JPH10322599A - 固体撮像装置及びその駆動方法 - Google Patents
固体撮像装置及びその駆動方法Info
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- JPH10322599A JPH10322599A JP10042066A JP4206698A JPH10322599A JP H10322599 A JPH10322599 A JP H10322599A JP 10042066 A JP10042066 A JP 10042066A JP 4206698 A JP4206698 A JP 4206698A JP H10322599 A JPH10322599 A JP H10322599A
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
- H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
- H04N25/771—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising storage means other than floating diffusion
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- H04N25/671—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to fixed-pattern noise, e.g. non-uniformity of response for non-uniformity detection or correction
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- H04N25/766—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors comprising control or output lines used for a plurality of functions, e.g. for pixel output, driving, reset or power
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- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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- H10F39/10—Integrated devices
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- H10F39/18—Complementary metal-oxide-semiconductor [CMOS] image sensors; Photodiode array image sensors
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- Signal Processing (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】ＬＥＤの発光時と非発光時に漏れ込む電荷量の
ばらつきを抑え、ＬＥＤの個数を増さずに信号電荷量を
増すことが可能で感度調整を容易に行うこと。 【解決手段】フォトダイオード２４は、転送トランジス
タ２５を介してサンプルホールドコンデンサ３２ａ、３
２ｂに電荷を転送するサンプルホールドトランジスタ２
６ａ、２６ｂに接続されと共に、転送トランジスタ２５
を介してリセットトランジスタ２７と増幅トランジスタ
に接続される。また増幅トランジスタ２８にはアドレス
トランジスタ２９が接続される。上記サンプルホールド
コンデンサ３２ａ、３２ｂは、フォトダイオード２４の
ｎ拡散層の中心に対して対称な位置に配置される。
ばらつきを抑え、ＬＥＤの個数を増さずに信号電荷量を
増すことが可能で感度調整を容易に行うこと。 【解決手段】フォトダイオード２４は、転送トランジス
タ２５を介してサンプルホールドコンデンサ３２ａ、３
２ｂに電荷を転送するサンプルホールドトランジスタ２
６ａ、２６ｂに接続されと共に、転送トランジスタ２５
を介してリセットトランジスタ２７と増幅トランジスタ
に接続される。また増幅トランジスタ２８にはアドレス
トランジスタ２９が接続される。上記サンプルホールド
コンデンサ３２ａ、３２ｂは、フォトダイオード２４の
ｎ拡散層の中心に対して対称な位置に配置される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は増幅型固体撮像装
置及びその駆動方法に関し、より詳細にはＳ／Ｎ比を改
善して感度調整の容易な増幅型固体撮像装置及びその駆
動方法に関するものである。
置及びその駆動方法に関し、より詳細にはＳ／Ｎ比を改
善して感度調整の容易な増幅型固体撮像装置及びその駆
動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より使用されているＭＯＳ型イメー
ジセンサは、例えば、本件出願人による先の出願である
特願平８−２７５９４９号に記載されているような構成
のものが知られている。
ジセンサは、例えば、本件出願人による先の出願である
特願平８−２７５９４９号に記載されているような構成
のものが知られている。
【０００３】図１９は、上記特願平８−２７５９４９号
に記載のイメージセンサの主要部分の回路構成を示した
図である。図１９に於いて、このイメージセンサは、フ
ォトダイオード１が転送トランジスタ２を介してリセッ
トトランジスタ３及び増幅トランジスタ７に接続されて
いる。転送トランジスタ２と増幅トランジスタ７の間に
は、転送トランジスタ５ａとサンプルホールドコンデン
サ６ａによる回路、及び転送トランジスタ５ｂとサンプ
ルホールドコンデンサ６ｂの回路が、それぞれ並列に接
続されている。
に記載のイメージセンサの主要部分の回路構成を示した
図である。図１９に於いて、このイメージセンサは、フ
ォトダイオード１が転送トランジスタ２を介してリセッ
トトランジスタ３及び増幅トランジスタ７に接続されて
いる。転送トランジスタ２と増幅トランジスタ７の間に
は、転送トランジスタ５ａとサンプルホールドコンデン
サ６ａによる回路、及び転送トランジスタ５ｂとサンプ
ルホールドコンデンサ６ｂの回路が、それぞれ並列に接
続されている。
【０００４】上記増幅トランジスタ７のドレインは、ゲ
ートが水平アドレス線１０に接続されたアドレストラン
ジスタ８のドレインと接続され、ソースが垂直信号線１
１に接続される。増幅トランジスタ７は、垂直信号湶１
１、図示されない差分回路を介して水平選択トランジス
タに接続される。
ートが水平アドレス線１０に接続されたアドレストラン
ジスタ８のドレインと接続され、ソースが垂直信号線１
１に接続される。増幅トランジスタ７は、垂直信号湶１
１、図示されない差分回路を介して水平選択トランジス
タに接続される。
【０００５】このような構成に於いて、増幅トランジス
タ７のゲートがリセットされた時の重直信号線１１の電
位と、信号分がかかっている時の垂直信号線１１の電位
との差分を取ることによって、増幅トランジスタの閾値
のばらつきを解消することができる。
タ７のゲートがリセットされた時の重直信号線１１の電
位と、信号分がかかっている時の垂直信号線１１の電位
との差分を取ることによって、増幅トランジスタの閾値
のばらつきを解消することができる。
【０００６】この図１９の構成のイメージセンサでは、
フォトダイオード１から得られる信号電荷を直接取出す
ようにはなっていない。しかしながら、フォトダイオー
ド１からの信号電荷を保存する容量、すなわちサンプル
ホールドコンデンサ５ａ、５ｂを設けることで、フォト
ダイオード１から得られる信号電荷の同時性が得られる
ようになっている。
フォトダイオード１から得られる信号電荷を直接取出す
ようにはなっていない。しかしながら、フォトダイオー
ド１からの信号電荷を保存する容量、すなわちサンプル
ホールドコンデンサ５ａ、５ｂを設けることで、フォト
ダイオード１から得られる信号電荷の同時性が得られる
ようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した図
１９のイメージセンサに於いては、被写体に対する外光
の判別に、図示されない発光ダイオード（ＬＥＤ）が使
用されている。すなわち、太陽光、室内光等のＬＥＤに
よる発光以外の背景光のみの信号と、該背景光とＬＥＤ
による発光が組合わされた光の信号とが、フォトダイオ
ード１で光電変換されてサンプルホールドコンデンサ６
ａ、６ｂに取り込まれる。そして、これらサンプルホー
ルドサコンデンサ６ａ、６ｂに取り込まれた信号電荷に
対して、差分が取られる。ところが、こうしたＬＥＤが
使用されることによって、イメージセンサの漏れ込みが
起きやすいことが問題となっている。
１９のイメージセンサに於いては、被写体に対する外光
の判別に、図示されない発光ダイオード（ＬＥＤ）が使
用されている。すなわち、太陽光、室内光等のＬＥＤに
よる発光以外の背景光のみの信号と、該背景光とＬＥＤ
による発光が組合わされた光の信号とが、フォトダイオ
ード１で光電変換されてサンプルホールドコンデンサ６
ａ、６ｂに取り込まれる。そして、これらサンプルホー
ルドサコンデンサ６ａ、６ｂに取り込まれた信号電荷に
対して、差分が取られる。ところが、こうしたＬＥＤが
使用されることによって、イメージセンサの漏れ込みが
起きやすいことが問題となっている。
【０００８】外光については、その差分を取ることによ
ってかなり打ち消し合うことができるが、漏れ込む電荷
については周辺の光の分布に依存し、面内で一様となっ
てはいない。そのため、信号電荷を保存するサンプルホ
ールドコンデンサに結合しているトランジスタの拡散層
領域の配置によって、漏れ込む量が、例えばＬＥＤが発
光された１回目の蓄積時とＬＥＤが発光されない２回目
の蓄積時とで、それぞれ異なってしまう不具合が生じ
る。加えて、上記漏れ込む量のばらつきがあるためにＳ
／Ｎ比が悪いものとなっていた。
ってかなり打ち消し合うことができるが、漏れ込む電荷
については周辺の光の分布に依存し、面内で一様となっ
てはいない。そのため、信号電荷を保存するサンプルホ
ールドコンデンサに結合しているトランジスタの拡散層
領域の配置によって、漏れ込む量が、例えばＬＥＤが発
光された１回目の蓄積時とＬＥＤが発光されない２回目
の蓄積時とで、それぞれ異なってしまう不具合が生じ
る。加えて、上記漏れ込む量のばらつきがあるためにＳ
／Ｎ比が悪いものとなっていた。
【０００９】また、上述した特開平８−２７５９４９号
に於いては、外光のばらつき等を抑えるために発光時間
及び間隔を短くしているので、コストの面からＬＥＤの
数を増やせない場合には発光量が少なくなってしまう。
そのため、ＬＥＤの発光時間を例えば２倍にすることが
考えられるが、合計の発光量はＬＥＤの特性として２倍
にならないにもかかわらず、暗電流や漏れ込む量は２倍
になることがある。したがって、信号量は多くなるもの
の、Ｓ／Ｎ比は改善しないことになる。
に於いては、外光のばらつき等を抑えるために発光時間
及び間隔を短くしているので、コストの面からＬＥＤの
数を増やせない場合には発光量が少なくなってしまう。
そのため、ＬＥＤの発光時間を例えば２倍にすることが
考えられるが、合計の発光量はＬＥＤの特性として２倍
にならないにもかかわらず、暗電流や漏れ込む量は２倍
になることがある。したがって、信号量は多くなるもの
の、Ｓ／Ｎ比は改善しないことになる。
【００１０】一方、ＬＥＤの数を多くすると発光される
フォトンの数は多くなる。しかしながら、ＬＥＤの数を
多くすると装置を小さくできないばかりか、一度に多量
の電流が必要となるため、電源も大きなものが必要とな
ってしまう。そのため、ＬＥＤの数を増やしたり発光時
間を長くしたりすることなく、センサの感度を上げるこ
とのできる方法が求められている。
フォトンの数は多くなる。しかしながら、ＬＥＤの数を
多くすると装置を小さくできないばかりか、一度に多量
の電流が必要となるため、電源も大きなものが必要とな
ってしまう。そのため、ＬＥＤの数を増やしたり発光時
間を長くしたりすることなく、センサの感度を上げるこ
とのできる方法が求められている。
【００１１】更に、上述した特願平８−２７５９４９号
の実施の形態に記載された方法では、感度調整をする時
に暗電流や強い外光信号分でフォトダイオードが飽和し
てしまう。フォトダイオードが飽和しない範囲で使用す
るためには、これらの動作を何サイクルも繰り返さなけ
ればならない。しかしながら、コンデンサの特性上、信
号蓄積動作回数が著しく制限されてしまうという課題を
有している。
の実施の形態に記載された方法では、感度調整をする時
に暗電流や強い外光信号分でフォトダイオードが飽和し
てしまう。フォトダイオードが飽和しない範囲で使用す
るためには、これらの動作を何サイクルも繰り返さなけ
ればならない。しかしながら、コンデンサの特性上、信
号蓄積動作回数が著しく制限されてしまうという課題を
有している。
【００１２】したがってこの発明は、ＬＥＤの発光時と
非発光時に漏れ込む電荷量のばらつきを抑えると共に、
ＬＥＤの個数を増やさずに信号電荷量を増やすことがで
き、且つ感度調整を行うことが容易な固体撮像装置及び
その駆動方法を提供することを目的とする。
非発光時に漏れ込む電荷量のばらつきを抑えると共に、
ＬＥＤの個数を増やさずに信号電荷量を増やすことがで
き、且つ感度調整を行うことが容易な固体撮像装置及び
その駆動方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】すなわちこの発明は、半
導体基板上に、受光手段と、この受光手段で検出された
信号を増幅する増幅手段と、そのセルを選択する選択手
段と、上記受光手段をリセットするリセット手段とを有
する単位セルを行列２次元状に配列して成る固体撮像装
置に於いて、上記単位セルは上記受光手段で受けた光量
に応じた信号を保存する記憶手段を少なくとも２つ有
し、上記半導体基板は第１導電型で構成されるもので、
上記少なくとも２つの記憶手段に記憶された信号の差を
検出する差分検出手段を有し、上記受光手段は上記第１
の導電型と反対の第２導電型の第１の拡散層領域で構成
され、上記少なくとも２つの記憶手段は第２導電型の第
２の拡散層領域で構成され、上記記憶手段の第１の拡散
層領域は上記受光手段の第１の拡散領域の中心に対して
対称な位置に配置されていることを特徴とする。
導体基板上に、受光手段と、この受光手段で検出された
信号を増幅する増幅手段と、そのセルを選択する選択手
段と、上記受光手段をリセットするリセット手段とを有
する単位セルを行列２次元状に配列して成る固体撮像装
置に於いて、上記単位セルは上記受光手段で受けた光量
に応じた信号を保存する記憶手段を少なくとも２つ有
し、上記半導体基板は第１導電型で構成されるもので、
上記少なくとも２つの記憶手段に記憶された信号の差を
検出する差分検出手段を有し、上記受光手段は上記第１
の導電型と反対の第２導電型の第１の拡散層領域で構成
され、上記少なくとも２つの記憶手段は第２導電型の第
２の拡散層領域で構成され、上記記憶手段の第１の拡散
層領域は上記受光手段の第１の拡散領域の中心に対して
対称な位置に配置されていることを特徴とする。
【００１４】またこの発明は、半導体基板上に、受光手
段と、この受光手段からの信号を転送して信号電荷を検
出する検出手段と、この検出部で検出された信号を増幅
する増幅手段と、そのセルを選択する選択手段と、上記
受光手段をリセットするリセット手段とを有する単位セ
ルを行列２次元状に配列して成る固体撮像装置に於い
て、上記検出手段は直列接続された第１及び第２の検出
手段から成り、上記第１の検出手段と第２の検出手段の
間に接続された記憶手段を具備し、上記リセット手段は
上記増幅手段及び記憶手段をもリセットすることを特徴
とする。
段と、この受光手段からの信号を転送して信号電荷を検
出する検出手段と、この検出部で検出された信号を増幅
する増幅手段と、そのセルを選択する選択手段と、上記
受光手段をリセットするリセット手段とを有する単位セ
ルを行列２次元状に配列して成る固体撮像装置に於い
て、上記検出手段は直列接続された第１及び第２の検出
手段から成り、上記第１の検出手段と第２の検出手段の
間に接続された記憶手段を具備し、上記リセット手段は
上記増幅手段及び記憶手段をもリセットすることを特徴
とする。
【００１５】更にこの発明は、半導体基板上に、フォト
ダイオードと、このフォトダイオードからの信号を転送
する転送トランジスタと、この転送トランジスタで転送
された信号電荷を検出する検出トランジスタと、この検
出トランジスタで検出された信号を増幅する増幅トラン
ジスタと、そのセルを選択する選択トランジスタと、上
記フォトダイオードをリセットするリセットトランジス
タと、上記フォトダイオードで受けた光量に応じた信号
を保存するサンプルホールドコンデンサを有する単位セ
ルを行列２次元状に配列して成る固体撮像装置に於い
て、上記転送トランジスタを介して上記フォトダイオー
ドに接続されるスライストランジスタと、その電極の一
端が上記スライストランジスタのソース・ドレイン領域
の一端に、他端がパルス回路に接続されるスライスコン
デンサとを具備し、上記スライストランジスタのソース
・ドレイン領域の他端が上記検出トランジスタを介して
上記増幅トランジスタのゲートに接続され、上記検出ト
ランジスタと上記増幅トランジスタとの接続部に上記サ
ンプルホールドコンデンサの一端が接続され、上記転送
トランジスタとスライストランジスタのゲートとの接続
部に上記リセットトランジスタが接続されることを特徴
とする。
ダイオードと、このフォトダイオードからの信号を転送
する転送トランジスタと、この転送トランジスタで転送
された信号電荷を検出する検出トランジスタと、この検
出トランジスタで検出された信号を増幅する増幅トラン
ジスタと、そのセルを選択する選択トランジスタと、上
記フォトダイオードをリセットするリセットトランジス
タと、上記フォトダイオードで受けた光量に応じた信号
を保存するサンプルホールドコンデンサを有する単位セ
ルを行列２次元状に配列して成る固体撮像装置に於い
て、上記転送トランジスタを介して上記フォトダイオー
ドに接続されるスライストランジスタと、その電極の一
端が上記スライストランジスタのソース・ドレイン領域
の一端に、他端がパルス回路に接続されるスライスコン
デンサとを具備し、上記スライストランジスタのソース
・ドレイン領域の他端が上記検出トランジスタを介して
上記増幅トランジスタのゲートに接続され、上記検出ト
ランジスタと上記増幅トランジスタとの接続部に上記サ
ンプルホールドコンデンサの一端が接続され、上記転送
トランジスタとスライストランジスタのゲートとの接続
部に上記リセットトランジスタが接続されることを特徴
とする。
【００１６】またこの発明は、半導体基板上に、フォト
ダイオードと、このフォトダイオードからの信号を転送
する転送トランジスタと、この転送トランジスタで転送
された信号電荷を検出する検出トランジスタと、この検
出トランジスタで検出された信号を増幅する増幅トラン
ジスタと、そのセルを選択する選択トランジスタと、上
記フォトダイオードをリセットするリセットトランジス
タと、上記フォトダイオードで受けた光量に応じた信号
を保存する第１のコンデンサを有する単位セルを行列２
次元状に配列して成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に接続された上記第１のコンデン
サとは異なる第２のコンデンサを具備し、上記第１のコ
ンデンサはその一端が上記転送トランジスタを介して上
記フォトダイオードに、他端が上記検出トランジスタを
介して増幅トランジスタのゲートとに接続され、上記フ
ォトダイオードが上記リセットトランジスタに接続され
ることを特徴とする。
ダイオードと、このフォトダイオードからの信号を転送
する転送トランジスタと、この転送トランジスタで転送
された信号電荷を検出する検出トランジスタと、この検
出トランジスタで検出された信号を増幅する増幅トラン
ジスタと、そのセルを選択する選択トランジスタと、上
記フォトダイオードをリセットするリセットトランジス
タと、上記フォトダイオードで受けた光量に応じた信号
を保存する第１のコンデンサを有する単位セルを行列２
次元状に配列して成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に接続された上記第１のコンデン
サとは異なる第２のコンデンサを具備し、上記第１のコ
ンデンサはその一端が上記転送トランジスタを介して上
記フォトダイオードに、他端が上記検出トランジスタを
介して増幅トランジスタのゲートとに接続され、上記フ
ォトダイオードが上記リセットトランジスタに接続され
ることを特徴とする。
【００１７】この発明は、半導体基板上に、受光手段
と、この受光手段で検出された信号を増幅する増幅手段
と、そのセルを選択する選択手段と、上記受光手段をリ
セットするリセット手段と、上記受光手段で受けた光量
に応じた信号を保存する少なくとも２つの記憶手段とを
有する単位セルを行列２次元状に配列して成る固体撮像
装置に於いて、上記受光手段の動作中に上記記憶手段の
選択を行うことを特徴とする。
と、この受光手段で検出された信号を増幅する増幅手段
と、そのセルを選択する選択手段と、上記受光手段をリ
セットするリセット手段と、上記受光手段で受けた光量
に応じた信号を保存する少なくとも２つの記憶手段とを
有する単位セルを行列２次元状に配列して成る固体撮像
装置に於いて、上記受光手段の動作中に上記記憶手段の
選択を行うことを特徴とする。
【００１８】更にこの発明は、半導体基板上に、受光手
段と、この受光手段で検出された信号を転送する転送手
段と、この転送手段で転送された信号を増幅する増幅手
段と、そのセルを選択する選択手段と、上記受光手段を
リセットするリセット手段と、上記受光手段で受けた光
量に応じた信号を保存する少なくとも２つの記憶手段と
を有する単位セルを行列２次元状に配列して成る固体撮
像装置の駆動方法であって、上記転送手段及び上記リセ
ット手段をオンして上記受光手段及び記憶手段に電荷を
注入する第１のステップと、上記記憶手段に注入された
電荷を排出する第２のステップと、上記転送手段をオン
したまま上記受光手段で検出された信号を上記記憶手段
に転送する第３のステップと、上記記憶手段に蓄積され
た電荷を読出す第４のステップとを具備することを特徴
とする。
段と、この受光手段で検出された信号を転送する転送手
段と、この転送手段で転送された信号を増幅する増幅手
段と、そのセルを選択する選択手段と、上記受光手段を
リセットするリセット手段と、上記受光手段で受けた光
量に応じた信号を保存する少なくとも２つの記憶手段と
を有する単位セルを行列２次元状に配列して成る固体撮
像装置の駆動方法であって、上記転送手段及び上記リセ
ット手段をオンして上記受光手段及び記憶手段に電荷を
注入する第１のステップと、上記記憶手段に注入された
電荷を排出する第２のステップと、上記転送手段をオン
したまま上記受光手段で検出された信号を上記記憶手段
に転送する第３のステップと、上記記憶手段に蓄積され
た電荷を読出す第４のステップとを具備することを特徴
とする。
【００１９】
【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。図１及び図２（ａ）は、この発
明の固体撮像装置の第１の実施の形態の構成を示すもの
で、図１は単位セルを概略的に示した構成図、図２
（ａ）は断面構造を示した図である。尚、図には示され
ないが、この固体撮像装置は単位セルが行列２次元状に
配列されてなるものとする。
実施の形態を説明する。図１及び図２（ａ）は、この発
明の固体撮像装置の第１の実施の形態の構成を示すもの
で、図１は単位セルを概略的に示した構成図、図２
（ａ）は断面構造を示した図である。尚、図には示され
ないが、この固体撮像装置は単位セルが行列２次元状に
配列されてなるものとする。
【００２０】ｐ型のシリコン基板２０の一方の主面側に
はｐウェル領域２１が形成される。そして、このｐウェ
ル領域２１の表面には、島状に複数のｎ+ 層２２ａ〜２
２ｊが形成される。また、シリコン基板２０の表面でｐ
ウェル領域２１の形成されない部分でｎ+ 層２２ｊの近
傍には、フォトダイオード２４のｎ拡散層２３が形成さ
れる。
はｐウェル領域２１が形成される。そして、このｐウェ
ル領域２１の表面には、島状に複数のｎ+ 層２２ａ〜２
２ｊが形成される。また、シリコン基板２０の表面でｐ
ウェル領域２１の形成されない部分でｎ+ 層２２ｊの近
傍には、フォトダイオード２４のｎ拡散層２３が形成さ
れる。
【００２１】上記フォトダイオード２４は、転送トラン
ジスタ２５のソースに接続されている。そして、この転
送トランジスタ（Ｔｒ）２５のドレインは、後述するサ
ンプルホールドコンデンサ３２ａ、３２ｂに電荷を転送
するためのサンプルホールドトランジスタ２６ａ、２６
ｂのドレインと、リセットトランジスタ２７のドレイン
と、増幅トランジスタ２８のゲートに接続されている。
この増幅トランジスタ２８のドレインには、アドレスト
ランジスタ２９のドレインが接続されている。
ジスタ２５のソースに接続されている。そして、この転
送トランジスタ（Ｔｒ）２５のドレインは、後述するサ
ンプルホールドコンデンサ３２ａ、３２ｂに電荷を転送
するためのサンプルホールドトランジスタ２６ａ、２６
ｂのドレインと、リセットトランジスタ２７のドレイン
と、増幅トランジスタ２８のゲートに接続されている。
この増幅トランジスタ２８のドレインには、アドレスト
ランジスタ２９のドレインが接続されている。
【００２２】上記増幅トランジスタ２８のソースには垂
直信号線３０が、そしてリセットトランジスタ２７のソ
ース及びアドレストランジスタ２９のソースには、配線
３１が接続されている。尚、上記増幅トランジスタ２８
とアドレストランジスタ２９の接続配置は、逆であって
も良い。
直信号線３０が、そしてリセットトランジスタ２７のソ
ース及びアドレストランジスタ２９のソースには、配線
３１が接続されている。尚、上記増幅トランジスタ２８
とアドレストランジスタ２９の接続配置は、逆であって
も良い。
【００２３】上記サンプルホールドトランジスタ２６
ａ、２６ｂのソースには、プレートの面積が等しいサン
プルホールドコンデンサ３２ａ、３２ｂが接続されてい
る。これらサンプルホールドコンデンサ３２ａ、３２ｂ
は、フォトダイオード２４の拡散層領域であるｎ拡散層
２３の中心に対して対称な位置に配置される。望ましく
は、サンプルホールドトランジスタ２６ａ、２６ｂの拡
散層領域であるｎ+ 層２２ｄ、２２ｆも、フォトダイオ
ード２４のｎ拡散層２３の中心に対して対称な位置に配
置される。また、上記サンプルホールドコンデンサ３２
ａ、３２ｂは、信号線３３（３３ａ、３３ｂ）に接続さ
れている。
ａ、２６ｂのソースには、プレートの面積が等しいサン
プルホールドコンデンサ３２ａ、３２ｂが接続されてい
る。これらサンプルホールドコンデンサ３２ａ、３２ｂ
は、フォトダイオード２４の拡散層領域であるｎ拡散層
２３の中心に対して対称な位置に配置される。望ましく
は、サンプルホールドトランジスタ２６ａ、２６ｂの拡
散層領域であるｎ+ 層２２ｄ、２２ｆも、フォトダイオ
ード２４のｎ拡散層２３の中心に対して対称な位置に配
置される。また、上記サンプルホールドコンデンサ３２
ａ、３２ｂは、信号線３３（３３ａ、３３ｂ）に接続さ
れている。
【００２４】また、上記サンプルホールドコンデンサ３
２ａ、３２ｂの容量値は、フォトダイオード２４の容量
値よりも小さいものとする。次に、このように構成され
た固体撮像装置の動作について、図２（ｂ）及び図３を
参照してを説明する。
２ａ、３２ｂの容量値は、フォトダイオード２４の容量
値よりも小さいものとする。次に、このように構成され
た固体撮像装置の動作について、図２（ｂ）及び図３を
参照してを説明する。
【００２５】図２（ｂ）は、第１の実施の形態を説明す
るためのポテンシャル図であり、図３はセルの駆動方法
の一例を説明するためのタイミングチャートである。先
ず、転送トランジスタ２５、リセットトランジスタ２７
及びサンプルホールドトランジスタ２６ａがオンされ、
配線３１の電位が低くされるとフォトダイオード２４や
サンプルホールドコンデンサ３２ａに電荷が注入され
る。そして、配線３１の電位が元の高電位に戻される
と、サンプルホールドコンデンサ３２ａに蓄積された電
荷が排出される。
るためのポテンシャル図であり、図３はセルの駆動方法
の一例を説明するためのタイミングチャートである。先
ず、転送トランジスタ２５、リセットトランジスタ２７
及びサンプルホールドトランジスタ２６ａがオンされ、
配線３１の電位が低くされるとフォトダイオード２４や
サンプルホールドコンデンサ３２ａに電荷が注入され
る。そして、配線３１の電位が元の高電位に戻される
と、サンプルホールドコンデンサ３２ａに蓄積された電
荷が排出される。
【００２６】一方、フォトダイオード２４は転送トラン
ジスタ２５のゲートポテンシャルに等しくなり、サンプ
ルホールドコンデンサ３２ａはリセットポテンシャルに
等しくなる。その後、光電変換されて、その信号がサン
プルホールドコンデンサ３２ａに転送される。
ジスタ２５のゲートポテンシャルに等しくなり、サンプ
ルホールドコンデンサ３２ａはリセットポテンシャルに
等しくなる。その後、光電変換されて、その信号がサン
プルホールドコンデンサ３２ａに転送される。
【００２７】次に、転送トランジスタ２５、リセットト
ランジスタ２７及びサンプルホールドトランジスタ２６
ｂがオンされ、配線３１の電位が低くされるとフォトダ
イオード２４やサンプルホールドコンデンサ３２ｂに電
荷が注入される。そして、配線３１の電位が元の高電位
に戻されると、サンプルホールドコンデンサ３２ｂに蓄
積された電荷が排出される。
ランジスタ２７及びサンプルホールドトランジスタ２６
ｂがオンされ、配線３１の電位が低くされるとフォトダ
イオード２４やサンプルホールドコンデンサ３２ｂに電
荷が注入される。そして、配線３１の電位が元の高電位
に戻されると、サンプルホールドコンデンサ３２ｂに蓄
積された電荷が排出される。
【００２８】一方、フォトダイオード２４は転送トラン
ジスタ２５のゲートポテンシャルに等しくなり、サンプ
ルホールドコンデンサ３２ｂはリセットポテンシャルに
等しくなる。その後、光電変換されて、その信号がサン
プルホールドコンデンサ３２ｂに転送される。
ジスタ２５のゲートポテンシャルに等しくなり、サンプ
ルホールドコンデンサ３２ｂはリセットポテンシャルに
等しくなる。その後、光電変換されて、その信号がサン
プルホールドコンデンサ３２ｂに転送される。
【００２９】こうして、サンプルホールドコンデンサ３
２ａ、３２ｂに信号電荷が転送されると、これらサンプ
ルホールドコンデンサ３２ａ、３２ｂに蓄積された電荷
が読出され、ソースフォロア回路によって垂直信号線３
０に出力される動作が２回行われ、図示されない周知の
差分回路でその差分が取られる。
２ａ、３２ｂに信号電荷が転送されると、これらサンプ
ルホールドコンデンサ３２ａ、３２ｂに蓄積された電荷
が読出され、ソースフォロア回路によって垂直信号線３
０に出力される動作が２回行われ、図示されない周知の
差分回路でその差分が取られる。
【００３０】尚、以上の動作は、ここではサンプルホー
ルドコンデンサ３２ａ側を先に行ったが、サンプルホー
ルドコンデンサ３２ｂ側を先に行っても良いのは勿論で
ある。
ルドコンデンサ３２ａ側を先に行ったが、サンプルホー
ルドコンデンサ３２ｂ側を先に行っても良いのは勿論で
ある。
【００３１】ここで、リセットトランジスタ２７の閾値
をＶth（ＲＥＳＥＴ）とし、転送トランジスタ２５の閾
値Ｖth（ＴＲＡＮ）とし、サンプルホールドトランジス
タ２６ａ（２６ｂ）の閾値をＶth（ＳＡＭＰ）とする
と、 Ｖth（ＴＲＡＮ）＞Ｖth（ＲＥＳＥＴ）＞Ｖth（ＳＡＭＰ） …（１） となるように、各トランジスタの閾値を設定することに
よって、図２（ｂ）に示されるようなポテンシャルに設
定することができる。また、フォトダイオード２４のポ
テンシャルをほとんど全てサンプルホールドコンデンサ
３２ａ、３２ｂに転送し、更に該コンデンサ３２ａ、３
２ｂに蓄積された信号電荷のほとんど全てを増幅トラン
ジスタ２８のゲートに転送することができるようにな
る。
をＶth（ＲＥＳＥＴ）とし、転送トランジスタ２５の閾
値Ｖth（ＴＲＡＮ）とし、サンプルホールドトランジス
タ２６ａ（２６ｂ）の閾値をＶth（ＳＡＭＰ）とする
と、 Ｖth（ＴＲＡＮ）＞Ｖth（ＲＥＳＥＴ）＞Ｖth（ＳＡＭＰ） …（１） となるように、各トランジスタの閾値を設定することに
よって、図２（ｂ）に示されるようなポテンシャルに設
定することができる。また、フォトダイオード２４のポ
テンシャルをほとんど全てサンプルホールドコンデンサ
３２ａ、３２ｂに転送し、更に該コンデンサ３２ａ、３
２ｂに蓄積された信号電荷のほとんど全てを増幅トラン
ジスタ２８のゲートに転送することができるようにな
る。
【００３２】この時、上記（１）式の関係が満たされる
と、図示されないシフトレジスタの出力するゲート電圧
が同じでも、図２（ｂ）に示されるようなポテンシャル
に設定することができ、単一電源化が可能となる。
と、図示されないシフトレジスタの出力するゲート電圧
が同じでも、図２（ｂ）に示されるようなポテンシャル
に設定することができ、単一電源化が可能となる。
【００３３】従来の固体撮像装置では、トランジスタを
オンした時ソースとドレインの電位が等しくなった場合
に電荷の転送が終了する。ソース領域側とドレイン領域
側にあるコンデンサをＣS 、ＣD とするとＶ＝Ｑ／（Ｃ
S ＋ＣD ）の信号変化となるが、全ての信号を転送でき
る。しかし、この第１の実施の形態によれば、上記信号
変化は、Ｖ＝Ｑ／ＣD で全ての信号を転送できる。
オンした時ソースとドレインの電位が等しくなった場合
に電荷の転送が終了する。ソース領域側とドレイン領域
側にあるコンデンサをＣS 、ＣD とするとＶ＝Ｑ／（Ｃ
S ＋ＣD ）の信号変化となるが、全ての信号を転送でき
る。しかし、この第１の実施の形態によれば、上記信号
変化は、Ｖ＝Ｑ／ＣD で全ての信号を転送できる。
【００３４】一般に、単位セルのある画素への入射光が
強い場合、その画素から漏れ出た信号電荷は拡散層領域
を通じて各サンプルホールドコンデンサに入る。このよ
うに画素が強い入射光を受けると、従来のサンプルホー
ルドコンデンサを２つ有した固体撮像装置の場合、２つ
のサンプルホールドコンデンサへの電荷転送用トランジ
スタのうち、その画素、すなわち入射光が強い画素に近
い位置に存在する拡散層は、遠い方に位置する拡散層よ
り多くの電荷が漏れ込むため、２回の光信号の差をとっ
ても真の値とは異なる。
強い場合、その画素から漏れ出た信号電荷は拡散層領域
を通じて各サンプルホールドコンデンサに入る。このよ
うに画素が強い入射光を受けると、従来のサンプルホー
ルドコンデンサを２つ有した固体撮像装置の場合、２つ
のサンプルホールドコンデンサへの電荷転送用トランジ
スタのうち、その画素、すなわち入射光が強い画素に近
い位置に存在する拡散層は、遠い方に位置する拡散層よ
り多くの電荷が漏れ込むため、２回の光信号の差をとっ
ても真の値とは異なる。
【００３５】また、入射光の波長が長い場合のように、
基板深くで光電変換されるときにも、信号電荷の漏れ込
みがある。しかしながら、本実施の形態のように２つの
サンプルホールドトランジスタをフォトダイオードに対
して対称な位置に配置すると、２つのサンプルホールド
コンデンサに漏れ込む電荷の量が等しくなる。そのた
め、２つのサンプルホールドコンデンサの差を取ると真
の信号分だけが残り、漏れ込む量のばらつきを抑圧する
ことができる。
基板深くで光電変換されるときにも、信号電荷の漏れ込
みがある。しかしながら、本実施の形態のように２つの
サンプルホールドトランジスタをフォトダイオードに対
して対称な位置に配置すると、２つのサンプルホールド
コンデンサに漏れ込む電荷の量が等しくなる。そのた
め、２つのサンプルホールドコンデンサの差を取ると真
の信号分だけが残り、漏れ込む量のばらつきを抑圧する
ことができる。
【００３６】このことは、図１のみならず後述する図
４、図８、図９に示される実施の形態にも適用される。
次に、図４乃至図７を参照して、この発明の第２の実施
の形態を説明する。尚、以下に述べる実施の形態に於い
て、上述した第１の実施の形態と同じ部分には同一の参
照番号を付して説明は省略する。
４、図８、図９に示される実施の形態にも適用される。
次に、図４乃至図７を参照して、この発明の第２の実施
の形態を説明する。尚、以下に述べる実施の形態に於い
て、上述した第１の実施の形態と同じ部分には同一の参
照番号を付して説明は省略する。
【００３７】図４は、この発明の固体撮像装置の第２の
実施の形態を示す回路構成図である。図４に於いて、こ
の固体撮像装置は、フォトダイオード２４が転送トラン
ジスタ２５を介してリセットトランジスタ２７及び増幅
トランジスタ２８に接続されている。転送トランジスタ
２５と増幅トランジスタ２８の間には、サンプルホール
ドトランジスタ２６ａとサンプルホールドコンデンサ３
２ａによる回路、及びサンプルホールドトランジスタ２
６ｂとサンプルホールドコンデンサ３２ｂの回路が、そ
れぞれ並列に接続されている。
実施の形態を示す回路構成図である。図４に於いて、こ
の固体撮像装置は、フォトダイオード２４が転送トラン
ジスタ２５を介してリセットトランジスタ２７及び増幅
トランジスタ２８に接続されている。転送トランジスタ
２５と増幅トランジスタ２８の間には、サンプルホール
ドトランジスタ２６ａとサンプルホールドコンデンサ３
２ａによる回路、及びサンプルホールドトランジスタ２
６ｂとサンプルホールドコンデンサ３２ｂの回路が、そ
れぞれ並列に接続されている。
【００３８】上記増幅トランジスタ２８は、そのドレイ
ンがアドレストランジスタ２９のゲートと接続しなが
ら、垂直信号線３０、水平選択トランジスタ３５を介し
て水平シフトレジスタ（Ｈ系シフトレジスタ）３６に接
続される。また、リセットトランジスタ２７はリセット
線３７を介して、サンプルホールドトランジスタ２６
ａ、２６ｂは該サンプルホールドトランジスタ２６ａ、
２６ｂを制御するためのサンプルホールドトランジスタ
制御線３８ａ、３８ｂを介して、更にアドレストランジ
スタ２９は水平アドレス線３９を介して、それぞれ垂直
シフトレジスタ（Ｖ系選択回路）４０に接続されてい
る。
ンがアドレストランジスタ２９のゲートと接続しなが
ら、垂直信号線３０、水平選択トランジスタ３５を介し
て水平シフトレジスタ（Ｈ系シフトレジスタ）３６に接
続される。また、リセットトランジスタ２７はリセット
線３７を介して、サンプルホールドトランジスタ２６
ａ、２６ｂは該サンプルホールドトランジスタ２６ａ、
２６ｂを制御するためのサンプルホールドトランジスタ
制御線３８ａ、３８ｂを介して、更にアドレストランジ
スタ２９は水平アドレス線３９を介して、それぞれ垂直
シフトレジスタ（Ｖ系選択回路）４０に接続されてい
る。
【００３９】この第２の実施の形態の固体撮像装置は、
基本的な回路は図１６の従来の固体撮像装置と同じでそ
の断面構造は上述した第１の実施の形態の図２の構造と
同じあるが、２つのサンプルホールドコンデンサ２６
ａ、２６ｂが接地されずにパルス発生回路４１に接続さ
れている点が異なっている。
基本的な回路は図１６の従来の固体撮像装置と同じでそ
の断面構造は上述した第１の実施の形態の図２の構造と
同じあるが、２つのサンプルホールドコンデンサ２６
ａ、２６ｂが接地されずにパルス発生回路４１に接続さ
れている点が異なっている。
【００４０】次に、第２の実施の形態の動作を説明す
る。この固体撮像装置の基本動作は、図１６に示された
従来の固体撮像装置と同じである。図５は図４の構成の
固体撮像装置の動作を説明するタイミングチャートの一
例であり、図６はポテンシャル概念図である。
る。この固体撮像装置の基本動作は、図１６に示された
従来の固体撮像装置と同じである。図５は図４の構成の
固体撮像装置の動作を説明するタイミングチャートの一
例であり、図６はポテンシャル概念図である。
【００４１】先ず、配線３１が高電位にされた状態でリ
セットトランジスタ２７とサンプルホールドトランジス
タ２６ａがオンされて、図６（ｂ）に示されるようなポ
テンシャルになるようにリセットされる。次に、リセッ
トトランジスタ２７がオフされてから、転送トランジス
タ２５がオンされて信号がサンプルホールドコンデンサ
３２ａに転送される。
セットトランジスタ２７とサンプルホールドトランジス
タ２６ａがオンされて、図６（ｂ）に示されるようなポ
テンシャルになるようにリセットされる。次に、リセッ
トトランジスタ２７がオフされてから、転送トランジス
タ２５がオンされて信号がサンプルホールドコンデンサ
３２ａに転送される。
【００４２】次いで、配線３１が図６（ｂ）に示される
時より低い電位に戻しておく。その後、図６（ｃ）及び
（ｄ）に示されるように、増幅トランジスタ２８がリセ
ットされてから、サンプルホールドトランジスタ２６ａ
のゲートにリセット時にかけた電位より低い電位がかけ
られて、信号電荷が増幅トランジスタ２８のゲートに転
送される。
時より低い電位に戻しておく。その後、図６（ｃ）及び
（ｄ）に示されるように、増幅トランジスタ２８がリセ
ットされてから、サンプルホールドトランジスタ２６ａ
のゲートにリセット時にかけた電位より低い電位がかけ
られて、信号電荷が増幅トランジスタ２８のゲートに転
送される。
【００４３】この時、従来の固体撮像装置では、図７
（ａ）及び（ｂ）のポテンシャル図に示されるように、
サンプルホールドコンデンサから増幅トランジスタへ信
号電荷が転送されていた。これに対し、第２の実施の形
態では、図７（ｃ）及び（ｄ）のポテンシャル図に示さ
れるように、信号電荷が転送される。
（ａ）及び（ｂ）のポテンシャル図に示されるように、
サンプルホールドコンデンサから増幅トランジスタへ信
号電荷が転送されていた。これに対し、第２の実施の形
態では、図７（ｃ）及び（ｄ）のポテンシャル図に示さ
れるように、信号電荷が転送される。
【００４４】図７（ａ）及び（ｂ）に示される状態のと
き、増幅トランジスタのゲートの電圧変化は、ＱPD／
（Ｃsamp＋ＣO ）となる。これに対し、図７（ｃ）及び
（ｄ）に示される第２の実施の形態による方法では、増
幅トランジスタのゲート電圧変化は、ＱPD／ＣO とな
り、感度が良くなってＳ／Ｎ比が改善される。
き、増幅トランジスタのゲートの電圧変化は、ＱPD／
（Ｃsamp＋ＣO ）となる。これに対し、図７（ｃ）及び
（ｄ）に示される第２の実施の形態による方法では、増
幅トランジスタのゲート電圧変化は、ＱPD／ＣO とな
り、感度が良くなってＳ／Ｎ比が改善される。
【００４５】図８は、この発明の第３の実施の形態の構
成を示す回路図である。この第３の実施の形態は、上述
した第１の実施の形態に於けるサンプルホールドコンデ
ンサを複数個に分割して、それぞれにサンプルホールド
回路を設けている。したがって、その動作も第１の実施
の形態に準ずるので説明は省略する。
成を示す回路図である。この第３の実施の形態は、上述
した第１の実施の形態に於けるサンプルホールドコンデ
ンサを複数個に分割して、それぞれにサンプルホールド
回路を設けている。したがって、その動作も第１の実施
の形態に準ずるので説明は省略する。
【００４６】尚、図８では２分割したものを示している
が、３分割以上の場合についても同じである。このと
き、増幅トランジスタ２８の電位の変化は、ＱPD／（Ｎ
×Ｃsamp＋ＣO ）となる。ここで、Ｎは分割個数であ
る。
が、３分割以上の場合についても同じである。このと
き、増幅トランジスタ２８の電位の変化は、ＱPD／（Ｎ
×Ｃsamp＋ＣO ）となる。ここで、Ｎは分割個数であ
る。
【００４７】このように構成することによって、感度の
調節が可能となる。図９は、この発明の第４の実施の形
態の構成を示す回路図である。図９に於いて、サンプル
ホールドコンデンサ３２ａは、転送トランジスタ４２ａ
及び４３ａのソースに接続されており、同様にサンプル
ホールドコンデンサ３２ｂは転送トランジスタ４２ｂ及
び４３ｂのソースに接続されている。そして、転送トラ
ンジスタ４２ａ、４２ｂのドレインにフォトダイオード
２４が接続されている。一方、転送トランジスタ４３
ａ、４３ｂのドレインにはリセットトランジスタ２７の
ドレイン及び増幅トランジスタ２８のゲートが接続され
ている。
調節が可能となる。図９は、この発明の第４の実施の形
態の構成を示す回路図である。図９に於いて、サンプル
ホールドコンデンサ３２ａは、転送トランジスタ４２ａ
及び４３ａのソースに接続されており、同様にサンプル
ホールドコンデンサ３２ｂは転送トランジスタ４２ｂ及
び４３ｂのソースに接続されている。そして、転送トラ
ンジスタ４２ａ、４２ｂのドレインにフォトダイオード
２４が接続されている。一方、転送トランジスタ４３
ａ、４３ｂのドレインにはリセットトランジスタ２７の
ドレイン及び増幅トランジスタ２８のゲートが接続され
ている。
【００４８】上記転送トランジスタ４２ａ、４２ｂ及び
４３ａ、４３ｂは、それぞれ転送トランジスタ制御線４
５ａ、４５ｂ及び４６ａ、４６ｂを介して垂直シフトレ
ジスタ４０に接続されている。また、増幅トランジスタ
２８のソースに接続された垂直信号線３０は、差分回路
４７、水平選択トランジスタ３５を介して水平シフトレ
ジスタ３６に接続される。
４３ａ、４３ｂは、それぞれ転送トランジスタ制御線４
５ａ、４５ｂ及び４６ａ、４６ｂを介して垂直シフトレ
ジスタ４０に接続されている。また、増幅トランジスタ
２８のソースに接続された垂直信号線３０は、差分回路
４７、水平選択トランジスタ３５を介して水平シフトレ
ジスタ３６に接続される。
【００４９】このような構成の固体撮像装置に於いて、
リセットトランジスタ２７の閾値を転送トランジスタ４
３ａ、４３ｂの閾値より小さくし、更に転送トランジス
タ４２ａ、４２ｂの閾値を転送トランジスタ４３ａ、４
３ｂの閾値より小さくすると、図１０に示されるような
ポテンシャルになる。
リセットトランジスタ２７の閾値を転送トランジスタ４
３ａ、４３ｂの閾値より小さくし、更に転送トランジス
タ４２ａ、４２ｂの閾値を転送トランジスタ４３ａ、４
３ｂの閾値より小さくすると、図１０に示されるような
ポテンシャルになる。
【００５０】このようにすることによって、サンプルホ
ールドコンデンサに転送された信号電荷は全て増幅トラ
ンジスタ２８に転送される。したがって、図７（ｃ）及
び（ｄ）に示されるポテンシャルと同様に、電圧変化は
ＱPD／ＣO となり、感度が良くなる。
ールドコンデンサに転送された信号電荷は全て増幅トラ
ンジスタ２８に転送される。したがって、図７（ｃ）及
び（ｄ）に示されるポテンシャルと同様に、電圧変化は
ＱPD／ＣO となり、感度が良くなる。
【００５１】更に、図１０に示される回路構成と上述し
たトランジスタの閾値の関係を保てば、パルスはローレ
ベル（Ｌ）とハイレベル（Ｈ）のみでよく、単一電源化
が可能であり、簡単な選択回路を構成するだけで良い。
たトランジスタの閾値の関係を保てば、パルスはローレ
ベル（Ｌ）とハイレベル（Ｈ）のみでよく、単一電源化
が可能であり、簡単な選択回路を構成するだけで良い。
【００５２】次に、この発明の第５の実施の形態を説明
する。図１１は、この発明の第５の実施の形態の構成を
示す回路図であり、図１２は図１１の回路の動作を説明
するタイミングチャートの一例である。
する。図１１は、この発明の第５の実施の形態の構成を
示す回路図であり、図１２は図１１の回路の動作を説明
するタイミングチャートの一例である。
【００５３】図１１に於いて、この固体撮像装置は、フ
ォトダイオード２４が転送トランジスタ２５を介してリ
セットトランジスタ２７ａ及びスライストランジスタ４
９に接続されている。このスライストランジスタ４９
は、ソースがスライスコンデンサ５０を介して垂直シフ
トレジスタ４０に接続され、ドレインがサンプルホール
ドトランジスタ２６及び排出トランジスタ５１のドレイ
ンに接続される。
ォトダイオード２４が転送トランジスタ２５を介してリ
セットトランジスタ２７ａ及びスライストランジスタ４
９に接続されている。このスライストランジスタ４９
は、ソースがスライスコンデンサ５０を介して垂直シフ
トレジスタ４０に接続され、ドレインがサンプルホール
ドトランジスタ２６及び排出トランジスタ５１のドレイ
ンに接続される。
【００５４】上記サンプルホールドトランジスタ２６の
ソースは、サンプルホールドコンデンサ３２を介してリ
セットトランジスタ２７ｂのソース及び増幅トランジス
タ２８のゲートに接続される。増幅トランジスタ２８
は、そのドレインがアドレストランジスタ２９のゲート
と接続しながら、他端が負荷トランジスタ５２に接続さ
れた垂直信号線３０、差分回路４７、水平選択トランジ
スタ３５を介して水平シフトレジスタ３６に接続され
る。
ソースは、サンプルホールドコンデンサ３２を介してリ
セットトランジスタ２７ｂのソース及び増幅トランジス
タ２８のゲートに接続される。増幅トランジスタ２８
は、そのドレインがアドレストランジスタ２９のゲート
と接続しながら、他端が負荷トランジスタ５２に接続さ
れた垂直信号線３０、差分回路４７、水平選択トランジ
スタ３５を介して水平シフトレジスタ３６に接続され
る。
【００５５】また、転送トランジスタ２５は転送トラン
ジスタ制御線５３を介して、排出トランジスタ５１は排
出トランジスタ制御線５４を介して、リセットトランジ
スタ２７ａ、２７ｂはリセット線３７ａ、３７ｂを介し
て、サンプルホールドトランジスタ２６はサンプルホー
ルドトランジスタ制御線３８を介して、更にアドレスト
ランジスタ２９は水平アドレス線３９を介して、それぞ
れ垂直シフトレジスタ４０に接続されている。
ジスタ制御線５３を介して、排出トランジスタ５１は排
出トランジスタ制御線５４を介して、リセットトランジ
スタ２７ａ、２７ｂはリセット線３７ａ、３７ｂを介し
て、サンプルホールドトランジスタ２６はサンプルホー
ルドトランジスタ制御線３８を介して、更にアドレスト
ランジスタ２９は水平アドレス線３９を介して、それぞ
れ垂直シフトレジスタ４０に接続されている。
【００５６】このような構成は、信号蓄積差分動作を複
数回繰返す固体撮像装置の一例である。このように構成
することによって、サンプルホールドコンデンサ３２に
は真の信号電荷分だけを取り出すことができる。
数回繰返す固体撮像装置の一例である。このように構成
することによって、サンプルホールドコンデンサ３２に
は真の信号電荷分だけを取り出すことができる。
【００５７】したがって、強い外光等が存在する時で
も、サンプルホールドコンデンサ３２のポテンシャルが
転送トランジスタ２５のゲートポテンシャルを超えるま
で差分信号を蓄積できるので、感度が低い時には、信号
蓄積回数を増やすことによって真の信号電荷量を増やす
ことができる。そのため、感度の調節が容易になる上
に、１回の発光量を抑えることができるので、ＬＥＤの
数を増やしたり容量の大きな電源を設置する必要がなく
なる。
も、サンプルホールドコンデンサ３２のポテンシャルが
転送トランジスタ２５のゲートポテンシャルを超えるま
で差分信号を蓄積できるので、感度が低い時には、信号
蓄積回数を増やすことによって真の信号電荷量を増やす
ことができる。そのため、感度の調節が容易になる上
に、１回の発光量を抑えることができるので、ＬＥＤの
数を増やしたり容量の大きな電源を設置する必要がなく
なる。
【００５８】また、スライスコンデンサ５０の容量を転
送先のサンプルホールドコンデンサ３２の容量より大き
くすることにより、ＬＥＤの発光量を増やさずに感度を
上げることが可能となる。したがって、電源も小さいの
を用いることができ、ＬＥＤの個数も減らすことが可能
となる。
送先のサンプルホールドコンデンサ３２の容量より大き
くすることにより、ＬＥＤの発光量を増やさずに感度を
上げることが可能となる。したがって、電源も小さいの
を用いることができ、ＬＥＤの個数も減らすことが可能
となる。
【００５９】図１３は、この発明の第６の実施の形態の
構成を示す回路図であり、図１４は図１３の回路の動作
を説明するタイミングチャートの一例で蓄積差分動作を
複数回するときの例である。
構成を示す回路図であり、図１４は図１３の回路の動作
を説明するタイミングチャートの一例で蓄積差分動作を
複数回するときの例である。
【００６０】図１３に於いて、フォトダイオード２４は
リセットトランジスタ２７ａと転送トランジスタ２５の
間に接続されている。この転送トランジスタ２５と増幅
トランジスタ２８の間には、クランプコンデンサ５５
と、サンプルホールドトランジスタ２６及びサンプルホ
ールドコンデンサ３２が接続されており、クランプコン
デンサ５５とサンプルホールドトランジスタ２６の接続
点にはトランジスタ５６が接続されている。
リセットトランジスタ２７ａと転送トランジスタ２５の
間に接続されている。この転送トランジスタ２５と増幅
トランジスタ２８の間には、クランプコンデンサ５５
と、サンプルホールドトランジスタ２６及びサンプルホ
ールドコンデンサ３２が接続されており、クランプコン
デンサ５５とサンプルホールドトランジスタ２６の接続
点にはトランジスタ５６が接続されている。
【００６１】この回路は、サンプルホールドコンデンサ
３２に真の信号電荷分だけを取り出すことができるの
で、強い外光等がある時でも、サンプルホールドコンデ
ンサ３２のポテンシャルがトランジスタ２６のゲートポ
テンシャルを超えるまで差分信号を蓄積することができ
る。
３２に真の信号電荷分だけを取り出すことができるの
で、強い外光等がある時でも、サンプルホールドコンデ
ンサ３２のポテンシャルがトランジスタ２６のゲートポ
テンシャルを超えるまで差分信号を蓄積することができ
る。
【００６２】そのため、上述した図１１の第５の実施の
形態の回路と同様に、感度の調節が容易になる上に、１
回の発光量を抑えることができるので、ＬＥＤの数を増
やしたり容量の大きな電源を設置する必要がなくなる。
形態の回路と同様に、感度の調節が容易になる上に、１
回の発光量を抑えることができるので、ＬＥＤの数を増
やしたり容量の大きな電源を設置する必要がなくなる。
【００６３】図１５は、この発明の第７の実施の形態の
構成を示す回路図である。図１５に於いて、このイメー
ジセンサは、フォトダイオード１が転送トランジスタ２
を介して、リセット線９に接続されたリセットトランジ
スタ３及び垂直信号線１１に接続された増幅トランジス
タ７に接続されている。転送トランジスタ２と増幅トラ
ンジスタ７の間には、サンプルホールドトランジスタ５
ａとサンプルホールドコンデンサ６ａによる回路、及び
サンプルホールドトランジスタ５ｂとサンプルホールド
コンデンサ６ｂの回路が、それぞれ並列に接続されてい
る。
構成を示す回路図である。図１５に於いて、このイメー
ジセンサは、フォトダイオード１が転送トランジスタ２
を介して、リセット線９に接続されたリセットトランジ
スタ３及び垂直信号線１１に接続された増幅トランジス
タ７に接続されている。転送トランジスタ２と増幅トラ
ンジスタ７の間には、サンプルホールドトランジスタ５
ａとサンプルホールドコンデンサ６ａによる回路、及び
サンプルホールドトランジスタ５ｂとサンプルホールド
コンデンサ６ｂの回路が、それぞれ並列に接続されてい
る。
【００６４】上記増幅トランジスタ７は、そのドレイン
がアドレストランジスタ８のゲートと接続しながら、垂
直信号線１１、差分回路１７を介して水平信号線１４に
接続された水平選択トランジスタ１２に接続される。ま
た、１８及び１９は、サンプルホールドトランジスタ５
ａ及び５ｂを制御するための転送トランジスタ制御線で
ある。
がアドレストランジスタ８のゲートと接続しながら、垂
直信号線１１、差分回路１７を介して水平信号線１４に
接続された水平選択トランジスタ１２に接続される。ま
た、１８及び１９は、サンプルホールドトランジスタ５
ａ及び５ｂを制御するための転送トランジスタ制御線で
ある。
【００６５】次に、図１６のタイミングチャートを参照
して、このイメージセンサの駆動方法の一例を説明す
る。先ず、転送トランジスタ４、リセットトランジスタ
３及びサンプルホールドトランジスタ５ａ、５ｂがオン
され、配線３１の電位が低くされると、フォトダイオー
ド１やサンプルホールドコンデンサ６ａ、６ｂに電荷が
注入される。そして、配線３１の電位が元の高電位に戻
されると、サンプルホールドコンデンサ６ａ、６ｂに注
入された電荷が排出される。
して、このイメージセンサの駆動方法の一例を説明す
る。先ず、転送トランジスタ４、リセットトランジスタ
３及びサンプルホールドトランジスタ５ａ、５ｂがオン
され、配線３１の電位が低くされると、フォトダイオー
ド１やサンプルホールドコンデンサ６ａ、６ｂに電荷が
注入される。そして、配線３１の電位が元の高電位に戻
されると、サンプルホールドコンデンサ６ａ、６ｂに注
入された電荷が排出される。
【００６６】フォトダイオード１は転送トランジスタ４
のゲートポテンシャルに等しくなり、サンプルホールド
コンデンサ６ａ、６ｂはリセットポテンシャルに等しく
なる。その後、光電変換されてその信号がサンプルホー
ルドコンデンサ６ａ、６ｂに転送される。
のゲートポテンシャルに等しくなり、サンプルホールド
コンデンサ６ａ、６ｂはリセットポテンシャルに等しく
なる。その後、光電変換されてその信号がサンプルホー
ルドコンデンサ６ａ、６ｂに転送される。
【００６７】こうして、２つのサンプルホールドコンデ
ンサ６ａ、６ｂに信号電荷が乾送されると、これらサン
プルホールドコンデンサ６ａ、６ｂに蓄積された電荷が
読出され、ソースフォロア回路によって垂直信号線１１
に出力される動作が２回行われ、差分回路１７でその差
分が取られる。
ンサ６ａ、６ｂに信号電荷が乾送されると、これらサン
プルホールドコンデンサ６ａ、６ｂに蓄積された電荷が
読出され、ソースフォロア回路によって垂直信号線１１
に出力される動作が２回行われ、差分回路１７でその差
分が取られる。
【００６８】例えば、１回目の光信号としてＬＥＤ光や
その他の光が手等の撮像対象に当たって反射した光を用
い、２回目の光信号として背景光等その他の光が撮像対
象に当たって反射した光を用いる。そして、１回目と２
回目の光の差をとることによって、背景を含む画面から
手等の目的とする撮像対象を容易に抜き出すことが可能
になる。
その他の光が手等の撮像対象に当たって反射した光を用
い、２回目の光信号として背景光等その他の光が撮像対
象に当たって反射した光を用いる。そして、１回目と２
回目の光の差をとることによって、背景を含む画面から
手等の目的とする撮像対象を容易に抜き出すことが可能
になる。
【００６９】このように、第７の実施の形態によれば、
増幅トランジスタ７のゲートがリセットされた時の垂直
信号線１１の電位と、信号分がかかっている時の垂直信
号線１１の電位との差分を取ることによって、上述した
閾値のばらつきを解消することができる。
増幅トランジスタ７のゲートがリセットされた時の垂直
信号線１１の電位と、信号分がかかっている時の垂直信
号線１１の電位との差分を取ることによって、上述した
閾値のばらつきを解消することができる。
【００７０】この図１５の構成のイメージセンサでは、
フォトダイオード１から得られる信号電荷を直接取出す
ようにはなっていない。しかしながら、フォトダイオー
ド１からの信号電荷を保存する容量、すなわちサンプル
ホールドコンデンサ６ａ、６ｂを設けることで、フォト
ダイオード１から得られる信号電荷の同時性が得られる
ようになっている。
フォトダイオード１から得られる信号電荷を直接取出す
ようにはなっていない。しかしながら、フォトダイオー
ド１からの信号電荷を保存する容量、すなわちサンプル
ホールドコンデンサ６ａ、６ｂを設けることで、フォト
ダイオード１から得られる信号電荷の同時性が得られる
ようになっている。
【００７１】このように、第７の実施の形態は、フォト
ダイオードをリセットした後、転送トランジスタをオフ
して信号を蓄積し、蓄積が終わってから転送トランジス
タとサンプルホールドトランジスタをオンして信号電荷
をサンプルホールドコンデンサに転送していた。
ダイオードをリセットした後、転送トランジスタをオフ
して信号を蓄積し、蓄積が終わってから転送トランジス
タとサンプルホールドトランジスタをオンして信号電荷
をサンプルホールドコンデンサに転送していた。
【００７２】次に、この発明の第８の実施の形態につい
て説明する。図１７は、第８の実施の形態の動作を説明
するためのタイミングチャートの一例である。尚、イメ
ージセンサの構成は、上述した第７の実施の形態と同様
であり、図１５の回路が用いられる。
て説明する。図１７は、第８の実施の形態の動作を説明
するためのタイミングチャートの一例である。尚、イメ
ージセンサの構成は、上述した第７の実施の形態と同様
であり、図１５の回路が用いられる。
【００７３】上述した第７の実施の形態は、信号蓄積時
に転送トランジスタ４とサンプルホールドトランジスタ
５ａ、５ｂをオフしていた。これに対し、この第８の実
施の形態では、信号蓄積期間中に転送トランジスタ４と
サンプルホールドトランジスタ５ａ、５ｂをオンしてい
る。そのため、蓄積容量がサンプルホールドコンデンサ
６ａ、６ｂの容量分増加するので、フォトダイオード１
の飽和耐性が強化され、ブルーミングに強くなる。
に転送トランジスタ４とサンプルホールドトランジスタ
５ａ、５ｂをオフしていた。これに対し、この第８の実
施の形態では、信号蓄積期間中に転送トランジスタ４と
サンプルホールドトランジスタ５ａ、５ｂをオンしてい
る。そのため、蓄積容量がサンプルホールドコンデンサ
６ａ、６ｂの容量分増加するので、フォトダイオード１
の飽和耐性が強化され、ブルーミングに強くなる。
【００７４】また、最大信号電位はフォトダイオード１
内での信号電位と同じになるため、飽和出力の最大が大
きくなり、上述した第７の実施の形態よりもダイナミッ
クレンジが広くなる。
内での信号電位と同じになるため、飽和出力の最大が大
きくなり、上述した第７の実施の形態よりもダイナミッ
クレンジが広くなる。
【００７５】更に、ＬＥＤ光による反射光以外の光で飽
和しないようにすることは、蓄積時間を短くすることに
よってＬＥＤ光による反射光以外の光による信号量を減
少させることによって可能となる。逆に、ＬＥＤ光によ
る反射光以外の光が弱い時には、Ｓ／Ｎ比を上げるため
に信号量を増やすために、蓄積時間を長くすることが望
ましい。
和しないようにすることは、蓄積時間を短くすることに
よってＬＥＤ光による反射光以外の光による信号量を減
少させることによって可能となる。逆に、ＬＥＤ光によ
る反射光以外の光が弱い時には、Ｓ／Ｎ比を上げるため
に信号量を増やすために、蓄積時間を長くすることが望
ましい。
【００７６】このように、周りの環境に応じて信号蓄積
時間を変化させるために、信号蓄積期間のタイミングを
外部のタイミング回路を設けて生成し、内部のタイミン
グ回路で読出し用のタイミングを生成し、その両者を合
成して実現することが可能となる。このとき、信号蓄積
期間のタイミングは全画素共通にすることが可能である
ため、外部から入力するタイミングパルスの数も数本で
済むので、あまり負担にならない。
時間を変化させるために、信号蓄積期間のタイミングを
外部のタイミング回路を設けて生成し、内部のタイミン
グ回路で読出し用のタイミングを生成し、その両者を合
成して実現することが可能となる。このとき、信号蓄積
期間のタイミングは全画素共通にすることが可能である
ため、外部から入力するタイミングパルスの数も数本で
済むので、あまり負担にならない。
【００７７】図１８は、この発明の固体撮像装置の第９
の実施の形態の構成を示す回路図である。図１８に於い
て、このイメージセンサは、フォトダイオード１から、
転送トランジスタ２ａを介してサンプルホールドコンデ
ンサ６ａが、更に転送トランジスタ２ｂを介してサンプ
ルホールドコンデンサ６ｂが接続されている。このサン
プルホールドコンデンサ６ｂには、更に転送トランジス
タ２ｃを介して、増幅トランジスタ７及びアドレストラ
ンジスタ８が接続されている。また、上記フォトダイオ
ード１には、リセットトランジスタ３が接続されてい
る。
の実施の形態の構成を示す回路図である。図１８に於い
て、このイメージセンサは、フォトダイオード１から、
転送トランジスタ２ａを介してサンプルホールドコンデ
ンサ６ａが、更に転送トランジスタ２ｂを介してサンプ
ルホールドコンデンサ６ｂが接続されている。このサン
プルホールドコンデンサ６ｂには、更に転送トランジス
タ２ｃを介して、増幅トランジスタ７及びアドレストラ
ンジスタ８が接続されている。また、上記フォトダイオ
ード１には、リセットトランジスタ３が接続されてい
る。
【００７８】これらセル部以外の回路構成は、上述した
図１５の回路と同様であるので説明を省略する。このよ
うな構成に於いて、例えば１回目の光信号としてＬＥＤ
光やその他の光が手等の撮像対象に当たって反射した光
がフォトダイオード１に取り込まれたとする。ここで取
り込まれた光はフォトダイオード１にて光電変換され、
転送トランジスタ２ａのオンにより、先ずサンプルホー
ルドコンデンサ６ａに電荷が注入される。次いで、転送
トランジスタ２ａがオフされると共に転送送受信２ｂが
オンされて、ＬＥＤ光を含む信号電荷がサンプルホール
ドコンデンサ６ａからサンプルホールドコンデンサ６ｂ
に転送される。
図１５の回路と同様であるので説明を省略する。このよ
うな構成に於いて、例えば１回目の光信号としてＬＥＤ
光やその他の光が手等の撮像対象に当たって反射した光
がフォトダイオード１に取り込まれたとする。ここで取
り込まれた光はフォトダイオード１にて光電変換され、
転送トランジスタ２ａのオンにより、先ずサンプルホー
ルドコンデンサ６ａに電荷が注入される。次いで、転送
トランジスタ２ａがオフされると共に転送送受信２ｂが
オンされて、ＬＥＤ光を含む信号電荷がサンプルホール
ドコンデンサ６ａからサンプルホールドコンデンサ６ｂ
に転送される。
【００７９】この後、２回目の光信号として背景光等そ
の他の光が撮像対象に当たって反射された光がフォトダ
イオード１に取り込まれて光電変換される。ここで光電
変換された信号電荷は、再びオンされた転送トランジス
タ２ａを介してサンプルホールドコンデンサ６ａに注入
される。
の他の光が撮像対象に当たって反射された光がフォトダ
イオード１に取り込まれて光電変換される。ここで光電
変換された信号電荷は、再びオンされた転送トランジス
タ２ａを介してサンプルホールドコンデンサ６ａに注入
される。
【００８０】一方、サンプルホールドコンデンサ６ｂに
注入された信号電荷は、転送トランジスタ２ｃのオンに
より、増幅トランジスタ７を介して垂直信号線１１に排
出され、差分回路１７に供給される。同様にして、２回
目の光信号の電荷もサンプルホールドコンデンサ６ｂに
注入された後、差分回路１７に供給される。そして、差
分回路１７にて、１回目と２回目の光の差をとることに
よって、背景を含む画面から手等の目的とする撮像対象
を容易に抜き出すことが可能になる。
注入された信号電荷は、転送トランジスタ２ｃのオンに
より、増幅トランジスタ７を介して垂直信号線１１に排
出され、差分回路１７に供給される。同様にして、２回
目の光信号の電荷もサンプルホールドコンデンサ６ｂに
注入された後、差分回路１７に供給される。そして、差
分回路１７にて、１回目と２回目の光の差をとることに
よって、背景を含む画面から手等の目的とする撮像対象
を容易に抜き出すことが可能になる。
【００８１】この第９の実施の形態に於いては、ＬＥＤ
の反射光を含む信号と外光のみの信号の２種類の信号
が、必ず同じサンプルホールドコンデンサを経由して差
分回路に取り込まれるので、サンプルホールドコンデン
サの製造ばらつき等の影響を受けることがない。したが
って、ノイズの影響を受けにくくなる。
の反射光を含む信号と外光のみの信号の２種類の信号
が、必ず同じサンプルホールドコンデンサを経由して差
分回路に取り込まれるので、サンプルホールドコンデン
サの製造ばらつき等の影響を受けることがない。したが
って、ノイズの影響を受けにくくなる。
【００８２】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、ＬＥＤ
の発光時と非発光時に漏れ込む電荷量のばらつきを抑え
ると共に、ＬＥＤの個数を増やさずに信号電荷量を増や
すことができ、且つ感度調整を行うことが容易な固体撮
像装置及びその駆動方法を提供することができる。
の発光時と非発光時に漏れ込む電荷量のばらつきを抑え
ると共に、ＬＥＤの個数を増やさずに信号電荷量を増や
すことができ、且つ感度調整を行うことが容易な固体撮
像装置及びその駆動方法を提供することができる。
【図１】この発明の固体撮像装置の第１の実施の形態の
構成を示すもので、単位セルを概略的に示した構成図で
ある。
構成を示すもので、単位セルを概略的に示した構成図で
ある。
【図２】この発明の固体撮像装置の第１の実施の形態の
構成を示すもので、（ａ）は断面構造を示した図、
（ｂ）は第１の実施の形態を説明するためのポテンシャ
ル図である。
構成を示すもので、（ａ）は断面構造を示した図、
（ｂ）は第１の実施の形態を説明するためのポテンシャ
ル図である。
【図３】セルの駆動方法の一例を説明するためのタイミ
ングチャートである。
ングチャートである。
【図４】この発明の固体撮像装置の第２の実施の形態を
示す回路構成図である。
示す回路構成図である。
【図５】図４の構成の固体撮像装置の動作を説明するタ
イミングチャートの一例である。
イミングチャートの一例である。
【図６】図４の構成の固体撮像装置の動作を説明するた
めのポテンシャル概念図である。
めのポテンシャル概念図である。
【図７】固体撮像装置の動作を説明するためのポテンシ
ャル概念図である。
ャル概念図である。
【図８】この発明の固体撮像装置の第３の実施の形態の
構成を示す回路図である。
構成を示す回路図である。
【図９】この発明の固体撮像装置の第４の実施の形態の
構成を示す回路図である。
構成を示す回路図である。
【図１０】図９の構成の固体撮像装置の動作を説明する
ためのポテンシャル概念図である。
ためのポテンシャル概念図である。
【図１１】この発明の固体撮像装置の第５の実施の形態
の構成を示す回路図である。
の構成を示す回路図である。
【図１２】図１１の回路の動作を説明するタイミングチ
ャートの一例である。
ャートの一例である。
【図１３】この発明の固体撮像装置の第６の実施の形態
の構成を示す回路図である。
の構成を示す回路図である。
【図１４】図１３の回路の動作を説明するタイミングチ
ャートの一例で蓄積差分動作を複数回するときの例であ
る。
ャートの一例で蓄積差分動作を複数回するときの例であ
る。
【図１５】この発明の固体撮像装置の第７の実施の形態
の構成を示す回路図である。
の構成を示す回路図である。
【図１６】図１５の構成のイメージセンサの駆動方法の
一例を説明するためのタイミングチャートである。
一例を説明するためのタイミングチャートである。
【図１７】第８の実施の形態の動作を説明するためのタ
イミングチャートの一例である。
イミングチャートの一例である。
【図１８】この発明の固体撮像装置の第９の実施の形態
の構成を示す回路図である。
の構成を示す回路図である。
【図１９】従来のＭＯＳ型イメージセンサの構成例を示
した回路図である。
した回路図である。
１ フォトダイオード、 ２、２ａ、２ｂ、２ｃ 転送トランジスタ、 ３ リセットトランジスタ、 ５ａ、５ｂ サンプルホールドトランジスタ、 ６ａ、６ｂ、６ｃ サンプルホールドコンデンサ、 ７ 増幅トランジスタ、 ８ アドレストランジスタ、 １１ 垂直信号線、 １２ 水平選択トランジスタ、 １７ 差分回路、 ２０ シリコン基板、 ２１ ｐウェル領域、 ２２ａ〜２２ｊ ｎ+ 層、 ２３ ｎ拡散層、 ２４ フォトダイオード、 ２５ 転送トランジスタ、 ２６、２６ａ、２６ｂ サンプルホールドトランジス
タ、 ２７ リセットトランジスタ、 ２８ 増幅トランジスタ、 ２９ アドレストランジスタ、 ３０ 垂直信号線、 ３１ 配線、 ３２、３２ａ、３２ｂ サンプルホールドコンデンサ、 ３３、３３ａ、３３ｂ 信号線、 ３５ 水平選択トランジスタ、 ３６ 水平シフトレジスタ（Ｈ系シフトレジスタ）、 ３７ リセット線、 ３８ａ、３８ｂ サンプルホールドトランジスタ制御
線、 ３９ 水平アドレス線、 ４０ 垂直シフトレジスタ（Ｖ系選択回路）、 ４１ パルス発生回路、 ４７ 差分回路。
タ、 ２７ リセットトランジスタ、 ２８ 増幅トランジスタ、 ２９ アドレストランジスタ、 ３０ 垂直信号線、 ３１ 配線、 ３２、３２ａ、３２ｂ サンプルホールドコンデンサ、 ３３、３３ａ、３３ｂ 信号線、 ３５ 水平選択トランジスタ、 ３６ 水平シフトレジスタ（Ｈ系シフトレジスタ）、 ３７ リセット線、 ３８ａ、３８ｂ サンプルホールドトランジスタ制御
線、 ３９ 水平アドレス線、 ４０ 垂直シフトレジスタ（Ｖ系選択回路）、 ４１ パルス発生回路、 ４７ 差分回路。
Claims (10)
- 【請求項１】 半導体基板上に、受光手段と、この受光
手段で検出された信号を増幅する増幅手段と、そのセル
を選択する選択手段と、上記受光手段をリセットするリ
セット手段とを有する単位セルを行列２次元状に配列し
て成る固体撮像装置に於いて、 上記単位セルは上記受光手段で受けた光量に応じた信号
を保存する記憶手段を少なくとも２つ有し、 上記半導体基板は第１導電型で構成されるもので、上記
少なくとも２つの記憶手段に記憶された信号の差を検出
する差分検出手段を有し、 上記受光手段は上記第１の導電型と反対の第２導電型の
第１の拡散層領域で構成され、 上記少なくとも２つの記憶手段は第２導電型の第２の拡
散層領域で構成され、 上記記憶手段の第１の拡散層領域は上記受光手段の第１
の拡散領域の中心に対して対称な位置に配置されている
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項２】 上記受光手段はフォトダイオードで構成
され、上記増幅手段は増幅トランジスタで構成され、上
記リセット手段はリセットトランジスタで構成され、上
記少なくとも２つの記憶手段はコンデンサで構成される
もので、 上記フォトダイオードは上記増幅トランジスタのゲート
に接続され、上記少なくとも２つのコンデンサはそれぞ
れの一方の電極が上記増幅トランジスタに接続され、他
方の電極が接地されることを特徴とする請求項１に記載
の固体撮像装置。 - 【請求項３】 上記受光手段はフォトダイオードで構成
され、上記増幅手段は増幅トランジスタで構成され、上
記リセット手段はリセットトランジスタで構成され、上
記少なくとも２つの記憶手段はコンデンサで構成される
もので、 上記フォトダイオードは上記増幅トランジスタのゲート
に接続され、上記少なくとも２つのコンデンサはそれぞ
れの一方の電極が上記増幅トランジスタに接続され、他
方の電極がパルス入力手段に接続されることを特徴とす
る請求項１に記載の固体撮像装置。 - 【請求項４】 上記少なくとも２つのコンデンサは容量
が上記フォトダイオードの容量よりも小さいことを特徴
とする請求項２若しくは３の何れかに記載の固体撮像装
置。 - 【請求項５】 半導体基板上に、受光手段と、この受光
手段からの信号を転送して信号電荷を検出する検出手段
と、この検出部で検出された信号を増幅する増幅手段
と、そのセルを選択する選択手段と、上記受光手段をリ
セットするリセット手段とを有する単位セルを行列２次
元状に配列して成る固体撮像装置に於いて、 上記検出手段は直列接続された第１及び第２の検出手段
から成り、 上記第１の検出手段と第２の検出手段の間に接続された
記憶手段を具備し、 上記リセット手段は上記増幅手段及び記憶手段をもリセ
ットすることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項６】 半導体基板上に、フォトダイオードと、
このフォトダイオードからの信号を転送する転送トラン
ジスタと、この転送トランジスタで転送された信号電荷
を検出する検出トランジスタと、この検出トランジスタ
で検出された信号を増幅する増幅トランジスタと、その
セルを選択する選択トランジスタと、上記フォトダイオ
ードをリセットするリセットトランジスタと、上記フォ
トダイオードで受けた光量に応じた信号を保存するサン
プルホールドコンデンサを有する単位セルを行列２次元
状に配列して成る固体撮像装置に於いて、 上記転送トランジスタを介して上記フォトダイオードに
接続されるスライストランジスタと、 その電極の一端が上記スライストランジスタのソース・
ドレイン領域の一端に、他端がパルス回路に接続される
スライスコンデンサとを具備し、 上記スライストランジスタのソース・ドレイン領域の他
端が上記検出トランジスタを介して上記増幅トランジス
タのゲートに接続され、上記検出トランジスタと上記増
幅トランジスタとの接続部に上記サンプルホールドコン
デンサの一端が接続され、上記転送トランジスタとスラ
イストランジスタのゲートとの接続部に上記リセットト
ランジスタが接続されることを特徴とする固体撮像装
置。 - 【請求項７】 半導体基板上に、フォトダイオードと、
このフォトダイオードからの信号を転送する転送トラン
ジスタと、この転送トランジスタで転送された信号電荷
を検出する検出トランジスタと、この検出トランジスタ
で検出された信号を増幅する増幅トランジスタと、その
セルを選択する選択トランジスタと、上記フォトダイオ
ードをリセットするリセットトランジスタと、上記フォ
トダイオードで受けた光量に応じた信号を保存する第１
のコンデンサを有する単位セルを行列２次元状に配列し
て成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に接続された上記第１の
コンデンサとは異なる第２のコンデンサを具備し、 上記第１のコンデンサはその一端が上記転送トランジス
タを介して上記フォトダイオードに、他端が上記検出ト
ランジスタを介して増幅トランジスタのゲートとに接続
され、上記フォトダイオードが上記リセットトランジス
タに接続されることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項８】 半導体基板上に、受光手段と、この受光
手段で検出された信号を増幅する増幅手段と、そのセル
を選択する選択手段と、上記受光手段をリセットするリ
セット手段と、上記受光手段で受けた光量に応じた信号
を保存する少なくとも２つの記憶手段とを有する単位セ
ルを行列２次元状に配列して成る固体撮像装置に於い
て、 上記受光手段の動作中に上記記憶手段の選択を行うこと
を特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項９】 上記記憶手段は、上記受光手段が受ける
背景光の信号光量が多い場合には蓄積時間を短くし、上
記背景光の信号光量が少ない場合には蓄積時間を長くす
ることを特徴とする請求項８に記載の固体撮像装置。 - 【請求項１０】 半導体基板上に、受光手段と、この受
光手段で検出された信号を転送する転送手段と、この転
送手段で転送された信号を増幅する増幅手段と、そのセ
ルを選択する選択手段と、上記受光手段をリセットする
リセット手段と、上記受光手段で受けた光量に応じた信
号を保存する少なくとも２つの記憶手段とを有する単位
セルを行列２次元状に配列して成る固体撮像装置の駆動
方法であって、 上記転送手段及び上記リセット手段をオンして上記受光
手段及び記憶手段に電荷を注入する第１のステップと、 上記記憶手段に注入された電荷を排出する第２のステッ
プと、 上記転送手段をオンしたまま上記受光手段で検出された
信号を上記記憶手段に転送する第３のステップと、 上記記憶手段に蓄積された電荷を読出す第４のステップ
とを具備することを特徴とする固体撮像装置の駆動方
法。
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