水平信号線２９を通して出力
する。
【００４０】しかして、本実施の形態では、詳細は後述
するも、特に、電荷検出回路２８を構成する差動増幅器
３２の入出力特性の閾値（ここでは入力電圧に対して出
力電圧が所望の利得でもって変化する入力電圧を指す）
を変えるように、反転入力端子ＩＮ−をもつ入力ＭＯＳ
トランジスタＱ11と非反転入力端子ＩＮ＋をもつ入力Ｍ
ＯＳトランジスタＱ12との閾値電圧を互に違えてある。
また更に、画素の信号電荷が読み出される垂直信号線２
７には、電荷検出回路２８の出力電圧レンジを最大限に
活用できるように、電荷検出の動作電圧の初期値を適正
化するバイアス電荷注入回路３６が接続される。
するも、特に、電荷検出回路２８を構成する差動増幅器
３２の入出力特性の閾値（ここでは入力電圧に対して出
力電圧が所望の利得でもって変化する入力電圧を指す）
を変えるように、反転入力端子ＩＮ−をもつ入力ＭＯＳ
トランジスタＱ11と非反転入力端子ＩＮ＋をもつ入力Ｍ
ＯＳトランジスタＱ12との閾値電圧を互に違えてある。
また更に、画素の信号電荷が読み出される垂直信号線２
７には、電荷検出回路２８の出力電圧レンジを最大限に
活用できるように、電荷検出の動作電圧の初期値を適正
化するバイアス電荷注入回路３６が接続される。
【００４１】電荷検出回路の構成要素である差動増幅器
に関して、従来例で説明した反転入力端子ＩＮ−側の入
力ＭＯＳトランジスタＱ1 が非反転入力端子ＩＮ＋側の
入力ＭＯＳトランジスタＱ2 の閾値電圧と同じ０．５Ｖ
〜１．０Ｖ付近に設定された従来から良く使われている
差動増幅器１２を、反転入力端子ＩＮ−の入出力特性の
閾値を電源電圧ＶDDに近づけるような動作点で動かそう
とすると、非反転入力端子ＩＮ＋側のバイアス電圧ＶB
を電源電圧近くまで上げなければならず、その差動増幅
器１２の性質から、出力電圧が低い電圧まで出なくなり
図６の曲線III（図１３の曲線Ｉと同じ）に示すよう
に、出力電圧レンジＲh が狭くなってしまう。
に関して、従来例で説明した反転入力端子ＩＮ−側の入
力ＭＯＳトランジスタＱ1 が非反転入力端子ＩＮ＋側の
入力ＭＯＳトランジスタＱ2 の閾値電圧と同じ０．５Ｖ
〜１．０Ｖ付近に設定された従来から良く使われている
差動増幅器１２を、反転入力端子ＩＮ−の入出力特性の
閾値を電源電圧ＶDDに近づけるような動作点で動かそう
とすると、非反転入力端子ＩＮ＋側のバイアス電圧ＶB
を電源電圧近くまで上げなければならず、その差動増幅
器１２の性質から、出力電圧が低い電圧まで出なくなり
図６の曲線III（図１３の曲線Ｉと同じ）に示すよう
に、出力電圧レンジＲh が狭くなってしまう。
【００４２】これに対し、本実施の形態に係る電荷検出
回路２８に使われる差動増幅器３２の入出力特性を図５
の曲線IVに示す。この差動増幅器３２では、図２の回路
構成において、負荷ＭＯＳトランジスタＱ13，Ｑ14にＰ
チャネルＭＯＳトランジスタが用いられ、非反転入力端
子ＩＮ＋をもつ入力ＭＯＳトランジスタＱ12と電流源Ｍ
ＯＳトランジスタＱ15にＮチャネルエンハンスメント型
ＭＯＳトランジスタが用いられ、その閾値電圧が０．５
Ｖ〜１．０Ｖ付近に設定される。反転入力端子ＩＮ−を
もつ入力ＭＯＳトランジスタＱ11にもやはりＮチャネル
エンハンスメント型ＭＯＳトランジスタが用いられ、た
だし、特にその閾値電圧が入力ＭＯＳトランジスタＱ12
よりも高く、例えばだいたい０．５Ｖ〜１Ｖ程度高くな
るように１．０Ｖ〜２．０Ｖ付近に設定される。
回路２８に使われる差動増幅器３２の入出力特性を図５
の曲線IVに示す。この差動増幅器３２では、図２の回路
構成において、負荷ＭＯＳトランジスタＱ13，Ｑ14にＰ
チャネルＭＯＳトランジスタが用いられ、非反転入力端
子ＩＮ＋をもつ入力ＭＯＳトランジスタＱ12と電流源Ｍ
ＯＳトランジスタＱ15にＮチャネルエンハンスメント型
ＭＯＳトランジスタが用いられ、その閾値電圧が０．５
Ｖ〜１．０Ｖ付近に設定される。反転入力端子ＩＮ−を
もつ入力ＭＯＳトランジスタＱ11にもやはりＮチャネル
エンハンスメント型ＭＯＳトランジスタが用いられ、た
だし、特にその閾値電圧が入力ＭＯＳトランジスタＱ12
よりも高く、例えばだいたい０．５Ｖ〜１Ｖ程度高くな
るように１．０Ｖ〜２．０Ｖ付近に設定される。
【００４３】このようにすると、非反転入力端子ＩＮ＋
側のバイアス電圧ＶB を電源電圧ＶDDと接地電圧のだい
たい中間程度の電圧（例えばＶDD／２）にしても、反転
入力端子ＩＮ−の入出力特性の閾値電圧を電源電圧近く
にすることができ、結果として低い電圧まで広がった出
力電圧レンジの特性が得られる。そして、反転入力端子
ＩＮ−の電位が電源電圧ＶDDに近くなるので、反転入力
端子ＩＮ−に接続されている信号線２７の動作電位は電
源電圧ＶDDに近くなる。
側のバイアス電圧ＶB を電源電圧ＶDDと接地電圧のだい
たい中間程度の電圧（例えばＶDD／２）にしても、反転
入力端子ＩＮ−の入出力特性の閾値電圧を電源電圧近く
にすることができ、結果として低い電圧まで広がった出
力電圧レンジの特性が得られる。そして、反転入力端子
ＩＮ−の電位が電源電圧ＶDDに近くなるので、反転入力
端子ＩＮ−に接続されている信号線２７の動作電位は電
源電圧ＶDDに近くなる。
【００４４】このように、電荷検出回路２８に用いられ
る差動増幅器３２に関して、反転入力端子ＩＮ−側の入
力ＭＯＳトランジスタＱ11の閾値電圧を非反転入力端子
ＩＮ＋側の入力ＭＯＳトランジスタＱ12のそれより高
く、例えば０．５Ｖ以上高く設定することで、反転入力
端子ＩＮ−の入出力特性の閾値が高い電圧になるような
動作条件でも、出力電圧レンジを広く取ることができる
（図５の出力電圧レンジＲh 参照）。このような差動増
幅器３２を電荷検出回路２８に使用した場合に、垂直信
号線２７の動作電位が高い場合でも、出力電圧レンジの
広い良好な特性が得られる。
る差動増幅器３２に関して、反転入力端子ＩＮ−側の入
力ＭＯＳトランジスタＱ11の閾値電圧を非反転入力端子
ＩＮ＋側の入力ＭＯＳトランジスタＱ12のそれより高
く、例えば０．５Ｖ以上高く設定することで、反転入力
端子ＩＮ−の入出力特性の閾値が高い電圧になるような
動作条件でも、出力電圧レンジを広く取ることができる
（図５の出力電圧レンジＲh 参照）。このような差動増
幅器３２を電荷検出回路２８に使用した場合に、垂直信
号線２７の動作電位が高い場合でも、出力電圧レンジの
広い良好な特性が得られる。
【００４５】上述の本実施の形態では、その電荷検出回
路２８により、反転入力端子ＩＮ−の入出力特性の閾値
が高い電圧でも出力電圧レンジが広い良好な特性が得ら
れるので、本実施の形態における固体撮像素子における
垂直信号線２７の動作電位を電源電圧付近まで高くする
ことができ、図７に示すように、フォトダイオードの最
大蓄積電荷量Ｑmax を従来の図１４に比べて格段に多く
することができる。
路２８により、反転入力端子ＩＮ−の入出力特性の閾値
が高い電圧でも出力電圧レンジが広い良好な特性が得ら
れるので、本実施の形態における固体撮像素子における
垂直信号線２７の動作電位を電源電圧付近まで高くする
ことができ、図７に示すように、フォトダイオードの最
大蓄積電荷量Ｑmax を従来の図１４に比べて格段に多く
することができる。
【００４６】電荷検出回路２８を構成する反転増幅器３
２としては、図２に示すコモンソース型差動増幅器の他
に、例えば図３に示すようなＭＯＳトランジスタＱ21及
びＱ22で構成されたソースフォロアと、Ｎチャネル型Ｍ
ＯＳトランジスタＱ23とＰチャネル型ＭＯＳトランジス
タＱ24で構成されたインバータを組み合わせ、入出力特
性の閾値を電源又は接地に近づけた増幅器を用いること
もできる。
２としては、図２に示すコモンソース型差動増幅器の他
に、例えば図３に示すようなＭＯＳトランジスタＱ21及
びＱ22で構成されたソースフォロアと、Ｎチャネル型Ｍ
ＯＳトランジスタＱ23とＰチャネル型ＭＯＳトランジス
タＱ24で構成されたインバータを組み合わせ、入出力特
性の閾値を電源又は接地に近づけた増幅器を用いること
もできる。
【００４７】この増幅器では、ソースフォロアのＭＯＳ
トランジスタＱ21側の一端とインバータのＰチャネル型
ＭＯＳトランジスタＱ24側の一端が共通に接続されて電
源ＶDDに接続され、ソースフォロアのＭＯＳトランジス
タＱ22側の他端及びインバータのＮチャネル型ＭＯＳト
ランジスタＱ23の他端が共に接地される。さらに、イン
バータの両ＭＯＳトランジスタＱ23及びＱ24の制御電極
が共通に接続され、この共通接続された制御電極に、ソ
ースフォロアの両ＭＯＳトランジスタＱ21及びＱ22の接
続中点が接続される。そして、ソースフォロアのＭＯＳ
トランジスタＱ21の制御電極より反転入力端子ＩＮ−が
導出され、そのＭＯＳトランジスタＱ22の制御電極にバ
イアス電圧が印加され、インバータの両ＭＯＳトランジ
スタＱ23及びＱ24の接続中点より出力端子ＯＵＴが導出
される。この増幅器では、ソースフォロアのＭＯＳトラ
ンジスタＱ21の閾値電圧を制御することにより、この増
幅器の入出力特性の閾値電圧を電源又は接地の電位に近
づけることができる。
トランジスタＱ21側の一端とインバータのＰチャネル型
ＭＯＳトランジスタＱ24側の一端が共通に接続されて電
源ＶDDに接続され、ソースフォロアのＭＯＳトランジス
タＱ22側の他端及びインバータのＮチャネル型ＭＯＳト
ランジスタＱ23の他端が共に接地される。さらに、イン
バータの両ＭＯＳトランジスタＱ23及びＱ24の制御電極
が共通に接続され、この共通接続された制御電極に、ソ
ースフォロアの両ＭＯＳトランジスタＱ21及びＱ22の接
続中点が接続される。そして、ソースフォロアのＭＯＳ
トランジスタＱ21の制御電極より反転入力端子ＩＮ−が
導出され、そのＭＯＳトランジスタＱ22の制御電極にバ
イアス電圧が印加され、インバータの両ＭＯＳトランジ
スタＱ23及びＱ24の接続中点より出力端子ＯＵＴが導出
される。この増幅器では、ソースフォロアのＭＯＳトラ
ンジスタＱ21の閾値電圧を制御することにより、この増
幅器の入出力特性の閾値電圧を電源又は接地の電位に近
づけることができる。
【００４８】次に、バイアス電荷注入回路３６を説明す
る前に、それが果たす役割について簡単に説明する。電
荷検出回路２８の動作に関して、フォトダイオード２３
から垂直信号線２７に信号電荷を読み出す前にリセット
する必要があり、そのリセット動作により図５に示した
入出力特性（曲線IV）と入力電圧＝出力電圧の直線５０
との交点にその初期値が設定される。すると、この出力
電圧の初期値は、出力電圧レンジの中でも高い電圧にな
り、電荷検出回路２８のリセット動作（初期化動作）後
にフォトダイオード２２から信号電荷の電子が垂直信号
線２７に読み出されると、出力電圧が出力電圧レンジの
中で高い初期出力電圧からさらに高い方に変化しようと
する。この場合、明らかにフォトダイオード２２の信号
が電荷検出回路２８の出力動作レンジを越えてしまい、
正しい信号電圧が得られないことが分かる。
る前に、それが果たす役割について簡単に説明する。電
荷検出回路２８の動作に関して、フォトダイオード２３
から垂直信号線２７に信号電荷を読み出す前にリセット
する必要があり、そのリセット動作により図５に示した
入出力特性（曲線IV）と入力電圧＝出力電圧の直線５０
との交点にその初期値が設定される。すると、この出力
電圧の初期値は、出力電圧レンジの中でも高い電圧にな
り、電荷検出回路２８のリセット動作（初期化動作）後
にフォトダイオード２２から信号電荷の電子が垂直信号
線２７に読み出されると、出力電圧が出力電圧レンジの
中で高い初期出力電圧からさらに高い方に変化しようと
する。この場合、明らかにフォトダイオード２２の信号
が電荷検出回路２８の出力動作レンジを越えてしまい、
正しい信号電圧が得られないことが分かる。
【００４９】そこで、電荷検出回路２８のリセット動作
を行った後、その初期値を適正化する。すなわち、出力
電圧の初期値を出力電圧レンジの低い方の電圧に変化さ
せておくためのプリチャージ動作が必要になる。このプ
リチャージ動作は、具体的には、垂直信号線２７にバイ
アス電荷を注入することで実現される。
を行った後、その初期値を適正化する。すなわち、出力
電圧の初期値を出力電圧レンジの低い方の電圧に変化さ
せておくためのプリチャージ動作が必要になる。このプ
リチャージ動作は、具体的には、垂直信号線２７にバイ
アス電荷を注入することで実現される。
【００５０】本実施の形態におけるバイアス電荷注入回
路３６は、このプリチャージ動作を行わせるためのもの
であり、以下に、その回路構成と動作を説明する。
路３６は、このプリチャージ動作を行わせるためのもの
であり、以下に、その回路構成と動作を説明する。
【００５１】図１のバイアス電荷注入回路３６の具体例
を２つ図４に示す。図４Ａのバイアス電荷注入回路３６
は、プリチャージＭＯＳトランジスタ（スイッチ素子）
４０とインジェクションＭＯＳトランジスタ（スイッチ
素子）４１とプリチャージキャパシタ４２で構成され
る。プリチャージＭＯＳトランジスタ４０は、その一方
の主電極が電源ＶDDに接続され、その他方の主電極がイ
ンジェクションＭＯＳトランジスタ４１の一方の主電極
とプリチャージキャパシタ４２に接続され、その制御電
極にプリチャージパルスφPRC が印加される。インジェ
クションＭＯＳトランジスタ４１は、その制御電極にイ
ンジェクションパルスφINj が印加され、その他方の主
電極が垂直信号線２７に接続される。
を２つ図４に示す。図４Ａのバイアス電荷注入回路３６
は、プリチャージＭＯＳトランジスタ（スイッチ素子）
４０とインジェクションＭＯＳトランジスタ（スイッチ
素子）４１とプリチャージキャパシタ４２で構成され
る。プリチャージＭＯＳトランジスタ４０は、その一方
の主電極が電源ＶDDに接続され、その他方の主電極がイ
ンジェクションＭＯＳトランジスタ４１の一方の主電極
とプリチャージキャパシタ４２に接続され、その制御電
極にプリチャージパルスφPRC が印加される。インジェ
クションＭＯＳトランジスタ４１は、その制御電極にイ
ンジェクションパルスφINj が印加され、その他方の主
電極が垂直信号線２７に接続される。
【００５２】この図４Ａのバイアス電荷注入回路３６を
用いたときの駆動タイミングチャートの一例を図８に示
し、電荷検出回路２８の動作点を図５に示す。画素の信
号電荷を垂直信号線２７に読み出す水平ブランキング期
間ＨBLK に、前もって電荷検出回路２８の検出容量素子
３３を時点ｔ＝ｔ1 のタイミングまでにリセットする。
すると、電荷検出回路２８の動作点が出力電圧に関して
ＶＲＳＴになる。その後、バイアス電荷注入回路３６に
プリチャージパルスφPRC とインジェクションパルスφ
INj が入り、時点ｔ＝ｔ2 のタイミングでは、電荷検出
回路２８の動作点が出力電圧に関してＶPRC になる。
用いたときの駆動タイミングチャートの一例を図８に示
し、電荷検出回路２８の動作点を図５に示す。画素の信
号電荷を垂直信号線２７に読み出す水平ブランキング期
間ＨBLK に、前もって電荷検出回路２８の検出容量素子
３３を時点ｔ＝ｔ1 のタイミングまでにリセットする。
すると、電荷検出回路２８の動作点が出力電圧に関して
ＶＲＳＴになる。その後、バイアス電荷注入回路３６に
プリチャージパルスφPRC とインジェクションパルスφ
INj が入り、時点ｔ＝ｔ2 のタイミングでは、電荷検出
回路２８の動作点が出力電圧に関してＶPRC になる。
【００５３】ここで、バイアス電荷注入回路３６による
出力電圧の変化量ＶRST −ＶPRC は、電荷検出回路２８
の検出容量素子３３の容量ＣS とプリチャージキャパシ
タ４２の容量ＣPRを使って、おおよそ−（ＶDD−
ＶRST ）×（ＣPR／ＣS ）で表される。
出力電圧の変化量ＶRST −ＶPRC は、電荷検出回路２８
の検出容量素子３３の容量ＣS とプリチャージキャパシ
タ４２の容量ＣPRを使って、おおよそ−（ＶDD−
ＶRST ）×（ＣPR／ＣS ）で表される。
【００５４】水平映像期間ＨA 中では、従来の固体撮像
素子１と同様に、水平走査回路３１からの水平走査パル
スφＨ〔‥‥，φＨn-1 ，φＨn ，φＨn+1 ，‥‥〕に
より制御された水平スイッチ３０が順次導通すること
で、映像信号出力ＩOUT が得られる。
素子１と同様に、水平走査回路３１からの水平走査パル
スφＨ〔‥‥，φＨn-1 ，φＨn ，φＨn+1 ，‥‥〕に
より制御された水平スイッチ３０が順次導通すること
で、映像信号出力ＩOUT が得られる。
【００５５】以上の図４Ａのバイアス電荷注入回路３６
の動作により、フォトダイオード２３から垂直信号線２
７に信号電荷を読み出す前の電荷検出回路２８の動作点
が、出力電圧レンジの低い方に設定され、フォトダイオ
ード２３の最大蓄積電荷量に対応する信号電圧が十分な
リニアリティーで電荷検出回路２８から出力される。
の動作により、フォトダイオード２３から垂直信号線２
７に信号電荷を読み出す前の電荷検出回路２８の動作点
が、出力電圧レンジの低い方に設定され、フォトダイオ
ード２３の最大蓄積電荷量に対応する信号電圧が十分な
リニアリティーで電荷検出回路２８から出力される。
【００５６】図４Ｂのバイアス電荷注入回路３６は、結
合キャパシタ４４とＭＯＳスイッチ（ＭＯＳトランジス
タ）４５が直列に接続され、その結合キャパシタ４４側
の一端にバイアスパルスφＢＰが与えられ、そのＭＯＳ
スイッチ４５側の他端が垂直信号線２７に接続され、Ｍ
ＯＳトランジスタの制御電極にバイアスゲートパルスφ
ＢＧが与えられるように構成される。なお、図４Ｂにお
ける結合キャパシタ４４とＭＯＳスイッチ４５の接続に
関しては、図示とは逆に結合キャパシタ４４が垂直信号
線２７側にくる接続でも構わない。
合キャパシタ４４とＭＯＳスイッチ（ＭＯＳトランジス
タ）４５が直列に接続され、その結合キャパシタ４４側
の一端にバイアスパルスφＢＰが与えられ、そのＭＯＳ
スイッチ４５側の他端が垂直信号線２７に接続され、Ｍ
ＯＳトランジスタの制御電極にバイアスゲートパルスφ
ＢＧが与えられるように構成される。なお、図４Ｂにお
ける結合キャパシタ４４とＭＯＳスイッチ４５の接続に
関しては、図示とは逆に結合キャパシタ４４が垂直信号
線２７側にくる接続でも構わない。
【００５７】この図４Ｂのバイアス電荷注入回路３６を
用いたときの駆動タイミングチャートの一例を図９に示
す。電荷検出回路２８の動作点は図４Ａの動作説明で使
った図５と同じである。画素の信号電荷を垂直信号線２
７に読み出す水平ブランキング期間ＨBLK に、前もって
電荷検出回路２８の検出容量素子３３を時点ｔ＝ｔ1 の
タイミングまでにリセットする。すると、電荷検出回路
２８の動作点が出力電圧に関してＶRSTになる。その
後、バイアス電荷注入回路３６のＭＯＳスイッチ４５を
制御するバイアスゲートパルスφＢＧを立ち上げ、ＭＯ
Ｓスイッチ４５を導通状態にする。その状態で、バイア
スパルスφＢＰを立ち上げると結合キャパシタ４４の容
量ＣC と電荷検出回路２８の検出容量素子３３の容量Ｃ
S との比でほぼ決まる電荷が垂直信号線２７に注入され
る。その後、バイアスゲートパルスφＢＧを立ち下げＭ
ＯＳスイッチ４５を切断状態にしてバイアスパルスφＢ
Ｐを立ち下げることでバイアス電荷の注入が完了する
（時点ｔ＝ｔ2 参照）。
用いたときの駆動タイミングチャートの一例を図９に示
す。電荷検出回路２８の動作点は図４Ａの動作説明で使
った図５と同じである。画素の信号電荷を垂直信号線２
７に読み出す水平ブランキング期間ＨBLK に、前もって
電荷検出回路２８の検出容量素子３３を時点ｔ＝ｔ1 の
タイミングまでにリセットする。すると、電荷検出回路
２８の動作点が出力電圧に関してＶRSTになる。その
後、バイアス電荷注入回路３６のＭＯＳスイッチ４５を
制御するバイアスゲートパルスφＢＧを立ち上げ、ＭＯ
Ｓスイッチ４５を導通状態にする。その状態で、バイア
スパルスφＢＰを立ち上げると結合キャパシタ４４の容
量ＣC と電荷検出回路２８の検出容量素子３３の容量Ｃ
S との比でほぼ決まる電荷が垂直信号線２７に注入され
る。その後、バイアスゲートパルスφＢＧを立ち下げＭ
ＯＳスイッチ４５を切断状態にしてバイアスパルスφＢ
Ｐを立ち下げることでバイアス電荷の注入が完了する
（時点ｔ＝ｔ2 参照）。
【００５８】この結果、電荷検出回路２８の動作点が出
力電圧に関してＶPRC に変化する。ここで、図４Ｂのバ
イアス電荷注入回路３６による出力電圧の変化量ＶRST
−ＶPRC は、バイアスパルスφＢＰの振幅を電源電圧と
同じＶDDとすれば、おおよそ−ＶDD×（ＣC ／ＣS ）で
表される。水平映像期間ＨA の動作に関しては、図４Ａ
と同じになる。
力電圧に関してＶPRC に変化する。ここで、図４Ｂのバ
イアス電荷注入回路３６による出力電圧の変化量ＶRST
−ＶPRC は、バイアスパルスφＢＰの振幅を電源電圧と
同じＶDDとすれば、おおよそ−ＶDD×（ＣC ／ＣS ）で
表される。水平映像期間ＨA の動作に関しては、図４Ａ
と同じになる。
【００５９】こうして、図４Ａ，Ｂのバイアス電荷注入
回路３６により、電荷検出回路２８の動作点を適正な電
圧にすることで、固体撮像素子の出力信号振幅を大きく
することができる。また、図４Ｂの回路方式の場合は、
図４Ａのものと比べてトランジスタの数が少なく必要な
キャパシタの容量が小さくてすむので、小型化にとって
有利である。
回路３６により、電荷検出回路２８の動作点を適正な電
圧にすることで、固体撮像素子の出力信号振幅を大きく
することができる。また、図４Ｂの回路方式の場合は、
図４Ａのものと比べてトランジスタの数が少なく必要な
キャパシタの容量が小さくてすむので、小型化にとって
有利である。
【００６０】以上は、フォトダイオードに蓄積する信号
電荷が負に帯電した電子を取り扱う場合の説明であった
が、信号電荷が正に帯電した正孔を取り扱う場合は、差
動増幅器３２やバイアス電荷注入回路３６に使われるＭ
ＯＳトランジスタの極性（Ｎチャネル，Ｐチャネル）を
逆転し、バイアス電荷注入回路３６に必要なパルスなど
の極性も反転することで、同様な効果が得られる。
電荷が負に帯電した電子を取り扱う場合の説明であった
が、信号電荷が正に帯電した正孔を取り扱う場合は、差
動増幅器３２やバイアス電荷注入回路３６に使われるＭ
ＯＳトランジスタの極性（Ｎチャネル，Ｐチャネル）を
逆転し、バイアス電荷注入回路３６に必要なパルスなど
の極性も反転することで、同様な効果が得られる。
【００６１】次に、上述の構成の固体撮像素子２１及び
その駆動方法を用いた本発明に係る撮像カメラ６０の概
略構成を図１０に示す。図１０において、被写体からの
入射光は、レンズを含む光学系６１によって固体撮像素
子２１の撮像面上に結像される。固体撮像素子２１とし
ては、図１に示した構成と同様の固体撮像素子が用いら
れる。この固体撮像素子２１は、駆動系６２によって前
述した駆動方法を基に駆動される。そして、固体撮像素
子２１の出力信号は、信号処理系６３で信号処理されて
映像信号となる。かかる構成の撮像カメラにおいては、
固体撮像素子２１から最大振幅の大きな信号出力が得ら
れ、ダイナミックレンジの広い映像が得られる。
その駆動方法を用いた本発明に係る撮像カメラ６０の概
略構成を図１０に示す。図１０において、被写体からの
入射光は、レンズを含む光学系６１によって固体撮像素
子２１の撮像面上に結像される。固体撮像素子２１とし
ては、図１に示した構成と同様の固体撮像素子が用いら
れる。この固体撮像素子２１は、駆動系６２によって前
述した駆動方法を基に駆動される。そして、固体撮像素
子２１の出力信号は、信号処理系６３で信号処理されて
映像信号となる。かかる構成の撮像カメラにおいては、
固体撮像素子２１から最大振幅の大きな信号出力が得ら
れ、ダイナミックレンジの広い映像が得られる。
【００６２】尚、上述の実施の形態では、ＣＭＯＳ型の
固体撮像素子に適用したが、その他、ＭＯＳ型、あるい
は増幅型の固体撮像素子にも適用できる。
固体撮像素子に適用したが、その他、ＭＯＳ型、あるい
は増幅型の固体撮像素子にも適用できる。
【００６３】上述したように、本発明の実施の形態によ
れば、垂直信号線に接続された電荷検出回路２８の構成
要素である反転増幅器の入出力特性の閾値を制御し、例
えば差動増幅器を用いるときには反転入力側と非反転入
力側の入力ＭＯＳトランジスタＱ11及びＱ12の閾値電圧
に差をつけることで、垂直信号線２７の動作電位が高い
条件下での電荷検出回路２８の出力電圧レンジを広げ、
更に、垂直信号線２７に接続されたバイアス電荷注入回
路３６により、電荷検出回路２８の動作点を適正な電圧
に変化させることで、撮像素子の最大飽和信号量を格段
に増加することができる。
れば、垂直信号線に接続された電荷検出回路２８の構成
要素である反転増幅器の入出力特性の閾値を制御し、例
えば差動増幅器を用いるときには反転入力側と非反転入
力側の入力ＭＯＳトランジスタＱ11及びＱ12の閾値電圧
に差をつけることで、垂直信号線２７の動作電位が高い
条件下での電荷検出回路２８の出力電圧レンジを広げ、
更に、垂直信号線２７に接続されたバイアス電荷注入回
路３６により、電荷検出回路２８の動作点を適正な電圧
に変化させることで、撮像素子の最大飽和信号量を格段
に増加することができる。
【００６４】
【発明の効果】本発明の固体撮像素子によれば、各画素
の信号電荷を出力する信号線に電荷検出回路を接続し、
電荷検出回路で得られた信号電圧を撮像素子の出力とす
る固体撮像素子において、その信号線の動作電位を電源
又は接地に近い電位と設定することにより、画素の最大
蓄積電荷量を従来に比べて格段に多くすることができ、
信号電荷を効率よく読み出すことができる。
の信号電荷を出力する信号線に電荷検出回路を接続し、
電荷検出回路で得られた信号電圧を撮像素子の出力とす
る固体撮像素子において、その信号線の動作電位を電源
又は接地に近い電位と設定することにより、画素の最大
蓄積電荷量を従来に比べて格段に多くすることができ、
信号電荷を効率よく読み出すことができる。
【００６５】信号線に接続された電荷検出回路を構成す
る反転増幅器の入出力特性の閾値電圧を制御することに
より、信号線の動作電位を電源又は接地に近い電位にす
ることができる。
る反転増幅器の入出力特性の閾値電圧を制御することに
より、信号線の動作電位を電源又は接地に近い電位にす
ることができる。
【００６６】電荷検出回路を構成する反転増幅器に差動
増幅器を用い、この差動増幅器の反転入力と非反転入力
の夫々のＭＯＳトランジスタの閾値電圧を互に異ならし
め、反転入力における入出力特性の閾値電圧を電源、又
は接地の電位に近づけることにより、信号線の動作電位
が高い条件下での電荷検出回路の出力電圧レンジを広げ
ることができる。
増幅器を用い、この差動増幅器の反転入力と非反転入力
の夫々のＭＯＳトランジスタの閾値電圧を互に異ならし
め、反転入力における入出力特性の閾値電圧を電源、又
は接地の電位に近づけることにより、信号線の動作電位
が高い条件下での電荷検出回路の出力電圧レンジを広げ
ることができる。
【００６７】電荷検出回路を構成する反転増幅器に、Ｍ
ＯＳトランジスタで構成されたソースフォロアと、Ｎチ
ャネル型とＰチャネル型のＭＯＳトランジスタで構成さ
れたインバータを組み合わせ、入出力特性の閾値電圧を
電源又は接地の電位に近づけた増幅器を用いることによ
り、信号線の動作電位が高い条件下での電荷検出回路の
出力電圧レンジを広げることができる。
ＯＳトランジスタで構成されたソースフォロアと、Ｎチ
ャネル型とＰチャネル型のＭＯＳトランジスタで構成さ
れたインバータを組み合わせ、入出力特性の閾値電圧を
電源又は接地の電位に近づけた増幅器を用いることによ
り、信号線の動作電位が高い条件下での電荷検出回路の
出力電圧レンジを広げることができる。
【００６８】さらに、信号線にバイアス電荷を注入する
ためのバイアス電荷注入手段を設けることにより、電荷
検出回路の動作点を適正な電圧に変化させることができ
る。従って固体撮像素子の最大飽和信号量を格段に増加
することができる。
ためのバイアス電荷注入手段を設けることにより、電荷
検出回路の動作点を適正な電圧に変化させることができ
る。従って固体撮像素子の最大飽和信号量を格段に増加
することができる。
【００６９】本発明の固体撮像素子の駆動方法によれ
ば、信号線の動作電位を電源又は接地に近い電位に設定
し、各画素の信号電荷を信号線に出力し、信号線に接続
された電荷検出回路から信号電圧として出力することに
より、画素の最大蓄積電荷量を増大させ、信号線への信
号電荷の読み出しを効率的に行うことができる。
ば、信号線の動作電位を電源又は接地に近い電位に設定
し、各画素の信号電荷を信号線に出力し、信号線に接続
された電荷検出回路から信号電圧として出力することに
より、画素の最大蓄積電荷量を増大させ、信号線への信
号電荷の読み出しを効率的に行うことができる。
【００７０】電荷検出回路を構成する反転増幅器の入出
力特性の閾値電圧を制御することにより、信号線の動作
電位を電源又は接地に近い電位に設定することができ、
信号電荷の読み出しを効率的に行うことができる。
力特性の閾値電圧を制御することにより、信号線の動作
電位を電源又は接地に近い電位に設定することができ、
信号電荷の読み出しを効率的に行うことができる。
【００７１】電荷検出回路を構成する反転増幅器に差動
増幅器を用い、その反転入力と非反転入力の夫々のＭＯ
Ｓトランジスタの閾値電圧を互に異ならしめて、反転入
力における入出力特性の閾値電圧を電源又は接地の電位
に近づけるようにするときは、垂直信号線の動作電位が
高い条件下での電荷検出回路の出力電圧レンジを広げる
ことができる。
増幅器を用い、その反転入力と非反転入力の夫々のＭＯ
Ｓトランジスタの閾値電圧を互に異ならしめて、反転入
力における入出力特性の閾値電圧を電源又は接地の電位
に近づけるようにするときは、垂直信号線の動作電位が
高い条件下での電荷検出回路の出力電圧レンジを広げる
ことができる。
【００７２】電荷検出回路を構成する反転増幅器に、Ｍ
ＯＳトランジスタで構成されたソースフォロアと、Ｎチ
ャネル型とＰチャネル型のＭＯＳトランジスタで構成さ
れたインバータを組み合わせてなる増幅器を用い、ソー
スフォロアのＭＯＳトランジスタの閾値電圧を制御して
上記増幅器の入出力信号の閾値電圧を電源又は接地の電
位に近づけるときは、垂直信号線の動作電位が高い条件
下での電荷検出回路の出力電圧レンジを広げることがで
きる。
ＯＳトランジスタで構成されたソースフォロアと、Ｎチ
ャネル型とＰチャネル型のＭＯＳトランジスタで構成さ
れたインバータを組み合わせてなる増幅器を用い、ソー
スフォロアのＭＯＳトランジスタの閾値電圧を制御して
上記増幅器の入出力信号の閾値電圧を電源又は接地の電
位に近づけるときは、垂直信号線の動作電位が高い条件
下での電荷検出回路の出力電圧レンジを広げることがで
きる。
【００７３】さらに、電荷検出回路のリセット後に、信
号線にバイアス電荷を注入し電荷検出回路の出力動作点
を適正な電圧にすることにより、信号出力の最大振幅を
大きくすることができる。
号線にバイアス電荷を注入し電荷検出回路の出力動作点
を適正な電圧にすることにより、信号出力の最大振幅を
大きくすることができる。
【００７４】本発明の撮像カメラによれば、固体撮像素
子から最大振幅の大きな信号出力が得られ、ダイナミッ
クレンジの広い映像が得られる。
子から最大振幅の大きな信号出力が得られ、ダイナミッ
クレンジの広い映像が得られる。
【図１】本発明に係る固体撮像素子の一実施の形態を示
す構成図である。
す構成図である。
【図２】本発明に係る電荷検出回路の構成要素である反
転増幅器の一例を示す回路構成図である。
転増幅器の一例を示す回路構成図である。
【図３】本発明に係る電荷検出回路の構成要素である反
転増幅器の他の例を示す回路構成図である。
転増幅器の他の例を示す回路構成図である。
【図４】Ａ 本発明に係るバイアス電荷注入回路の一例
を示す構成図である。 Ｂ 本発明に係るバイアス電荷注入回路の他の例を示す
構成図である。
を示す構成図である。 Ｂ 本発明に係るバイアス電荷注入回路の他の例を示す
構成図である。
【図５】本発明に係る電荷検出回路の入出力特性及び動
作点の説明図である。
作点の説明図である。
【図６】従来の電荷検出回路の入出力特性図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る固体撮像素子のフォ
トダイオードと垂直選択スイッチと垂直信号線のポテン
シャル図である。
トダイオードと垂直選択スイッチと垂直信号線のポテン
シャル図である。
【図８】図４Ａのバイアス電荷注入回路を用いたときの
駆動タイミングチャートである。
駆動タイミングチャートである。
【図９】図４Ｂのバイアス電荷注入回路を用いたときの
駆動タイミングチャートである。
駆動タイミングチャートである。
【図１０】本発明に係る撮像カメラの構成図である。
【図１１】従来例に係る固体撮像素子の構成図である。
【図１２】電荷検出回路の構成図である。
【図１３】従来に係る電荷検出手段の構成要素である反
転増幅器の例を示す回路構成図である。
転増幅器の例を示す回路構成図である。
【図１４】従来に係る電荷検出回路の入出力特性図であ
る。
る。
【図１５】従来の固体撮像素子のフォトダイオードと垂
直選択スイッチと垂直信号線のポテンシャル図である。
直選択スイッチと垂直信号線のポテンシャル図である。
２１‥‥固体撮像素子、２２‥‥フォトダイオード、２
３‥‥垂直選択スイッチ、２４‥‥画素、２５‥‥垂直
選択線、２６‥‥垂直走査回路、２７‥‥垂直信号線、
２８‥‥電荷検出回路、２９‥‥水平信号線、３０‥‥
水平スイッチ、３１‥‥水平走査回路、３２‥‥反転増
幅器、３３‥‥検出容量素子、３４‥‥リセットスイッ
チ、３６‥‥バイアス電荷注入回路
３‥‥垂直選択スイッチ、２４‥‥画素、２５‥‥垂直
選択線、２６‥‥垂直走査回路、２７‥‥垂直信号線、
２８‥‥電荷検出回路、２９‥‥水平信号線、３０‥‥
水平スイッチ、３１‥‥水平走査回路、３２‥‥反転増
幅器、３３‥‥検出容量素子、３４‥‥リセットスイッ
チ、３６‥‥バイアス電荷注入回路
Claims (18)
- 【請求項１】 各画素の信号電荷を出力する信号線に電
荷検出回路が接続され、 該電荷検出回路で得られた信号電圧を撮像素子の出力と
する固体撮像素子であって、 前記信号線の動作電位を電源又は接地に近い電位に設定
して成ることを特徴とする固体撮像素子。 - 【請求項２】 前記電荷検出回路を構成する反転増幅器
の入出力特性の閾値電圧を制御し、 前記信号線の動作電位を電源又は接地に近い電位に設定
して成ることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素
子。 - 【請求項３】 前記電荷検出回路を構成する反転増幅器
に差動増幅器を用い、 該差動増幅器の反転入力と非反転入力の夫々のＭＯＳト
ランジスタの閾値電圧を互に異ならしめ、 前記反転入力における入出力特性の閾値電圧を電源又は
接地の電位に近づけて成ることを特徴とする請求項２に
記載の固体撮像素子。 - 【請求項４】 前記電荷検出回路を構成する反転増幅器
に、ＭＯＳトランジスタで構成されたソースフォロア
と、Ｎチャネル型とＰチャネル型のＭＯＳトランジスタ
で構成されたインバータを組み合わせ、入出力特性の閾
値電圧を電源又は接地の電位に近づけた増幅器を用いて
成ることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。 - 【請求項５】 前記信号線にバイアス電荷を注入するた
めのバイアス電荷注入手段を設けて成ることを特徴とす
る請求項１に記載の固体撮像素子。 - 【請求項６】 前記信号線にバイアス電荷を注入するた
めのバイアス電荷注入手段を設けて成ることを特徴とす
る請求項２に記載の固体撮像素子。 - 【請求項７】 前記バイアス電荷注入手段は、キャパシ
タとスイッチ素子から成る回路で構成され、 予め所定の電圧源によりチャージされた前記キャパシタ
か前記スイッチ素子を介して前記信号線に接続されて成
ることを特徴とする請求項５に記載の固体撮像素子。 - 【請求項８】 前記バイアス電荷注入手段は、キャパシ
タとスイッチ素子からなる回路で構成され、 予め所定の電圧源によりチャージされた前記キャパシタ
が前記スイッチ素子を介して前記信号線に接続されて成
ることを特徴とする請求項６に記載の固体撮像素子。 - 【請求項９】 前記バイアス電荷注入手段は、キャパシ
タとスイッチ素子を直列接続してなる回路で構成され、 該回路の前記信号線に接続されない側の端子に前記スイ
ッチ素子のオン／オフのタイミングとずれた位相のパル
スを与え、 前記信号線にバイアス電荷を注入することを特徴とする
請求項５に記載の固体撮像素子。 - 【請求項１０】 前記バイアス電荷注入手段は、キャパ
シタとスイッチ素子を直列接続してなる回路で構成さ
れ、 該回路の前記信号線に接続されない側の端子に前記スイ
ッチ素子のオン／オフのタイミングとずれた位相のパル
スを与え、 前記信号線にバイアス電荷を注入することを特徴とする
請求項６に記載の固体撮像素子。 - 【請求項１１】 信号線の動作電位を電源又は接地に近
い電位に設定し、 各画素の信号電荷を前記信号線に出力し、 前記信号線に接続された電荷検出回路から信号電圧とし
て出力することを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。 - 【請求項１２】 前記電荷検出回路を構成する反転増幅
器の入出力特性の閾値電圧を制御し、 前記信号線の動作電位を電源又は接地に近い電位に設定
することを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像素子
の駆動方法。 - 【請求項１３】 前記電荷検出回路を構成する反転増幅
器に差動増幅器を用い、 該差動増幅器の反転入力と非反転入力の夫々のＭＯＳト
ランジスタの閾値電圧を互に異ならしめて、 前記反転入力における入出力特性の閾値電圧を電源又は
接地の電位に近づけることを特徴とする請求項１２に記
載の固体撮像素子の駆動方法。 - 【請求項１４】 前記電荷検出回路を構成する反転増幅
器に、ＭＯＳトランジスタで構成されたソースフォロア
と、Ｎチャネル型とＰチャネル型のＭＯＳトランジスタ
で構成されたインバータを組み合わせてなる増幅器を用
い、 前記ソースフォロアのＭＯＳトランジスタの閾値電圧を
制御して、 前記増幅器の入出力特性の閾値電圧を電源又は接地の電
位に近づけることを特徴とする請求項１２に記載の固体
撮像素子の駆動方法。 - 【請求項１５】 前記電荷検出回路のリセット後に、前
記信号線にバイアス電荷を注入し、 前記電荷検出回路の出力動作点を適正な電圧に設定する
ことを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像素子の駆
動方法。 - 【請求項１６】 前記電荷検出回路のリセット後に、前
記信号線にバイアス電荷を注入し、 前記電荷検出回路の出力動作点を適正な電圧に設定する
ことを特徴とする請求項１２に記載の固体撮像素子の駆
動方法。 - 【請求項１７】 各画素の信号電荷を出力する信号線
と、信号線に接続された電荷検出回路を有して、 前記信号線の動作電位が電源又は接地に近い電位に設定
されて成る固体撮像素子と、光学系とを備えたことを特
徴とする撮像カメラ。 - 【請求項１８】 前記固体撮像素子は、前記電荷検出回
路を構成する反転増幅器の入出力特性の閾値電圧を制御
し、前記信号線の動作電位が電源又は接地に近い電位に
設定されると共に、前記電荷検出回路のリセット後に、
前記信号線にバイアス電荷を注入して前記電荷検出回路
の出力動作点を適正な電圧に設定するためのバイアス電
荷注入手段を有することを特徴とする請求項１７に記載
の撮像カメラ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10065822A JPH11266398A (ja) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | 固体撮像素子及びその駆動方法、並びに撮像カメラ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10065822A JPH11266398A (ja) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | 固体撮像素子及びその駆動方法、並びに撮像カメラ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11266398A true JPH11266398A (ja) | 1999-09-28 |
Family
ID=13298115
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10065822A Abandoned JPH11266398A (ja) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | 固体撮像素子及びその駆動方法、並びに撮像カメラ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11266398A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1150141A1 (en) * | 2000-04-25 | 2001-10-31 | Hewlett-Packard Company, A Delaware Corporation | Optical assembly |
| JP2006253903A (ja) * | 2005-03-09 | 2006-09-21 | Sony Corp | 撮像デバイス |
| JP2008252695A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | National Univ Corp Shizuoka Univ | イメージセンサのための画素及びイメージセンサデバイス |
| WO2019073883A1 (ja) * | 2017-10-11 | 2019-04-18 | 浜松ホトニクス株式会社 | 差動増幅器、画素回路および固体撮像装置 |
-
1998
- 1998-03-16 JP JP10065822A patent/JPH11266398A/ja not_active Abandoned
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| US11258976B2 (en) | 2017-10-11 | 2022-02-22 | Hamamatsu Photonics K.K. | Differential amplifier, pixel circuit and solid-state imaging device |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A762 Effective date: 20070629 |