JPH0622221A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPH0622221A JPH0622221A JP4172264A JP17226492A JPH0622221A JP H0622221 A JPH0622221 A JP H0622221A JP 4172264 A JP4172264 A JP 4172264A JP 17226492 A JP17226492 A JP 17226492A JP H0622221 A JPH0622221 A JP H0622221A
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- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 6
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- 239000006185 dispersion Substances 0.000 abstract 1
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Landscapes
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 センサ段トランジスタのエミッタの蓄積期間
中の寄生容量ＣP を最小化にした順バイアス蓄積型の固
体撮像装置を提供する。 【構成】 センサ段のトランジスタのエミッタ端子の後
段には、唯１つだけのスイッチが配置接続され、前記ス
イッチはセンサトランジスタの順バイアス蓄積期間中、
オフ状態にあるようにした順バイアス蓄積型の固体撮像
装置。
中の寄生容量ＣP を最小化にした順バイアス蓄積型の固
体撮像装置を提供する。 【構成】 センサ段のトランジスタのエミッタ端子の後
段には、唯１つだけのスイッチが配置接続され、前記ス
イッチはセンサトランジスタの順バイアス蓄積期間中、
オフ状態にあるようにした順バイアス蓄積型の固体撮像
装置。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば順バイアス蓄積
型のイメージセンサ（ＢＡＳＩＳ）等のような固体撮像
装置に関するものである。
型のイメージセンサ（ＢＡＳＩＳ）等のような固体撮像
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の順バイアス蓄積型ＢＡＳＩＳの基
本回路図とその駆動タイミング図を各々図１と図２に示
す。基本回路は、バイポーラタイプのホトトランジスタ
ＱHと、そのベースに接続されたｐＭＯＳトランジスタ
ＱPと、ＱHのエミッタに接続されたｎＭＯＳトランジス
タＱN1と、蓄積容量ＣT と、トランジスタＱHのエミッ
タと蓄積容量ＣTとをつなぐｎＭＯＳトランジスタＱN2
と、蓄積容量ＣTに接続されたｎＭＯＳトランジスタＱ
N3とで構成されている。さらに、ＣPはトランジスタＱH
のエミッタの寄生容量である。
本回路図とその駆動タイミング図を各々図１と図２に示
す。基本回路は、バイポーラタイプのホトトランジスタ
ＱHと、そのベースに接続されたｐＭＯＳトランジスタ
ＱPと、ＱHのエミッタに接続されたｎＭＯＳトランジス
タＱN1と、蓄積容量ＣT と、トランジスタＱHのエミッ
タと蓄積容量ＣTとをつなぐｎＭＯＳトランジスタＱN2
と、蓄積容量ＣTに接続されたｎＭＯＳトランジスタＱ
N3とで構成されている。さらに、ＣPはトランジスタＱH
のエミッタの寄生容量である。
【０００３】基本動作のタイミング・チャートと、トラ
ンジスタＱHのベース及びエミッタの典型的な電圧波形
を図２に示す。ここでは、基本動作のシーケンス、即ち
蓄積容量ＣT のリセット動作、クランプ・リセット、ト
ランジェント・リセット、順バイアス蓄積動作及び読み
出し動作が示されている。ＣTの リセット動作において
は、パルス信号ΦCRにより容量ＣT はｎＭＯＳのＱN3を
通して接地電位にされる。クランプ・リセット動作で
は、信号ΦBRSによりｐＭＯＳのＱpを通してバイポーラ
・ホトトランジスタＱHのベース電位はＶBBにクランプ
される。この時、ホトトランジスタＱHのエミッタはフ
ローティング状態に保たれている。引き続くトランジェ
ント・リセット動作（ｔF の期間）では、ホトトランジ
スタＱHのエミッタはｎＭＯＳトランジスタＱN1を通し
てエミッタ・リセット電圧ＶERにクランプされている。
この動作の時、ホトトランジスタＱHのベースはフロー
ティング状態にされており、したがってホトトランジス
タＱHのベース電圧ＶBはトランジェント・リセット期間
の終わりの時点で、ある一定の電圧ＶBiに収束する。こ
のよう子は図２に示されている。
ンジスタＱHのベース及びエミッタの典型的な電圧波形
を図２に示す。ここでは、基本動作のシーケンス、即ち
蓄積容量ＣT のリセット動作、クランプ・リセット、ト
ランジェント・リセット、順バイアス蓄積動作及び読み
出し動作が示されている。ＣTの リセット動作において
は、パルス信号ΦCRにより容量ＣT はｎＭＯＳのＱN3を
通して接地電位にされる。クランプ・リセット動作で
は、信号ΦBRSによりｐＭＯＳのＱpを通してバイポーラ
・ホトトランジスタＱHのベース電位はＶBBにクランプ
される。この時、ホトトランジスタＱHのエミッタはフ
ローティング状態に保たれている。引き続くトランジェ
ント・リセット動作（ｔF の期間）では、ホトトランジ
スタＱHのエミッタはｎＭＯＳトランジスタＱN1を通し
てエミッタ・リセット電圧ＶERにクランプされている。
この動作の時、ホトトランジスタＱHのベースはフロー
ティング状態にされており、したがってホトトランジス
タＱHのベース電圧ＶBはトランジェント・リセット期間
の終わりの時点で、ある一定の電圧ＶBiに収束する。こ
のよう子は図２に示されている。
【０００４】クランプ・リセット動作とトランジェント
・リセット動作の組み合わせはハイブリッド・リセット
動作と呼ばれる。順バイアス蓄積動作はこのトランジェ
ント・リセット終了と同時に始まる。蓄積動作(illumin
ated)中（図２のｔsの期間）、ホトトランジスタＱHの
ベースとエミッタはフローティングにされており、かつ
そのベース・エミッタ間は浅く順バイアスされている状
態にある。この蓄積動作の最初の段階において、図２に
示すようにエミッタ電圧は急激に上昇する。これはホト
トランジスタＱHが微小な寄生容量ＣP を短時間で充電
するためである。その結果、ベース電圧もベース・エミ
ッタ間の容量を通して正帰還が働き急激に上昇する。蓄
積動作期間中、光のまったくない状態、即ち暗(dark)状
態においても、ホトトランジスタＱHのベース及びエミ
ッタ電圧は図２に示すように少しずつ上昇する。これは
浅く順バイアスされたホトトランジスタＱHが寄生容量
Ｃpを充電し続けることによる。ホトトランジスタＱHに
光が入射すると、図２に示すようにベース電圧は直線的
に上昇し、エミッタ電圧もベース電圧に従って上昇す
る。
・リセット動作の組み合わせはハイブリッド・リセット
動作と呼ばれる。順バイアス蓄積動作はこのトランジェ
ント・リセット終了と同時に始まる。蓄積動作(illumin
ated)中（図２のｔsの期間）、ホトトランジスタＱHの
ベースとエミッタはフローティングにされており、かつ
そのベース・エミッタ間は浅く順バイアスされている状
態にある。この蓄積動作の最初の段階において、図２に
示すようにエミッタ電圧は急激に上昇する。これはホト
トランジスタＱHが微小な寄生容量ＣP を短時間で充電
するためである。その結果、ベース電圧もベース・エミ
ッタ間の容量を通して正帰還が働き急激に上昇する。蓄
積動作期間中、光のまったくない状態、即ち暗(dark)状
態においても、ホトトランジスタＱHのベース及びエミ
ッタ電圧は図２に示すように少しずつ上昇する。これは
浅く順バイアスされたホトトランジスタＱHが寄生容量
Ｃpを充電し続けることによる。ホトトランジスタＱHに
光が入射すると、図２に示すようにベース電圧は直線的
に上昇し、エミッタ電圧もベース電圧に従って上昇す
る。
【０００５】読み出し動作中（ｔR の期間）、ホトトラ
ンジスタＱHのエミッタと蓄積容量ＣT はｎＭＯＳトラ
ンジスタＱN2を通して接続されている。読み出し動作中
のベース及びエミッタ電圧の時間変化は図２に示されて
いる。読み出し動作の初期段階において、非常に短時間
のうちにエミッタ電圧は蓄積容量ＣT のリセット電位即
ち接地電位まで急激に降下する。この降下時間はＲon・
ＣP で与えられる。ここでＲonはｎＭＯＳトランジスタ
ＱN2のオン抵抗であり、エミッタの寄生容量Ｃ P は蓄積
容量ＣT に比べて非常に小さいため降下時間は非常に短
い時間となる。このエミッタ電圧の急激な下降はベース
・エミッタ間容量を通して容量結合によってベース電圧
を降下させる。しかしながら、ホトトランジスタは十分
な順バイアスがベース・エミッタ接合に印加されている
状態になっているので、上記のエミッタ電圧の急激な降
下の後に蓄積容量ＣT を十分なエミッタ電流で高速に充
電する。
ンジスタＱHのエミッタと蓄積容量ＣT はｎＭＯＳトラ
ンジスタＱN2を通して接続されている。読み出し動作中
のベース及びエミッタ電圧の時間変化は図２に示されて
いる。読み出し動作の初期段階において、非常に短時間
のうちにエミッタ電圧は蓄積容量ＣT のリセット電位即
ち接地電位まで急激に降下する。この降下時間はＲon・
ＣP で与えられる。ここでＲonはｎＭＯＳトランジスタ
ＱN2のオン抵抗であり、エミッタの寄生容量Ｃ P は蓄積
容量ＣT に比べて非常に小さいため降下時間は非常に短
い時間となる。このエミッタ電圧の急激な下降はベース
・エミッタ間容量を通して容量結合によってベース電圧
を降下させる。しかしながら、ホトトランジスタは十分
な順バイアスがベース・エミッタ接合に印加されている
状態になっているので、上記のエミッタ電圧の急激な降
下の後に蓄積容量ＣT を十分なエミッタ電流で高速に充
電する。
【０００６】その結果、蓄積容量ＣT には、それ以前の
蓄積期間中にホトトランジスタのベース上に発生した信
号電圧が読み出されることになる。この際、読み出され
る直前のベースに発生した信号電荷ｑB は、発生した信
号電圧をＶS 、ベース容量をＣB とすると、 ｑB ＝ＣB・ＶS
...............................（１） で与えられ、一方、読み出し後の容量ＣT 上に発生した
電荷ｑCTは、 ｑCT＝（ＣT ＋Ｃp）・ＶS
...............................（２） で与えられる。従って、読み出しの前後における電荷増
幅率βはｑCT／ｑB で与えられ、その値は、 ｑCT／ｑB ＝（ＣT ＋ＣP) ／ＣB
...............................（３） となる。すなわち、（ＣT ＋ＣP ）とＣB との容量比に
対応した電荷の増幅が行なわれることになる。
蓄積期間中にホトトランジスタのベース上に発生した信
号電圧が読み出されることになる。この際、読み出され
る直前のベースに発生した信号電荷ｑB は、発生した信
号電圧をＶS 、ベース容量をＣB とすると、 ｑB ＝ＣB・ＶS
...............................（１） で与えられ、一方、読み出し後の容量ＣT 上に発生した
電荷ｑCTは、 ｑCT＝（ＣT ＋Ｃp）・ＶS
...............................（２） で与えられる。従って、読み出しの前後における電荷増
幅率βはｑCT／ｑB で与えられ、その値は、 ｑCT／ｑB ＝（ＣT ＋ＣP) ／ＣB
...............................（３） となる。すなわち、（ＣT ＋ＣP ）とＣB との容量比に
対応した電荷の増幅が行なわれることになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の回路において、以下のような問題点がある。
図２に示したように、蓄積（ＳＴＯＲＡＧＥ）動作中、
トランジスタＱHのベースとエミッタとはともにフロー
ティングであり、かつベース・エミッタ間は浅く順バイ
アスされているため、たとえ暗状態においてもホトトラ
ンジスタの動作点は蓄積時間の増大とともに低 電流領
域側へ徐々に推移していく。
うな従来の回路において、以下のような問題点がある。
図２に示したように、蓄積（ＳＴＯＲＡＧＥ）動作中、
トランジスタＱHのベースとエミッタとはともにフロー
ティングであり、かつベース・エミッタ間は浅く順バイ
アスされているため、たとえ暗状態においてもホトトラ
ンジスタの動作点は蓄積時間の増大とともに低 電流領
域側へ徐々に推移していく。
【０００８】このような蓄積期間中に寄生容量ＣP へ充
電された電圧をＶP とすると、その電荷量ｑPは、 ｑP ＝ＣP ・ＶP
...............................（４） で与えられる。
電された電圧をＶP とすると、その電荷量ｑPは、 ｑP ＝ＣP ・ＶP
...............................（４） で与えられる。
【０００９】この際、ホトトランジスタＱHのベースで
は、ｑP ／ｈFEに相当する電荷ｑRが再結合効果により
失われる。ｈFEはホトトランジスタの増幅率である。従
って、トランジスタＱHのベースで失われる電圧ＶR
は、 ＶR ＝ｑR／ＣB＝（ｑP／ｈFE）・（１／
ＣB）...............................（５） となる。
は、ｑP ／ｈFEに相当する電荷ｑRが再結合効果により
失われる。ｈFEはホトトランジスタの増幅率である。従
って、トランジスタＱHのベースで失われる電圧ＶR
は、 ＶR ＝ｑR／ＣB＝（ｑP／ｈFE）・（１／
ＣB）...............................（５） となる。
【００１０】一般に、ホトトランジスタのｈFE対ｉc特
性において、コレクタ電流ｉcが減少し、低電流領域に
なる程、ｈFEが低下し、かつその低下の度合が素子ごと
に大きくバラツクことが知られている。従って、蓄積期
間中、徐々にＶR は増加し、かつ素子間でのＶR のバラ
ツキΔＶR も増加することになる。このような素子間で
のバラツキΔＶR の発生は固体撮像装置では、固定パタ
ーンノイズ（ＦＲＮ）として扱われ、Ｓ／Ｎを劣化させ
る極めて重要な問題となる。
性において、コレクタ電流ｉcが減少し、低電流領域に
なる程、ｈFEが低下し、かつその低下の度合が素子ごと
に大きくバラツクことが知られている。従って、蓄積期
間中、徐々にＶR は増加し、かつ素子間でのＶR のバラ
ツキΔＶR も増加することになる。このような素子間で
のバラツキΔＶR の発生は固体撮像装置では、固定パタ
ーンノイズ（ＦＲＮ）として扱われ、Ｓ／Ｎを劣化させ
る極めて重要な問題となる。
【００１１】このような問題を解決する方法としては、
例えばホトトランジスタのｈFE対ｉ c特性をT 電流領域
（ｉcが１００ｎＡ以下）までｈFEがフラットでかつ素
子間バラツキを小さいようにすることが考えられている
が、このためには素子構造並びに製造プロセスの最適化
が必要であり、短期間での大幅な改善は難しい。そこで
別の方法として、（５）式において寄生容量ＣP へ充電
される電荷ｑP自体を小さくすることが考えられる。こ
こで寄生容量ＣPはホトトランジスタＱHのエミッタへ接
続されているＭＯＳトランジスタ（ＱN1、ＱN2、ＱN3）
の 全てのドレイン接合容量が主原因となっている。
例えばホトトランジスタのｈFE対ｉ c特性をT 電流領域
（ｉcが１００ｎＡ以下）までｈFEがフラットでかつ素
子間バラツキを小さいようにすることが考えられている
が、このためには素子構造並びに製造プロセスの最適化
が必要であり、短期間での大幅な改善は難しい。そこで
別の方法として、（５）式において寄生容量ＣP へ充電
される電荷ｑP自体を小さくすることが考えられる。こ
こで寄生容量ＣPはホトトランジスタＱHのエミッタへ接
続されているＭＯＳトランジスタ（ＱN1、ＱN2、ＱN3）
の 全てのドレイン接合容量が主原因となっている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、順バ
イアス蓄積型の固体撮像装置において、そのセンサ段の
トランジスタのエミッタ端子の後段には、唯１つだけの
スイッチが配置接続され、前記スイッチはセンサトラン
ジスタの順バイアス蓄積期間中、オフ状態にあることを
特徴とする。
イアス蓄積型の固体撮像装置において、そのセンサ段の
トランジスタのエミッタ端子の後段には、唯１つだけの
スイッチが配置接続され、前記スイッチはセンサトラン
ジスタの順バイアス蓄積期間中、オフ状態にあることを
特徴とする。
【００１３】
【作用】上記構成によると、センサ段トランジスタのエ
ミッタの蓄積期間中の寄生容量ＣP を最小化することが
できる。その結果、充電電荷ｑP を最小化し、ベースで
の電圧低下ＶR を最小化し、結局ＶR の素子間バラツキ
ΔＶR を最小化することができる。
ミッタの蓄積期間中の寄生容量ＣP を最小化することが
できる。その結果、充電電荷ｑP を最小化し、ベースで
の電圧低下ＶR を最小化し、結局ＶR の素子間バラツキ
ΔＶR を最小化することができる。
【００１４】
【実施例】以下、添付図面を参照しながら本発明の好適
な実施例を詳細に説明する。図３にこの実施例を示す。
同図において、図１と同じ参照番号は同じ要素を示すも
のとする。ホトトランジスタＱHのエミッタ端子とＱN1
とＱN2との共通端子との間に、１つのスイッチ回路ＱSW
が配置接続されている。このスイッチＱSWは、ＱN1がオ
ン状態になる時とＱN2がオン状態になる時以外、即ち、
リセット信号ΦT、ΦERSがそれぞれＱN1とＱN2をオフに
しているときは、オフ状態とされる。図３の実施例は、
図１に示した従来例の回路と互換性を維持するように同
一な動作を行なうように意図されているので、その動作
タイミング図は図２と全く同じである。
な実施例を詳細に説明する。図３にこの実施例を示す。
同図において、図１と同じ参照番号は同じ要素を示すも
のとする。ホトトランジスタＱHのエミッタ端子とＱN1
とＱN2との共通端子との間に、１つのスイッチ回路ＱSW
が配置接続されている。このスイッチＱSWは、ＱN1がオ
ン状態になる時とＱN2がオン状態になる時以外、即ち、
リセット信号ΦT、ΦERSがそれぞれＱN1とＱN2をオフに
しているときは、オフ状態とされる。図３の実施例は、
図１に示した従来例の回路と互換性を維持するように同
一な動作を行なうように意図されているので、その動作
タイミング図は図２と全く同じである。
【００１５】かくして、本実施例の撮像装置によれば、
ホトトランジスタＱHのエミッタ端子には、並列的に唯
１つだけのスイッチＱSWを配置接続し、これを蓄積期間
中オフ状態とすることにより、蓄積期間中のエミッタ寄
生容量ＣP を最小化することができる。その結果、充電
電荷ｑP を最小化し、ベースでの電圧低下ＶR を最小化
し、結局ＶR の素子間バラツキΔＶR を最小化すること
ができる。
ホトトランジスタＱHのエミッタ端子には、並列的に唯
１つだけのスイッチＱSWを配置接続し、これを蓄積期間
中オフ状態とすることにより、蓄積期間中のエミッタ寄
生容量ＣP を最小化することができる。その結果、充電
電荷ｑP を最小化し、ベースでの電圧低下ＶR を最小化
し、結局ＶR の素子間バラツキΔＶR を最小化すること
ができる。
【００１６】従って、素子構造やプロセスを変更せずに
固定パターンノイズを低減でき、高Ｓ／Ｎな固体撮像装
置を提供することができる。図３の実施例では、ＱSWの
後には２つのＭＯＳトランジスタＱN1，ＱN2が接続され
た例になっているが、本発明は固体撮像素子内のセンサ
トランジスタのエミッタ端子に並列的に唯１つだけのス
イッチを配置接続することが特長であるから、そのセン
サトランジスタの後段にはいくつのトランジスタがあっ
てもよい。
固定パターンノイズを低減でき、高Ｓ／Ｎな固体撮像装
置を提供することができる。図３の実施例では、ＱSWの
後には２つのＭＯＳトランジスタＱN1，ＱN2が接続され
た例になっているが、本発明は固体撮像素子内のセンサ
トランジスタのエミッタ端子に並列的に唯１つだけのス
イッチを配置接続することが特長であるから、そのセン
サトランジスタの後段にはいくつのトランジスタがあっ
てもよい。
【００１７】
【発明の効果】以上説明した本発明の順バイアス蓄積型
の固体撮像装置によれば、そのセンサ段のトランジスタ
のエミッタ端子の後段には、唯１つだけのスイッチが配
置接続され、前記スイッチはセンサトランジスタの順バ
イアス蓄積期間中、オフ状態にあるので、そのセンサ段
トランジスタのエミッタの蓄積期間中の寄生容量ＣP を
最小化することができる。その結果、充電電荷ｑP を最
小化し、ベースでの電圧低下ＶR を最小化し、結局ＶR
の素子間バラツキΔＶR を最小化することができる。具
体的には、例えば、ホトトランジスタの素子構造やプロ
セスを変更することなく、順バイアス蓄積期間中に発生
する固定パターンノイズを低減でき、固体撮像装置の高
Ｓ／Ｎ化をはかることができる。
の固体撮像装置によれば、そのセンサ段のトランジスタ
のエミッタ端子の後段には、唯１つだけのスイッチが配
置接続され、前記スイッチはセンサトランジスタの順バ
イアス蓄積期間中、オフ状態にあるので、そのセンサ段
トランジスタのエミッタの蓄積期間中の寄生容量ＣP を
最小化することができる。その結果、充電電荷ｑP を最
小化し、ベースでの電圧低下ＶR を最小化し、結局ＶR
の素子間バラツキΔＶR を最小化することができる。具
体的には、例えば、ホトトランジスタの素子構造やプロ
セスを変更することなく、順バイアス蓄積期間中に発生
する固定パターンノイズを低減でき、固体撮像装置の高
Ｓ／Ｎ化をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の固体撮像装置の構成を示したブロック
図である。
図である。
【図２】 図１の撮像装置における各部の波形を示した
図である。
図である。
【図３】 本発明に係る実施例の撮像装置のブロック図
である。
である。
Claims (2)
- 【請求項１】 順バイアス蓄積型の固体撮像装置におい
て、 センサ段のトランジスタのエミッタ端子の後段にはスイ
ッチが配置接続され、前記スイッチはセンサトランジス
タの順バイアス蓄積期間中、オフ状態にあることを特徴
とする固体撮像装置。 - 【請求項２】 請求項１の固体撮像装置において、セン
サ段の前期トランジスタはバイポーラ型であることを特
徴とする固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4172264A JPH0622221A (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4172264A JPH0622221A (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0622221A true JPH0622221A (ja) | 1994-01-28 |
Family
ID=15938677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4172264A Withdrawn JPH0622221A (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0622221A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10298869B2 (en) | 2015-06-30 | 2019-05-21 | Ricoh Company, Ltd. | Photoelectric conversion device and image generation device |
-
1992
- 1992-06-30 JP JP4172264A patent/JPH0622221A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10298869B2 (en) | 2015-06-30 | 2019-05-21 | Ricoh Company, Ltd. | Photoelectric conversion device and image generation device |
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| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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