JPS62154981A

JPS62154981A - 固体撮像素子

Info

Publication number: JPS62154981A
Application number: JP60292900A
Authority: JP
Inventors: Toshibumi Ozaki; 俊文尾崎; Shinya Oba; 大場　信弥; Masaaki Nakai; 中井　正章; Haruhisa Ando; 安藤　治久; Hajime Akimoto; 肇秋元
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-12-27
Filing date: 1985-12-27
Publication date: 1987-07-09
Anticipated expiration: 2011-09-11
Also published as: JP2532374B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、高感度、低スメア、高解像度を実現するのに
好適なＭＯ８型固体撮像素子に関４−るものである。

〔発明の背景〕

従来、２次′元固体撮像素子の代表的な−・種としてＭ
Ｏ８型固体撮像素子が知ら才している（Ｍ、　Ａｏｋｉ
ｅｔ　ａｌ：　アイニスニスシーシー・ダイジエス１−
・オブ・テクニカル・ペーパーズ、ｐ２６、Ｆｏｌｄ、
　ｌ　’Ｊ、１９８０）。上記素子は第６図に示すよう
な回路構成によっている。第６図において、１は２次元
状に配置されて光電変換を行うホトダイオード、２は各
行を選択する垂直走査回路、：３は−１−１記垂直走査
回路からの選択信号を各垂直スイッチに導く垂直ゲート
線、４は一ヒ記垂直走査回路からの選１ノ（信号により
開閉する垂直スイッチ、５は各行の選υ（を行う水平走
査回路、６は水平走査回路からの選択信号により開閉す
る水平スイッチ、７は素子外部の増幅回路、８は垂直信
号線である。上記回路は３一つぎの動作を行う。まず、水平ブランキング期間中に、
垂直走査回路２により選択された行の垂直ゲート線３の
電圧が高くなり、垂直スイッチ４が開き、信号電荷がホ
トダイオード１から垂直信号線８に送られる。その後、
水平走査期間においては、水平走査回路５が動作し水平
スイッチ６が順次開閉し、信号電荷は順次素子外部の増
幅器７により増幅され出力される。

上記のＭＯ８型固体撮像素子は、他の代表的な２次元固
体撮像素子の一種であるＣＣＤ型固体撮像素子に較べ、
ホトダイオード１と垂直スイッチ４よりなる受光部の構
造が簡単であるために、光利用率が高く、かつ高い歩留
りが得られる。しかしながら、雑音が大きく、信号対雑
音比（以下Ｓ／Ｎ比という）が低い。

一方、全ての固体撮像素子は、明るい被写体を写したと
きに再生画の上下に白く尾を引く垂直スメア現象が生じ
、高照度における画像劣化の要因になる。

また、テレビジョンシステムは今後高精細化の＝４一方向をとり、その−例として走査線数が１１２５本で、
画面の縦横比が３対４の方式が注［１されている。

上記方式を用いたシステムには、信号４１Ｖ域幅がＯ〜
３０　Ｍ　Ｈｚのテレビジョンカメラを使用する必要が
ある（熊田：テレビジョン学会、１９８２年全国大会Ｓ
　Ｐ　１．−１、ｐ、３７３）、−上記カメラに用いら
オしる固体撮像素子には６０ＭＨｚ以−にの走査速度が
要求され、従来のＭＯＳ型素子やＣＣＴ）型素子では、
実験の結果、現状技術で実現するのが困髪である。

〔発明の目的〕

本発明は、ＭＯ３型固体撮像素子の高いイｒ１号利用率
と高歩留りを保ちながら、雑音およびスメアの低減をは
かり、高速走査が可能な信号読出し方法を実現し、高Ｓ
／Ｎで高解像度を有する固体撮像素子を得ることを目的
とする。

〔発明の概要〕発明者等の検討によれば、ＭＯ８型固体撮像素子の主雑
音源の１つは、水平スイッチの熱雑音により発生するｋ
ＴＣ雑音である６−に記雑音は、水平スイッチが開閉す
る際に、水平スイッチの熱雑音により垂直信号線のリセ
ット電位がゆらぐことによって発生ずる。ｋＴＣ雑音は
ＣＣＤ型固体撮像素子の出力部において発生するリセッ
ト雑音と同種のものである。ＣＯＤ素子においては、上
記雑音を低減するために、相関２重サンプリング法（Ｍ
、　Ｈ，ＷＨＩＴＥ　ｅｔ　ａｌ、　：ジャーナル・オ
ブー’／リッドステイｈ　・サーキット、ｖｏｌ、　５
Ｃ−９、Ｎｏ、１゜ｐｉ−１２、Ｆｅｂ、　１９７４）
が広く用いられテイル。本発明は上記相関２重サンプリ
ング法を行う回路をＭＯ３型固体撮像素子の各垂直信号
線ごとに設け、水平スイッチの熱雑音により発生するｋ
ＴＣ雑音を抑圧するものである。このため本発明は、同
一半導体基板上に、２次元状に配列された光電変換素子
と、該光電変換素子を選択するための垂直走査回路なら
びに水平走査回路と、上記垂直走査回路の選択信号によ
り開閉し、一端が上記光電変換素子に接続される垂直ス
イッチと、該垂直スイッチの一端をつなぐ垂直信号線よ
りなる固体撮像素子において、上記垂直信号線ごとに該
垂直信号線をリセットするリセットスイッチを備え、リ
セット後の空の上記垂直信号線電位と、信号がある場合
の上記垂直信号線電位との差を検知する手段を設けたこ
とにより、まず垂直信号線をリセット雑音てｋＴＣ雑音
だけを出力し、つぎに（ｉ１号・電荷をホトダイオード
より垂直信号線に送り、ｋ　７丁’　Ｃ雑音が重畳さ九
た信号を出力し、上記２つの差をとることにより真の信
号を出力するものである。

ところで、ＭＯ８型固体撮像素子の垂直スメアは、１水
平走査期間中に光の漏れ込み等により垂直信号線に余分
な電荷が発生し、信号電荷に混入するために生じる。上
記の本発明による素子においては、垂直信号線のリセッ
ト後にｐ号電荷をホトダイオードから垂直信号線に送る
ために、スメアの信号が混入する時間は、従来に比し１
／２ｏ〜１／６０に低減することができ、したがってス
メアを減少させることができる。

一方、垂直スメアを低減する非常に有効な手段として、
小沢他の１９８４９８４年テレビジボン国大会予稿集、
３−１５、ｐｐ６７に記載されているスメア差動方式が
ある。本発明のもう−っの主旨は１．ｌニア− 記スメア差動方式を行う回路を各垂直信号線ごとに設け
ることにある。このため、まず垂直スメアだけを出力し
、つぎに垂直スメアの重畳された信号電荷を読み出し、
これら２つの差をとることにより信号電荷を出力する。

上記本発明の素子を実現するためには、各垂直信号線の
電位を検知増幅する増幅回路が不可欠となる。しかし、
各垂直信号線に設けられる増幅器の利得は、半導体製造
工程におけるばらつきのために各垂直信号線ごとに均一
にならない。その結果、固定バタン雑音といわれる縦筋
状の雑音が発生し、高Ｓ／Ｎを得ることが困難になる。

上記固定バタン雑音を抑圧するために、本発明の素子で
は各列ごとにＡ／Ｄコンバータを設け、Ａ／Ｄ変換に際
して各垂直信号線ごとに利得の補正を行う。

さらに、各列ごとにＡ／Ｄコンバータを設けた結果、各
垂直信号線ごとの信号出力はデジタル値として出力バッ
ファメモリに蓄えられる。素子外部への信号出力は、上
記出力がバッファメモリを順次アクセスしてなされるが
、デジタル系であるために容易に高速化が図れ、高速走
査に適し、ている。

〔発明の実施例〕

つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する。

第１図は本発明による固体撮像素子の一実施例を示す回
路構成図、第２図は上記実施例のダブルサンプリング回
路とスメア差動回路おＪ：びＡ　／　Ｉ）変換回路を示
す回路図、第３図は上記各回路の１駆動パルスタイミン
グ図、第４図は上記実施例の出力がバッファおよび利得
補正回路を示す回路図、第５図は上記回路の駆動パルス
タイミング図である。

なお、説明を簡単にするために第１図は３×４のホトダ
イオ−ヒマ１−リツクスだけを示し、第２図および第４
図には例えば第１−図に破線で囲む］４列分の回路だけ
を示し、また素子外部への出力信号は３ビツト、補正信
号は２ビツトの場合を示している。

第１図において、１は２次元状に配置したホトダイオー
ド、２は各行を選択する垂直走査回路、３は垂直ゲート
線、４は垂直スイッチ、５は各列の選択を行う水平走査
回路、８は垂直（ｒｔ号線、２１ばに、　Ｔ　Ｃの雑音
抑圧を行うダブルサンプリング回路とスメア抑圧を行う
スメア差動回路、２２はＡ／Ｄ変換回路、２３は出力バ
ッファと利得補正回路である。上記２Ｉおよび２２の詳
細図である第２図において、Ａは垂直信号線８に接続さ
れ、Ｂ、Ｃ，Ｄは上記２３の詳細図である第４図のＥ、
Ｆ、Ｇにそわぞれ接続される６第２図における３１は垂
直信号線電位をリセットするためのリセットスイッチ、
３２は垂直信号線８の電位変動を検知増幅するための増
幅器で、３３．３７．３９はそれぞれ増幅器を示し、３
４．３８．４０はそれぞれ増幅器３３．３７．３９を自
己バイアスするためのスイッチ、３５．４１はバッファ
増幅器、３６はバッファ増幅器３５の入力にＡ／Ｄ変換
のための参照電圧を与えるスイッチ、４２および４３は
第４図に示す利得補正回路からの信号により開閉するス
イッチ、４５．４６．４７．４８はそれぞれ信号を伝達
するための容量、４９．５０は利得補正のため参照電圧
を伝達する容量をそれぞれ示している。

」二記各増幅器３２．３３．３７．３９．４１の利得を
それぞれＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ９、Ｇ、とする。

第３図の駆動パルスタイミング図の（ａ）〜（、ｊ）に
示す各記号は、第２図における各端子の記号に対応して
おり、ＨＢＬは水平ブランキング期間を示す。

水平ブランキング期間に入ると、まずスメア信号の読み
出しが行われる。Ｓ〕〜Ｓ５の電位が高くなり、スイッ
チ３１．３４．３６．３８．４０が開く。この時、スメ
ア等の垂直信号線８に蓄えらＪｌ、た擬似信号はスイッ
チ３１を通じて素子外部に掃き出され、垂直信号線８は
端子Ｒにかかる電圧Ｖｖにリセットされる。また、増幅
器３５の入力端子は参照電圧Ｖ　ＲＥＦＰにリセットさ
れる（第３図、し＝鬼、１）。

つぎにスイッチ３１が閉じ、ｋＴＣ雑音により垂直信号
線電位はＶｎだけゆらぐ（第７１図、１：＝１２）。

この後ある時間遅れののちスイッチ３／Ｉが閉じ、増幅
器３３が活性化され、この時刻以降の重ｌ直信号線の電
位変動が増幅器３３の出力端に（Ｅ　、　Ｇ　２倍され
て表われる（第３図、１＝１．）。この後’、Ｉｒ　ｓ
−＋だけ時間が経過したのちスイッチ３６が閉じ、増幅
器３５が活性化され、この時刻以降の増幅器：（３の出
力端の電位変動が増幅器３３の出力端にＧ□倍されて表
われる。一方、時刻も、以降の垂直信号線電位変動は、
スメア電荷の発生による電位変動だけである。

したがってスイッチ３６が閉じた時点においては、増幅
器３３の出力端の電位変動Δ■２は（１）式になる。

ΔＶ２＝Ｇ１ＧｚＶｓｎＴｓ□・・’−・・＝＝　（１
）ここにｖＳｎは単位時間当りのスメア電荷による垂直
信号線電位変動を示す。すなわち、ｋＴＣ雑音が混入し
ないスメア信号だけを得ることができ、ダブルサンプル
が達成されていることになる（第３図、１＝１４）。

つぎに同様にして信号電荷の読み出しが行われる。すな
わち、スイッチ３１が再び開閉して垂直信号線がリセッ
トされ、その後スイッチ３４が閉じたのち、ある垂直ゲ
ート線（第１図、３）の電位が高くなり、ホトダイオー
ド（第１図、１）より垂直信号線８に信号電荷が送られ
る。スイッチ３４が閉じて時間Ｔｓ□を経たのちスイッ
チ３８が閉じ、増幅器３７が活性化され、この時刻以降
の増幅器３５の出力端子の電位変動が０４倍されて増幅
器３７の出刃端子に表われる。この後ある時間遅れてス
イッチ４０が閉じ、増幅器３９も活性化される。

スイッチ３８が閉じた時点における増幅器３３の出力端
子の電位変動Δ■、′は（１）式と同様にっぎのように
なる。

ΔＶ２’　＝　Ｇ、、　０２　（Ｖ　ｓｍＴ　ｇ□十Ｖ
　Ｊ　・・・（２）ここにＶｓは信号電荷による垂直（
Ｐｉ号綿線電位変動示す。すなわち、ｋＴＣ雑音が混入
しない信号電荷にスメア電荷が加えられた信号が得られ
ることになる。この結果、時折電、４でスイッチ３６が
閉じてからの増幅器３５の出力端の電位変動Δｖ３は、
つぎに示す（３）式になる。

Δｖ３＝ＧｉＧ２Ｇ３（ｖｓＩ、１（Ｔｓ□−Ｔｓ、）
→−ｖ＊）＝−（３）ここでＴ　ｓ１＝　Ｔ　Ｇ２とす
れば増幅器３５の出力端の電位変動Δｖ３は（４）式の
ようになる。

ΔＶ　ａ　”　Ｇ　ｔ　Ｇ　２　Ｇ　３　Ｖ　＊　　・
・・・・・・・・・・・・・・（４）すなわち、ｋＴＣ
雑音もスメア信号も混入しない真の信号成分を増幅する
ことができ、スメア差動が達成されていることになる（
第３図、ｌ；＝ｔ、）。

その後、水平走査期間に入るとＡ／Ｄ変換が実行される
。まず、増幅器３２．３３が非動作状態になる。こ訊は
各増幅器３２．３３の電源を低レベルにすることにより
達成される。その後、Ｓ３端子にかかる電圧が高レベル
となり、スイッチ３６が開きＲＥ　Ｆ１端子に参照電圧
Ｖ　ＲＥＦＰがかかりスイッチ３６が閉じる（第３図、
１＝１Ｇ）。この時、増幅器３５の出力端の電位は信号
読み出し終了時点（第３図、ｔ＝ｔ、）に比し、　０１
Ｇ　２　Ｇ　３　Ｖ　ｓだけ変化する。この結果、増幅
器４１の出力端子の出力はＧ　４．０２　Ｇ　３Ｇ　４
０　ｓ　Ｇ　６Ｖ　ｓだけ変化する。その後、ＲＥＦＰ
端子にかかる参照電位をＶ　ＲＥＦＰより階段波状にＡ
ＶＲＥＦＰずつ上げてゆくと、増幅器４１の出力電位変
動へｖ６は（５）式となる。

Δｖｅ＝Ｇ３ａ４ａｓａｂ（ｎΔＶＲＥＦｐ−ＧｔＧｚ
Ｖｓ）−（５）ここにｎはＲＥＦ　１端子にかかる電圧
がＶＲＥＦＰのときを０とし、以降階段波の１ステップ
ごとに１ずつ増加する整数である。したがって、０３Ｇ
４６５Ｇ６の値が十分に高ければ、つぎに示す（６）式
の時に、増幅器４１の出力は高レベルから低レベルに変
化する。

この信号を検知し、ｎのデジタル値をバッファメモリに
入れることにより、Ａ　／　ｉ）変換が完ｒする。

第４図において、５１はハ／Ｄ変換冊からのイ１ｉ号に
より開閉するスイッチ、５２はＡｌ１）変換の結果によ
り開閉するスイッチ、５３はＡｌ１）変換の結果をメモ
リ容量５４に転送するためのゲー１−１５５は水平走査
回路５の選択信号により開閉しメモリ容置５２の情報を
信号線５６に読み出すためのスイッチ、５７は信号線の
電位を検知し、メモリ容量中の情報の１．０を判別する
ためのセンスアンプ、５８は信号線をリセットするため
のプリチャージスイッチで、５７．５８は各行に１つず
つ設けられる。また５９はゲイン補正用情報を第２図中
のスイッチ４２．４３に伝達するためのスイッチ、６０
はノートとの電圧をリセットするためのスイッチである
。

第５図において、Ｄ１〜Ｄ　３．１゛Ｇ１、ｉ’　Ｇ　
２、ＰＣＩ、ＰＣ２は第４図中の各対応する端子を、φ
３、φ２は水平走査回路の走査パルス、Ｒ１ＲＥＦ　Ｐ
は第２図に対応する端子を示す。水平走査期間に入り、
Ａ／Ｄ変換の動作が始まると、まずＲＥＦ端子に参照電
圧Ｖ　ＲＥＦがかかる。この時、増幅器４１の出力は高
電圧となっており、スイッチ５１は開の状態となってお
り、端子Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３が低電圧となっているので、
ノードＸはすべて低電位になる（第５図（ａ）ｔ＝ｔ、
）。この後、端子ＲＥＦＰにかかる電圧が階段波状に変
化するとともに、端子Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３の電圧が階段波
のステップに応じて高低になる。なお、Ｄｌは最小ビッ
トを、Ｄ２が次のビットを、Ｄ３が最大ビットを示して
いる。階段波のステップ数ｎが（６）式になると、増幅
器４１の出力が高電圧から低電圧になり、スイッチ５１
が閉じる。この結果、ノードＸにはこの時の端子Ｄ１、
Ｄ２、Ｄ３の高低の電圧が保持されることになる（第５
図（ａ）ｔ＝ｔ７）。この時刻以降、ＲＥＦＰの電圧は
増加し、また端子Ｄ１、Ｄ２の電圧を変化し続けるが、
増幅器４１の出力は低電圧のままであるので、スイッチ
５１は閉じたままになる。この結果、Ａ／Ｄ変換の結果
がノードＸの高低の電圧としてｔ；）らＫることになる
。このＡ／Ｄ変換の結果はっぎの水平走査期に入る前に
転送ゲート５３が開き、メモリ容−：ｈｆ：５４に転送
される。すなわち端子Ｖｃｃには高電圧ががかっている
ので、ノードＸの電圧が高電圧の時にはスイッチ５２が
開き、メモリ容には高電圧どなる（第６図（ａ）ｔ＝ｔ
、）。つぎの走査期間には、メモリ容量５４に保持され
た情報が順次読み出される。すなわち、水平走査回路５
のパルスφ□に同期して選択信号が送られ、ある列のス
イッチ５５が開き、メモリ容量中の信号電荷が信号線５
６に読み出されるとともに、メモリ容量５４が低電圧に
リセットされる。信号線に読み出された電荷はセンスア
ンプ５７により検知され、素子外部に読み出される。こ
の後、水平走査回路の他のパルスφ、に同期して、スイ
ッチ５８が開き４４号線が端子■、。の電圧にプリチャ
ージされ、つぎの信号読み出しが可能な状態になる（第
５図（ａ）　１；　＝　ｔ；、）。

上記で光信号を読み出ずための動作が終了するが、つぎ
に利得補正のための動作について述べる。

光信号のデジタル値を示すｎの数は（６）式で与えられ
る。従って、利得Ｇ１、Ｇ２がばらつくと同一のＶｓで
あってもｎの数が異なる結果になり、縦縞状の固定バタ
ン雑音といわれる雑音が生じる。

そこで参照電圧のステップの大きさを各列ごとに変化さ
せることにより、このゲインの補正を行い、固定バタン
雑音を抑圧する。このため、第２図における４２．４３
のスイッチ、４９．５０の容量ならびに第４図における
５９．６０のスイッチが付加される。

垂直ブランキング期間において、まず、ＰＣ２端子に高
電圧がかかり、スイッチ６０が開き、ノードＹがＶ　ｓ
　ｓの低い電圧になる（第５図（ｂ）ｔ＝ｔＪ。つぎに
第３図と同様な動作が生じる。しかし、この時に光信号
を読み出すかわりに、信号読み出し時に、Ｒ端子の電圧
をスメア読み出し時の電圧ｖｖに比しΔＲだけ変化させ
る（第５図（ｂ）＋：　＝　１　、。）。Ｒ端子の変動
は光信号と同様に増幅器により増減され、Ａ／Ｄ変換が
なされる。この時Ａ／Ｄ変換に際しては変換のはじめの
ＲＥＦ端子にかかる参照電圧をＶＲＥＦＰ＋ＮΔＶ　Ｒ
ＥＦＰとする。

ここにＮはＡ／Ｄ変換の最大ステップ数夕示ず。

ＰビットのＡ／Ｄ変換を行う場合には２Ｆどなる（第５
図（ｂ）　ｔ＝ｊ、１）。以降ＶＲＥＦＩ’がΔＶＲＥ
ＦＰだけづつ階段波状に増加し、Ａ　／　Ｔ、）変換が
なさ］ル（７）式で示すｍの値を得る。

すなわち、ΔＲの増幅された信号Ｇ　１．　Ｇ　７Δ１
くの参照電圧の最大変化値ＮΔＶ　ＲＥＦｐの差を電圧
きざみΔＶＲＥＦＰで割ったものが得られる。今、ΔＲ
をｍが０になるように（８）式のように選ぶ。

この時、ある列の利得がｄＧ、、ｃ１０２だζづ他の列
に比し大きいとすると、（９）式の利１１）補正信号ｍ
を得ることができる。

Ａ／Ｄ変換が終了すると、ｍの値はノードＸの電圧の高
低としてデジタル値で保持されている。この値を端子Ｔ
Ｇ２の電圧を高くすることにより、ゲート５９を開きノ
ードＹに転送する。この結果。

利得補正信号ｍの値に応じ、スイッチ４２．４３が開く
か閉じるかすることになり、利得補正の準備が完了する
（第５図（ｂ）　ｊ；＝ｔ、２）。

さてこの状態で、信号のＡ／Ｄ変換が行われる時に、Ｒ
ＥＦＰの電圧ばかりでなく、ＲＥＦＩ、ＲＥ　Ｆ　２（
７）電圧も同時ニＡ　ＶＲＥＦ２、ΔＶ　ＲＥＦ３だけ
階段波状に変化させる。この電圧変動は容量４９．５０
を介して増幅器３７の入力端子電圧の変化となって顕さ
れる。この結果、増幅器４１の出力電位変動Δｖ６′は
（１０）式となる。

Ｇ、ｃＰ ΔＶ、’＝Ｇ４．Ｇ、、ＧＧ（ｈ（□ΔＶＲＥＦＦｃｐ
＋Σａｉｃｉｉモ１ｃｐ＋、Ｅ　ａＩｃ；ｃＰ６　ａ；ｃ＋ここでＣ２は容量４７の値、ｃＢ（ｉ＝１．２）は容量
４９．５０の値、ａ；　（ｉ＝１．２）はｍのデジター
２０＝ル値により１かＯの値をとる。従って得られるｎ′の値
は（１１）式となる。

利得のばらつきがない場合にはｎ＋＝ｏ（，１＝１−ｑ
）であるから（１１）式は（６）式と同じでてば利得の
ばらつきによらず、正しいΔ／Ｄ変換の結果を得ること
ができる。

一方、（９）式より（１３）式が成立する。

従って、各参照電圧を増幅器３７の入力端に入力する容
量粘ならびに参照電圧のステップＡＶ　ＲＥ　Ｆ　ｉ間
ならびに利得Ｇ２の間に（１４）式の関係が成立てば、
利得補正ができることになる。

すなわち、容量ｃｉをｃＰの２′１だけ小さくするが、
参照電圧ΔＶＲＥＦｉをΔＶＲＥＦＰ（７）　２　’−
ｐ　　だけ小さくするか、Ｇ３を２′−１倍とするかの
３つのうちいずれか、もしくはその組合わせにより（１
４）式を成立させればよいことになる。なお、以上の利
得補正は、ゲインが正方向にばらついた場合だけしか実
現できないが、Ｒ端子にかける電圧を十分に大きくとり
、利得０１Ｇ２が最小である列について（８）式が成立
つようにすれば、常に可能である。また、正、負のどち
らのばらつきも補正するようにすることもできる。

上記実施例は列ごとにダブルサンプリング回路を設ける
ことにより、垂直信号線のリセットによるｋＴＣ雑音が
信号に混入せず、高感度となり、また、列ごとにスメア
差動回路を設けることにより、スメアは信号に混入せず
低スメアになる。さらに列ごとにＡ／Ｄ変換回路を設け
ているために、デジタル値を読み出すことができ、高速
走査に適し、高解像度化が容易である。さらにまた、列
ごとに増幅器を設け、ランダム雑音を低減できる反面、
逆に問題点となる増幅器の利′４１）ばに、つきを、Ａ
／Ｄ変換の際の参照電圧のステップをデジタル的に補正
することにより、この利１！トばらつきに補正すること
が可能である。

〔発明の効果〕

上記のように本発明による固体ＩＲ像素−ｒ−は、同一
半導体基板上に、２次元状に配列さ」した光電変換素子
と、該光電変換素子を選択するための垂直走査回路なら
びに水平走査回路と、１−記屯直走査回路の選択信号に
より開閉し、一端が−（−記＞’ｔ；ｉｔ変換素子に接
続さ九る垂直スイッチと、該東面スイッチの一端をつな
ぐ垂直イ、−１号・線よりなる固体撮像素子において、
」二記垂直借り）線ごとに該垂直信号線をリセットする
りセッＩ〜スイッチを備え、リセット後の空の上記垂直
信号線電位と、イｔｉ号・がある場合の上記垂直信号線
電位との差を検知する手段を設け、また、−に記垂直信
号線ごどにスメア信号と該スメア信号が混入した信号と
の差を検知する手段を設け、さらに、上記垂直（Ｍ綿線
ごとにアナログ信号をデジタル信号に変換する回路を設
けたことによって、ＭＯ８型固体撮像素子の受光部の構
成を変えることなく、雑音を低減し、スメアを原理的に
なくし、またデジタル値を走査して高速走査が可能とな
るので、高Ｓ／Ｎで低スメア、かつ高解像度である固体
撮像素子を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による固体撮像素子の一実施例を示す回
路構成図、第２図は上記実施例のダブルサンプリング回
路とスメア差動回路およびＡ／Ｄ変換回路を示す回路図
、第３図は上記各回路の駆動パルスタイミング図、第４
図は上記実施例の出カバソファおよび利得補正回路を示
す回路図、第５図は上記回路の駆動パルスタイミング図
、第６図は従来のＭＯ８型固体撮像素子の回路構成図で
ある。１・・・光電変換素子　　　２・・・垂直走査回路３・
・・垂直ゲート線　　　４・・・垂直スイッチ５・・・
水平走査回路　　　８・・・垂直信号線２１・・・ダブ
ルサンプリング回路２２・・・Ａ／Ｄ変換回路　　２３・・・出力バッファ
３１・・・リセットスイッチ　３２．３３．３７．３９
・・・増幅器３５．４１・・・バッファ増幅器３４．３６．３８．４０．４３．５１．５２．５８．６
ｏ・・・スイッチ５７・・・センスアンプ　　　５９・
・・ゲート代理人弁理士　　中　村　純之助ｔ１図１：光１【変換車）　　２：章直尭ｉ回路　　３：垂直
゛デ斗恥腎４：垂直又イ、・す５：永平貝ビ虹回了各　
８：垂直石１号−Ｌ！　　　２１：タ゛プル１；ブリシ
ブ°目子各２２　：　Ａ／ｃ変埃回路　　２３：阻カバ
い、フ７　　　３１’に一斗スイッチ３２．３３．３７
．３９：↓會幅奏　　３５．４１バ、、フ、ゼＷ＋晶Ａ
艮３４．３６．３８．４０．４３．５１．５２，５８．
６０：又イ、、４−　５’７：でシス冗７デ５９：テー
ト矛２図２４　図矛５図（Ｑ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）同一半導体基板上に、２次元状に配列された光電
変換素子と、該光電変換素子を選択するための垂直走査
回路ならびに水平走査回路と、上記垂直走査回路の選択
信号により開閉し、一端が上記光電変換素子に接続され
る垂直スイッチと、該垂直スイッチの一端をつなぐ垂直
信号線とによりなる固体撮像素子において、上記垂直信
号線ごとに該垂直信号線をリセットするリセットスイッ
チを備え、リセット後の空の上記垂直信号線電位と、信
号がある場合の上記垂直信号線電位との差を検知出力す
る手段を備えたことを特徴とする固体撮像素子。
（２）同一半導体基板上に、２次元状に配列された光電
変換素子と、該光電変換素子を選択するための垂直走査
回路ならびに水平走査回路と、上記垂直走査回路の選択
信号により開閉し、一端が上記光電変換素子に接続され
る垂直スイッチと、該垂直スイッチの一端をつなぐ垂直
信号線とによりなる固体撮像素子において、上記垂直信
号線ごとにスメア信号とスメア信号の混入した信号との
差を検知し出力する手段を設けたことを特徴とする固体
撮像素子。
（３）同一半導体基板上に、２次元状に配列された光電
変換素子と、該光電変換素子を選択するための垂直走査
回路ならびに水平走査回路と、上記垂直走査回路の選択
信号により開閉し、一端が上記光電変換素子に接続され
る垂直スイッチと、該垂直スイッチの一端をつなぐ垂直
信号線とによりなる固体撮像素子において、上記垂直信
号線ごとにアナログ信号をデジタル信号に変換する回路
を設けたことを特徴とする固体撮像素子。
（４）上記デジタル信号は、上記アナログ信号を逐次階
段波状の参照電圧と比較することにより、変換するもの
であることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載し
た固体撮像素子。
（５）上記垂直信号線は、垂直信号線ごとの電位変動を
検知増幅する増幅器を設けたものであることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載
した固体撮像素子。
（６）上記垂直信号線は、与えられた比較電位差により
、上記比較電位差の増幅後の出力を出力側の比較電位差
と比較することにより、上記増幅器の利得ばらつきを検
知し、検知結果にもとづき上記利得ばらつきを補正する
手段を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第５項に
記載した固体撮像素子。
（７）上記利得ばらつきは、上記垂直線ごとにアナログ
出力を逐次階段波状の参照電圧と比較することにより、
デジタル変換する回路を設け、上記階段波の１ステップ
を利得ばらつきの検知結果をもとに、垂直信号線ごとに
変化させて補正したものであることを特徴とする特許請
求の範囲第６項に記載した固体撮像素子。