JP4336508B2 - Imaging device - Google Patents
Imaging device Download PDFInfo
- Publication number
- JP4336508B2 JP4336508B2 JP2003059970A JP2003059970A JP4336508B2 JP 4336508 B2 JP4336508 B2 JP 4336508B2 JP 2003059970 A JP2003059970 A JP 2003059970A JP 2003059970 A JP2003059970 A JP 2003059970A JP 4336508 B2 JP4336508 B2 JP 4336508B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- potential
- field effect
- effect transistor
- mos transistor
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体像を撮像する撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
固体撮像素子にはCCDタイプとCMOSタイプがあるが、低コスト、低消費電力を魅力とするCMOSタイプの固体撮像素子は近年、需要を伸ばしている。
【0003】
CMOSタイプの固体撮像素子の一例として、サイズ縮小、多画素化、低コスト化などのために画素サイズを小さくするために、1画素を構成するMOSトランジスタの数を3つにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
1画素は、フォトダイオードとそのフォトダイオードからの信号を受け、増幅して出力線に出力する増幅用MOSトランジスタと、フォトダイオードの信号を増幅用MOSトランジスタのゲ−ト電極領域へ転送するための転送用MOSトランジスタと、増幅用MOSトランジスタのゲ−ト電極領域にリセット電位を供給するためのリセット用MOSトランジスタとから構成される。
【0005】
そして、選択された行(信号を読み出す行)に含まれる画素の増幅用MOSトランジスタのゲ−ト電極領域には、高電位(増幅用MOSトランジスタが動作可能な範囲の電位)を供給し、選択されない行(信号を読み出さない行)に含まれる画素の増幅用MOSトランジスタのゲ−ト電極領域には、低電位を供給するようにして、選択、非選択を行っている。
【0006】
【特許文献1】
特開平11−112018号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように画素サイズの縮小しようという目的がある場合に、増幅用MOSトランジスタのサイズを縮小した場合、新たに別の課題も発生する。MOSトランジスタの1/fノイズは、ゲート電極面積(WxL)に反比例するため、微細化にともない1/fノイズの画質に与える影響は大きくなる。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、一手段として、各々が、光電変換部と、前記光電変換部の信号を増幅して出力する電界効果トランジスタと、前記電界効果トランジスタの制御電極に電気的に接続されたフローティング容量と、前記光電変換部からの信号を前記フローティング容量に転送する転送スイッチと、前記電界効果トランジスタの制御電極及び前記フローティング容量の電位をリセットするリセットスイッチとを含む複数の画素と、前記複数の画素からの信号が出力される出力線と、前記複数の画素に含まれる前記電界効果トランジスタの制御電極及び前記フローティング容量に第1の電位と前記第1の電位と異なる第2の電位を選択的に供給することにより画素の選択状態、非選択状態を切り換える電位供給手段とを有し、前記電界効果トランジスタは、ディプレッション型であることを特徴とする撮像装置を提供する。
【0009】
また、他の手段として、各々が、光電変換部と、前記光電変換部の信号を増幅して第1の主電極より出力する電界効果トランジスタと、前記光電変換部からの信号を前記電界効果トランジスタの制御電極に転送する転送スイッチと、前記電界効果トランジスタの制御電極の電位をリセットするリセットスイッチとを含む複数の画素と、前記複数の画素からの信号が出力される出力線と、前記出力線に、第1の電位と前記第1の電位と異なる第2の電位を選択的に供給する第1の電位供給手段と、前記電界効果トランジスタの第2の主電極に、第3の電位と前記第3の電位と異なる第4の電位とを選択的に供給する第2の電位供給手段と、を有し、前記リセットスイッチは、前記出力線と前記電界効果トランジスタの制御電極との電気的接続を制御するように配置されており、選択画素に対して、前記出力線及び前記リセットスイッチを介して前記第1の電位供給手段から前記電界効果トランジスタの制御電極に前記第1の電位が供給されると共に、前記第2の電位供給手段から前記電界効果トランジスタの第2の主電極に前記第3の電位が供給され、非選択画素に対して、前記出力線及び前記リセットスイッチを介して前記第1の電位供給手段から前記電界効果トランジスタの制御電極に前記第2の電位が供給されると共に、前記第2の電位供給手段から前記電界効果トランジスタの第2の主電極に第4の電位が供給され、前記電界効果トランジスタは、ディプレッション型であることを特徴とする撮像装置を提供する。
【0011】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1の固体撮像素子の等価回路をあらわすものである。
【0012】
1は光を電気信号に変換する光電変換部であるフォトダイオード、2はフォトダイオードからの信号が転送されるフロ−ティング容量、3はフロ−ティング容量にゲ−ト電極領域が接続されたフォトダイオードからの信号を増幅して出力する電界効果トランジスタの一つである増幅用MOSトランジスタであり、本実施の形態では、ディプレッション型の増幅用MOSトランジスタである。ここで、デプレッション型は、エンハンスメント型のMOSに比べて1/fノイズの値は2割〜5割程度小さい値となる。一般にMOSトランジスタの1/fノイズはゲート電極面積に反比例するため、増幅用MOSトランジスタが小さい程、画質のノイズ成分に占める増幅用MOSトランジスタの内訳が大きくなり、本実施の形態の効果はより顕著になる。
【0013】
4はフォトダイオードの信号をフロ−ティング容量3に転送するための転送スイッチである転送用MOSトランジスタ、5はフロ−ティング容量3にリセット電位を供給するためのリセットスイッチであるリセット用MOSトランジスタである。本実施の形態では、1〜5により1画素を構成している。そして、実際は、この画素が2次元状に配列されている。
【0014】
6は増幅用MOSトランジスタの第1の主電極領域であるソ−ス電極領域から信号が出力される垂直出力線、7は増幅用MOSトランジスタの第2の主電極領域であるドレイン電極領域の電源電圧を供給するアンプ電源配線、8は定電流源である。
【0015】
リセット配線9には、増幅用MOSトランジスタ2を動作可能にする第1の電位と、その第1の電位よりも低い第2の電位とを選択的に供給する電圧供給手段である電圧供給回路(不図示)が接続されている。
【0016】
そして、例えば、第1行の画素から信号を読み出す場合には、第1行の画素にそれぞれに含まれる増幅用MOSトランジスタ2の入力部であるフロ−ティング容量3に第1の電位を供給し、それ以外の画素に各々含まれる画素に第2の電位を供給を供給するようにする。
【0017】
以上のように、本実施の形態では、信号の読み出しを行うための画素を選択するための選択用のMOSトランジスタを別箇設けないような画素サイズの縮小化を目的とした構成において、増幅用MOSトランジスタをディプレッション型にしたことにより、画素サイズの縮小化と1/fノイズの低減とを両立できるという顕著な効果を有する。
【0018】
(実施の形態2)
図2に、信号出力線とリセット電源を共通化した場合の画素構成を示す。
【0019】
11は光を電気信号に変換する光電変換部であるフォトダイオード、12はフォトダイオードからの信号が転送されるフロ−ティング容量、13はフロ−ティング容量にゲ−ト電極領域が接続されたフォトダイオードからの信号を増幅して出力する増幅用MOSトランジスタ、14はフォトダイオードの信号を増幅用MOSトランジスタへ転送する転送用MOSトランジスタ、15はフロ−ティング容量にリセット電位を供給するリセット用MOSトランジスタであり、垂直出力線(信号出力線)16に接続されている。17は増幅用MOSトランジスタのドレイン電極領域に電源電圧を供給するアンプ電源配線、18は定電流源である。
【0020】
次に、図2の構成の駆動方法について説明する。
【0021】
フォトダイオードでの光電荷の蓄積開始前のリセット動作は、信号出力線をHighの電位に固定後、リセット用MOSトランジスタをON、転送用MOSトランジスタをONし、フォトダイオード内の電荷を排出する。次に転送用MOSトランジスタをOffして電荷の蓄積を開始する。電荷蓄積後、各画素からの信号の読み出しは、まず信号出力線にHighの電位を与え、リセット用MOSトランジスタを介して全ての画素のフローティング容量にLowの電位を書き込む。次に、選択行のリセットMOSトランジスタのみONした状態で、信号出力線にHighの電位を与え、選択行のフローティング容量の電位は増幅用MOSトランジスタが動作可能な範囲の電位に設定する。この状態においては、非選択行のソースフォロワのゲートにはLowの電位が保持されているため、増幅用MOSトランジスタはOFFしており、増幅用MOSトランジスタは動作しない。次に、信号出力線の電位を固定しているスイッチを閉じ、定電流源を動作させることにより、信号線は選択行のN出力(ノイズ信号)に対応した電位となる。さらに、選択行の転送ゲートをONすることでフローティング容量にフォトダイオード内の電荷を転送することで、信号出力線の電位は選択行のS出力(光信号とノイズ信号とを含む信号)に対応した電位になる。図示していないが、S信号とN信号の差分をとることで、光量に応じた出力を得ることができる。
【0022】
しかしながら、上記でも述べたように、画素サイズの縮小にともない、増幅用MOSトランジスタのサイズを縮小した場合、新たに別の課題も発生する。MOSトランジスタの1/fノイズは、ゲート電極面積(WxL)に反比例するため、微細化にともない1/fノイズの画質に与える影響は大きくなる。PMOSトランジスタに比べ、NMOSの1/fノイズはノイズパワーで2桁ほど大きいことが実験により解っており、この問題は画素部をNMOSトランジスタで構成した場合について特に重大である。NMOSトランジスタの1/fノイズの対策としてMOSトランジスタをデプレッション型とすることが有効であることが確認されており、増幅用MOSトランジスタをデプレッション型で構成することで画質を改善することが可能である。
【0023】
しかしながら、上述したトランジスタ数の削減および配線の共通化をした場合、以下のような課題が発生する。
【0024】
すなわち、全ての画素のフローティング容量にLowの電位を書き込む動作時(タイミング3)において、ソースフォロワMOSのソースとゲートには信号出力線から同じ電位が与えられている事になるが、増幅用MOSトランジスタがデプレッション型であるために、このMOSトランジスタはON状態となっている。つまり、各信号出力線は、それと接続された全ての画素の増幅用MOSトランジスタを介してアンプ電源配線に接続されている状態となる。これにより信号出力線は画素領域外のスイッチを介して与えられる低い電位とアンプ電源配線の電位との引っ張り合いとなり、所望の電位に下げる事ができなくなる。
【0025】
この解決策として、本実施の形態では全ての画素の増幅用MOSトランジスタのフローティング容量にLowの電位を書き込む動作時において、アンプ電源配線にも同時に信号出力線に与える電位と同じ低い電位を印加する。このことにより、増幅用MOSトランジスタがOFFしていない状態においてもフローティング容量に所望の電位を書き込むことが可能となる。
【0026】
以下に具体的に説明する。
【0027】
図3において、各画素は、光電変換部であるフォトダイオード101、フォトダイオードの信号を転送する転送スイッチである転送用MOSトランジスタ102、フローティング容量103、フローティング容量の電位をリセットするためのリセットスイッチであるリセット用MOSトランジスタ104、フロ−ティング容量にゲ−ト電極領域が接続されたフォトダイオードからの信号を増幅して出力する電界効果トランジスタの一つである増幅用MOSトランジスタより構成されている。実際には、画素は、二次元に配列して形成されており、増幅用MOSトランジスタ105の第1の主電極領域であるソ−スは信号出力線106に接続されている。また、増幅用MOSトランジスタ105の第2の主電極領域であるドレインはアンプ電源配線107に接続されている。ここで、増幅用MOSトランジスタ105はデプレッション型であって、エンハンスメントタイプのMOSに比べて1/fノイズの値は2割〜5割程度小さい値となる。一般にMOSトランジスタの1/fノイズはゲート電極面積に反比例するため、増幅用MOSトランジスタが小さい程、画質のノイズ成分に占める増幅用MOSトランジスタの内訳が大きくなり、本実施の形態の効果はより顕著になる。この実施の形態では信号出力線106と定電流源108はMOSトランジスタ109により切り離すことができる。信号出力線106の電位はMOSトランジスタ110、111を介して第1の電位であるHigh電位が供給されるVH112、第2の電位であるLow電位が供給されるVL113に接続されており、アンプ電源配線107はMOS114を介してアンプ電源115に接続されている。また、アンプ電源配線107はMOS116を介して信号出力線106と接続されている。信号出力線の電位は出力117から次の回路に出力される。
【0028】
上記に説明したように電源供給手段であるMOSトランジスタ110、111、114、116により、信号出力線106と前記増幅用トランジスタのドレインとに、第1の電位と前記第1の電位と異なる第2の電位を選択的に供給することが可能となる。
【0029】
本実施の形態の駆動方法を図4を用いて説明する。201はアンプ電源配線107の電位を示し、202はリセット用MOSトランジスタ104のゲート電位、203は転送用MOSトランジスタ102のゲート電位、204は信号出力線106の電位、205はソースフォロワ回路(増幅用MOSトランジスタ105と定電流源108)の定電流源の接続をON、OFFするMOS109のゲート電位を示している。まず、タイミングT1において、信号出力線204はVH112の電位に固定される。この動作はMOS110をONすることで可能である。これによりフローティング容量103の電位はVH112にリセットされる。同時に、転送用MOSトランジスタ102のゲートをONすることで、フォトダイオード101内をリセットし、完全空乏化した状態にすることができる。転送用MOSトランジスタ102をOFFした瞬間(タイミングT2)から、フォトダイオード101内の光電荷の蓄積が開始される。蓄積の終了はメカニカルシャッター等で、センサへの光を遮光して終了することが可能である。電荷の読み出しは、まず、全ての行のフローティング容量103をVLにリセットすることから始める。タイミングT3において信号出力線106の電位をMOS111をONし、MOSトランジスタ110をOFFすることでVL電位113に固定する。同時に、リセット用MOSトランジスタ104のゲートをONすることで全ての行のフローティング容量103はVLにリセットされる。このとき、先に述べたように、アンプ電源配線107の電位201をVLと同電位にすることが必要である。このため本実施の形態ではMOSトランジスタ114をOFFし、MOSトランジスタ116をONすることで実現することが可能である。
【0030】
次に、行毎の読み出しを開始するが、タイミングT4に、MOSトランジスタ111をOFFしMOSトランジスタ110をONすることで信号出力線106の電位をVH電位112に固定し、タイミングT5において、読み出しを行う行のみ、リセット用MOSトランジスタ104のゲート電位202をON状態にし、読み出しを行う行のフローティング容量103をVHにリセットする。つぎにリセット用MOSトランジスタ104をOFFしてからタイミングT6に、MOSトランジスタ110、MOSトランジスタ111をOFFし、MOSトランジスタ109をONすることにより定電流源108を動作させ、信号出力線106をソースフォロワ出力となるようにする。タイミングT6とT7の間に出力117の電位をN出力として取り込む。次に選択された行のみ転送用MOSトランジスタ102をONすることでフォトダイオード101内の電荷をフローティング容量103に転送し、出力117の電位をS出力として取り込む。図示していないが、出力117を受け取った回路において、S−Nの処理を行うことにより、ノイズを取り除いた撮像が可能となる。選択行の読み出し終了後、再び選択行のみ(もしくは全画素において行っても構わないが)、再びフローティング容量部をVLにリセットする。この際にも信号出力線106の電位とアンプ電源配線107の電位は同一電位にしておく必要がある。方法はタイミングT3で行ったのと同じやり方で実現可能である。順次次の行の読み出しはタイミングT3〜T9を選択行を変えて繰り返すことで全画面の読み出しを行うことが可能である。
【0031】
なお、本実施の形態では画素は3つのMOSトランジスタで構成されている例について説明したが、リセット等の手段についてMOSタイプ以外の素子、例えば接合型FETなどを用いて画素を形成した場合にも同様の効果を得ることができる。
【0032】
(実施の形態3)
実施の形態2では、フォトダイオードでの光電荷の蓄積前に同時に全画素をリセットする場合の駆動について説明した。本発明は全画素リセットを行わない駆動の場合にも有効である。
【0033】
実施の形態3の駆動方法を図5で説明する。301〜305は図4の201〜205と同じ部位の電位を示している。実施の形態2と異なる点は、全画素のリセットを行わない点である。T4〜T9の駆動は選択された1行分の読み出し動作を示しているが、読み出し時にフォトダイオード内の全ての電荷が転送されるため、読み出し後はフォトダイオードはリセットされた状態となっている。この駆動を行毎に繰り返し、1画面分スキャンすることで全画素をリセットできる。本来の画像の読み出しは、もう一度、行毎に読み出しを行うことで実現可能である。この駆動は所謂ローリングシャッターモードの撮影であり、蓄積開始はタイミングT10にあたる。この場合、行毎に蓄積時間は同じであるが、撮像する時刻が垂直走査の時間に伴って画面上下で異なるというデメリットがあるが、メカニカルシャッターが必要ないという大きなメリットを得る事ができる。
【0034】
以上、実施の形態1〜3によれば、特別に選択スイッチ(読み出す画素を選択するためのもの)を設けず、かつ、出力信号線とアンプ電源を共通化して画素サイズの縮小を行った場合にも、増幅用MOSトランジスタにデプレッション型を使用することが可能となり、小型もしくは高精細で、SN比の良好な固体撮像素子を低コストで提供することが可能となる。
【0035】
(実施の形態4)
図6に基づいて、上記で説明した実施形態1〜3で説明した固体撮像素子を用いた撮像措置について説明する。
【0036】
図6において、51はレンズのプロテクトとメインスイッチを兼ねるバリア、52は被写体の光学像を固体撮像素子54に結像させるレンズ、53はレンズ52を通った光量を可変するための絞り、54はレンズ52で結像された被写体を画像信号として取り込むための固体撮像素子、55は、固体撮像素子54から出力される画像信号を増幅するゲイン可変アンプ部及びゲイン値を補正するためのゲイン補正回路部等を含む撮像信号処理回路、56は固体撮像素子54より出力される画像信号のアナログーディジタル変換を行うA/D変換器、57はA/D変換器56より出力された画像データに各種の補正を行ったりデータを圧縮する信号処理部、58は固体撮像素子54、撮像信号処理回路55、A/D変換器56、信号処理部57に、各種タイミング信号を出力するタイミング発生部、59は各種演算と撮像装置全体を制御する全体制御・演算部、60は画像データを一時的に記憶する為のメモリ部、61は記録媒体に記録または読み出しを行うためのインターフェース部、62は画像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体、63は外部コンピュータ等と通信する為のインターフェース部である。
【0037】
次に、前述の構成における撮影時の撮像装置の動作について説明する。
【0038】
バリア51がオープンされるとメイン電源がオンされ、次にコントロール系の電源がオンし、更にA/D変換器56などの撮像系回路の電源がオンされる。
【0039】
それから、露光量を制御する為に、全体制御・演算部59は絞り53を開放にし、固体撮像素子54から出力された信号はA/D変換器56で変換された後、信号処理部57に入力される。
【0040】
そのデータを基に露出の演算を全体制御・演算部59で行う。
【0041】
この測光を行った結果により明るさを判断し、その結果に応じて全体制御・演算部59は絞りを制御する。
【0042】
次に、固体撮像素子54から出力された信号をもとに、高周波成分を取り出し被写体までの距離の演算を全体制御・演算部59で行う。その後、レンズを駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判断した時は、再びレンズを駆動し測距を行う。
【0043】
そして、合焦が確認された後に本露光が始まる。
【0044】
露光が終了すると、固体撮像素子54から出力された画像信号はA/D変換器56でA/D変換され、信号処理部57を通り全体制御・演算部59によりメモリ部に書き込まれる。
【0045】
その後、メモリ部60に蓄積されたデータは、全体制御・演算部59の制御により記録媒体制御I/F部を通り半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体62に記録される。
【0046】
また、外部I/F部63を通り直接コンピュータ等に入力して画像の加工を行ってもよい。
【0047】
【発明の効果】
本発明によれば、画素サイズの縮小化とSN比の改善とを両立することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1を説明するための図である。
【図2】実施の形態2を説明するための図である。
【図3】実施の形態2を説明するための図である。
【図4】実施の形態2を説明するための図である。
【図5】実施の形態3を説明するための図である。
【図6】実施の形態4を説明するための図である。
【符号の説明】
1 フォトダイオード
2 フロ−ティング容量
3 増幅用MOSトランジスタ
4 転送用MOSトランジスタ
5 リセット用MOSトランジスタ
6 垂直出力線
7 アンプ電源配線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an imaging apparatus that captures a subject image.
[0002]
[Prior art]
There are a CCD type and a CMOS type solid-state imaging device. Recently, a demand for a CMOS type solid-state imaging device which is attractive for low cost and low power consumption has increased.
[0003]
As an example of a CMOS type solid-state imaging device, there is one in which the number of MOS transistors constituting one pixel is three in order to reduce the pixel size in order to reduce the size, increase the number of pixels, and reduce the cost ( For example, see Patent Document 1).
[0004]
Each pixel receives a photodiode and a signal from the photodiode, amplifies and outputs the amplified MOS transistor to an output line, and transfers the photodiode signal to the gate electrode region of the amplifying MOS transistor. A transfer MOS transistor and a reset MOS transistor for supplying a reset potential to the gate electrode region of the amplifying MOS transistor.
[0005]
Then, a high potential (a potential within a range in which the amplification MOS transistor can operate) is supplied to the gate electrode region of the amplification MOS transistor of the pixel included in the selected row (row from which the signal is read), and the selection is performed. Selection or non-selection is performed by supplying a low potential to the gate electrode region of the amplification MOS transistor of the pixel included in a row that is not read (a row from which no signal is read).
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-112018
[Problems to be solved by the invention]
However, when there is a purpose to reduce the pixel size as described above, when the size of the amplifying MOS transistor is reduced, another problem is newly generated. Since the 1 / f noise of the MOS transistor is inversely proportional to the gate electrode area (WxL), the influence of the 1 / f noise on the image quality increases with miniaturization.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, as one means, each is electrically connected to a photoelectric conversion unit, a field effect transistor that amplifies and outputs a signal of the photoelectric conversion unit, and a control electrode of the field effect transistor. A plurality of pixels including: a floating capacitor ; a transfer switch that transfers a signal from the photoelectric conversion unit to the floating capacitor; a control electrode of the field effect transistor; and a reset switch that resets the potential of the floating capacitor ; A first potential and a second potential different from the first potential are applied to an output line for outputting signals from a plurality of pixels, a control electrode of the field effect transistor included in the plurality of pixels, and the floating capacitor . selection state of the pixel by selectively providing, and a potential supply means for switching the non-selected state, the field effect Transistors, to provide an imaging apparatus which is a depletion type.
[0009]
As another means, each includes a photoelectric conversion unit, a field effect transistor that amplifies the signal of the photoelectric conversion unit and outputs the signal from the first main electrode, and a signal from the photoelectric conversion unit as the field effect transistor A plurality of pixels including a transfer switch for transferring to the control electrode , a reset switch for resetting the potential of the control electrode of the field effect transistor, an output line for outputting signals from the plurality of pixels, and the output line And a first potential supply means for selectively supplying a first potential and a second potential different from the first potential; and a third potential and the second potential on the second main electrode of the field effect transistor. Second potential supply means for selectively supplying a fourth potential different from the third potential , wherein the reset switch electrically connects the output line and the control electrode of the field effect transistor. the Are arranged to control, for the selected pixel, the first potential is supplied from the through the output line and the reset switch first potential supply means to the control electrode of the field effect transistor At the same time, the third potential is supplied from the second potential supply means to the second main electrode of the field effect transistor, and the first potential is supplied to the non-selected pixels via the output line and the reset switch. The second potential is supplied from the second potential supply means to the control electrode of the field effect transistor, and the fourth potential is supplied from the second potential supply means to the second main electrode of the field effect transistor. The field effect transistor is a depletion type, and provides an imaging device.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows an equivalent circuit of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.
[0012]
Reference numeral 1 denotes a photodiode which is a photoelectric conversion unit that converts light into an electric signal, 2 denotes a floating capacitor to which a signal from the photodiode is transferred, and 3 denotes a photodiode in which a gate electrode region is connected to the floating capacitor. This is an amplifying MOS transistor that is one of field effect transistors that amplifies and outputs a signal from a diode. In this embodiment, it is a depletion type amplifying MOS transistor. Here, in the depletion type, the value of 1 / f noise is about 20% to 50% smaller than the enhancement type MOS. In general, the 1 / f noise of a MOS transistor is inversely proportional to the gate electrode area. Therefore, the smaller the amplification MOS transistor, the larger the breakdown of the amplification MOS transistor in the noise component of the image quality, and the effect of this embodiment is more remarkable. become.
[0013]
Reference numeral 4 denotes a transfer MOS transistor which is a transfer switch for transferring a photodiode signal to the floating capacitor 3. Reference numeral 5 denotes a reset MOS transistor which is a reset switch for supplying a reset potential to the floating capacitor 3. is there. In this embodiment, one pixel is composed of 1 to 5. In practice, the pixels are arranged in a two-dimensional manner.
[0014]
Reference numeral 6 denotes a vertical output line from which a signal is output from the source electrode area which is the first main electrode area of the amplifying MOS transistor, and
[0015]
A voltage supply circuit (voltage supply circuit) which is a voltage supply means for selectively supplying a first potential enabling the amplification MOS transistor 2 and a second potential lower than the first potential to the reset wiring 9. (Not shown) is connected.
[0016]
For example, when a signal is read out from the pixels in the first row, the first potential is supplied to the floating capacitor 3 that is an input unit of the amplification MOS transistor 2 included in each pixel in the first row. The second potential is supplied to the pixels included in the other pixels.
[0017]
As described above, in the present embodiment, in the configuration for the purpose of reducing the pixel size without separately providing a selection MOS transistor for selecting a pixel for reading a signal, amplification is performed. By making the MOS transistor a depletion type, it is possible to achieve both a reduction in pixel size and a reduction in 1 / f noise.
[0018]
(Embodiment 2)
FIG. 2 shows a pixel configuration in the case where the signal output line and the reset power supply are shared.
[0019]
Reference numeral 11 denotes a photodiode which is a photoelectric conversion unit for converting light into an electric signal, 12 denotes a floating capacitor to which a signal from the photodiode is transferred, and 13 denotes a photo diode having a gate electrode region connected to the floating capacitor. An amplifying MOS transistor that amplifies and outputs a signal from the diode, 14 is a transfer MOS transistor that transfers the photodiode signal to the amplifying MOS transistor, and 15 is a reset MOS transistor that supplies a reset potential to the floating capacitor And connected to a vertical output line (signal output line) 16.
[0020]
Next, a driving method having the configuration shown in FIG. 2 will be described.
[0021]
In the reset operation before the start of photocharge accumulation in the photodiode, the signal output line is fixed to the high potential, the reset MOS transistor is turned on, the transfer MOS transistor is turned on, and the charge in the photodiode is discharged. Next, the transfer MOS transistor is turned off and charge accumulation is started. In order to read a signal from each pixel after charge accumulation, first, a high potential is applied to the signal output line, and a low potential is written to the floating capacitors of all the pixels via the reset MOS transistor. Next, a high potential is applied to the signal output line while only the reset MOS transistor in the selected row is turned on, and the potential of the floating capacitor in the selected row is set to a potential within a range where the amplification MOS transistor can operate. In this state, since the low potential is held at the gate of the source follower of the non-selected row, the amplification MOS transistor is OFF and the amplification MOS transistor does not operate. Next, by closing the switch that fixes the potential of the signal output line and operating the constant current source, the signal line becomes a potential corresponding to the N output (noise signal) of the selected row. Furthermore, by turning on the transfer gate of the selected row, the charge in the photodiode is transferred to the floating capacitor, so that the potential of the signal output line corresponds to the S output (a signal including an optical signal and a noise signal) of the selected row. At the potential. Although not shown, an output corresponding to the amount of light can be obtained by taking the difference between the S signal and the N signal.
[0022]
However, as described above, when the size of the amplification MOS transistor is reduced as the pixel size is reduced, another problem is newly generated. Since the 1 / f noise of the MOS transistor is inversely proportional to the gate electrode area (WxL), the influence of the 1 / f noise on the image quality increases with miniaturization. It has been experimentally found that the 1 / f noise of NMOS is about two orders of magnitude greater in noise power than the PMOS transistor, and this problem is particularly serious when the pixel portion is composed of NMOS transistors. It has been confirmed that it is effective to make the MOS transistor a depletion type as a countermeasure against 1 / f noise of the NMOS transistor, and it is possible to improve the image quality by configuring the amplification MOS transistor to be a depletion type. .
[0023]
However, when the number of transistors described above is reduced and wiring is shared, the following problems occur.
[0024]
That is, during the operation of writing the low potential to the floating capacitors of all the pixels (timing 3), the source and the gate of the source follower MOS are supplied with the same potential from the signal output line. Since the transistor is a depletion type, this MOS transistor is in an ON state. That is, each signal output line is connected to the amplifier power supply wiring via the amplification MOS transistors of all the pixels connected thereto. As a result, the signal output line is pulled between the low potential applied via the switch outside the pixel region and the potential of the amplifier power supply wiring, and cannot be lowered to a desired potential.
[0025]
As a solution to this problem, in this embodiment, in the operation of writing a low potential to the floating capacitors of the amplifying MOS transistors of all the pixels, the same low potential as that applied to the signal output line is simultaneously applied to the amplifier power supply wiring. . This makes it possible to write a desired potential to the floating capacitor even when the amplification MOS transistor is not turned off.
[0026]
This will be specifically described below.
[0027]
In FIG. 3, each pixel is a
[0028]
As described above, the first potential and the second potential different from the first potential are applied to the
[0029]
The driving method of the present embodiment will be described with reference to FIG. 201 indicates the potential of the amplifier
[0030]
Next, reading for each row is started. At timing T4, the MOS transistor 111 is turned off and the
[0031]
In this embodiment, an example in which a pixel is configured by three MOS transistors has been described. However, even when a pixel is formed by using an element other than a MOS type, such as a junction FET, for resetting or the like. Similar effects can be obtained.
[0032]
(Embodiment 3)
In the second embodiment, the driving in the case where all the pixels are simultaneously reset before the accumulation of photocharges in the photodiode has been described. The present invention is also effective in the case of driving without resetting all pixels.
[0033]
The driving method of the third embodiment will be described with reference to FIG.
[0034]
As described above, according to the first to third embodiments, when a selection switch (for selecting a pixel to be read out) is not provided and the output signal line and the amplifier power supply are made common to reduce the pixel size. In addition, a depletion type transistor can be used for the amplifying MOS transistor, and a small-sized or high-definition solid-state imaging device with a good SN ratio can be provided at low cost.
[0035]
(Embodiment 4)
Based on FIG. 6, an imaging measure using the solid-state imaging device described in Embodiments 1 to 3 described above will be described.
[0036]
In FIG. 6, reference numeral 51 denotes a barrier that serves as a lens switch and a main switch, 52 denotes a lens that forms an optical image of a subject on the solid-state image sensor 54, 53 denotes an aperture for changing the amount of light passing through the lens 52, and 54 denotes A solid-state imaging device 55 for capturing an object imaged by the lens 52 as an image signal, a gain variable amplifier unit for amplifying an image signal output from the solid-state imaging device 54, and a gain correction circuit for correcting a gain value An image signal processing circuit including a unit, 56 is an A / D converter that performs analog-digital conversion of an image signal output from the solid-state image sensor 54, and 57 is an image data output from the A / D converter 56. A signal processing unit 58 that corrects data and compresses data, 58 is connected to the solid-state imaging device 54, the imaging signal processing circuit 55, the A / D converter 56, and the signal processing unit 57. A timing generator 59 for outputting various timing signals, 59 is an overall control / arithmetic unit for controlling various computations and the entire imaging apparatus, 60 is a memory unit for temporarily storing image data, and 61 is recorded or read out on a recording medium. 62 is a removable recording medium such as a semiconductor memory for recording or reading image data, and 63 is an interface unit for communicating with an external computer or the like.
[0037]
Next, the operation of the image pickup apparatus at the time of shooting in the above configuration will be described.
[0038]
When the barrier 51 is opened, the main power supply is turned on, then the control system power supply is turned on, and the power supply of the imaging system circuit such as the A / D converter 56 is turned on.
[0039]
Then, in order to control the exposure amount, the overall control / calculation unit 59 opens the diaphragm 53, and the signal output from the solid-state imaging device 54 is converted by the A / D converter 56 and then sent to the signal processing unit 57. Entered.
[0040]
Based on the data, the exposure calculation is performed by the overall control / calculation unit 59.
[0041]
The brightness is determined based on the result of the photometry, and the overall control / calculation unit 59 controls the aperture according to the result.
[0042]
Next, based on the signal output from the solid-state image sensor 54, the high frequency component is extracted and the distance to the subject is calculated by the overall control / calculation unit 59. Thereafter, the lens is driven to determine whether or not it is in focus. When it is determined that the lens is not in focus, the lens is driven again to perform distance measurement.
[0043]
Then, after the in-focus state is confirmed, the main exposure starts.
[0044]
When the exposure is completed, the image signal output from the solid-state imaging device 54 is A / D converted by the A / D converter 56, passes through the signal processing unit 57, and is written in the memory unit by the overall control / calculation unit 59.
[0045]
Thereafter, the data stored in the
[0046]
Further, the image may be processed by directly entering the computer or the like through the external I / F unit 63.
[0047]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to achieve both reduction in the pixel size and improvement in the SN ratio.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining Embodiment 1;
FIG. 2 is a diagram for explaining Embodiment 2;
FIG. 3 is a diagram for explaining Embodiment 2;
FIG. 4 is a diagram for explaining Embodiment 2;
FIG. 5 is a diagram for explaining Embodiment 3;
6 is a diagram for explaining a fourth embodiment; FIG.
[Explanation of symbols]
1 Photodiode 2 Floating capacitance 3 Amplifying MOS transistor 4 Transfer MOS transistor 5 Reset MOS transistor 6
Claims (2)
前記複数の画素からの信号が出力される出力線と、
前記複数の画素に含まれる前記電界効果トランジスタの制御電極及び前記フローティング容量に第1の電位と前記第1の電位と異なる第2の電位を選択的に供給することにより画素の選択状態、非選択状態を切り換える電位供給手段とを有し、
前記電界効果トランジスタは、ディプレッション型であることを特徴とする撮像装置。Each includes a photoelectric conversion unit, a field effect transistor that amplifies and outputs a signal of the photoelectric conversion unit, a floating capacitor electrically connected to a control electrode of the field effect transistor, and a signal from the photoelectric conversion unit A plurality of pixels including a transfer switch for transferring the floating capacitor to the floating capacitor , and a control electrode of the field effect transistor and a reset switch for resetting the potential of the floating capacitor ;
An output line for outputting signals from the plurality of pixels;
By selectively supplying a first potential and a second potential different from the first potential to the control electrode of the field effect transistor and the floating capacitor included in the plurality of pixels, the selected state of the pixel and the non-selected state Potential supply means for switching the state ,
The field effect transistor is a depletion type imaging device.
前記複数の画素からの信号が出力される出力線と、
前記出力線に、第1の電位と前記第1の電位と異なる第2の電位を選択的に供給する第1の電位供給手段と、
前記電界効果トランジスタの第2の主電極に、第3の電位と前記第3の電位と異なる第4の電位とを選択的に供給する第2の電位供給手段と、を有し、
前記リセットスイッチは、前記出力線と前記電界効果トランジスタの制御電極との電気的接続を制御するように配置されており、
選択画素に対して、前記出力線及び前記リセットスイッチを介して前記第1の電位供給手段から前記電界効果トランジスタの制御電極に前記第1の電位が供給されると共に、前記第2の電位供給手段から前記電界効果トランジスタの第2の主電極に前記第3の電位が供給され、
非選択画素に対して、前記出力線及び前記リセットスイッチを介して前記第1の電位供給手段から前記電界効果トランジスタの制御電極に前記第2の電位が供給されると共に、前記第2の電位供給手段から前記電界効果トランジスタの第2の主電極に第4の電位が供給され、
前記電界効果トランジスタは、ディプレッション型であることを特徴とする撮像装置。Each of the photoelectric conversion unit, the field effect transistor that amplifies the signal of the photoelectric conversion unit and outputs the signal from the first main electrode, and the transfer that transfers the signal from the photoelectric conversion unit to the control electrode of the field effect transistor A plurality of pixels including a switch and a reset switch for resetting a potential of a control electrode of the field effect transistor;
An output line for outputting signals from the plurality of pixels;
First potential supply means for selectively supplying a first potential and a second potential different from the first potential to the output line ;
Second potential supply means for selectively supplying a third potential and a fourth potential different from the third potential to the second main electrode of the field effect transistor ;
The reset switch is arranged to control electrical connection between the output line and a control electrode of the field effect transistor ;
The first potential is supplied from the first potential supply means to the control electrode of the field effect transistor via the output line and the reset switch, and the second potential supply means is supplied to the selected pixel. The third potential is supplied to the second main electrode of the field effect transistor from
The second potential is supplied to the non-selected pixel from the first potential supply means to the control electrode of the field effect transistor via the output line and the reset switch, and the second potential supply. Means for supplying a fourth potential to the second main electrode of the field effect transistor;
The field effect transistor is a depletion type imaging device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003059970A JP4336508B2 (en) | 2003-03-06 | 2003-03-06 | Imaging device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003059970A JP4336508B2 (en) | 2003-03-06 | 2003-03-06 | Imaging device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004274229A JP2004274229A (en) | 2004-09-30 |
| JP4336508B2 true JP4336508B2 (en) | 2009-09-30 |
Family
ID=33122649
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003059970A Expired - Fee Related JP4336508B2 (en) | 2003-03-06 | 2003-03-06 | Imaging device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4336508B2 (en) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006295620A (en) * | 2005-04-12 | 2006-10-26 | Pentax Corp | Solid-state image sensor |
| JP4848739B2 (en) * | 2005-11-01 | 2011-12-28 | ソニー株式会社 | Physical quantity detection apparatus and imaging apparatus |
| JP4818018B2 (en) | 2006-08-01 | 2011-11-16 | キヤノン株式会社 | Photoelectric conversion device and imaging system using the same |
| JP5068223B2 (en) * | 2008-06-13 | 2012-11-07 | シャープ株式会社 | Solid-state imaging device, control method therefor, and electronic information device |
| JP5369779B2 (en) | 2009-03-12 | 2013-12-18 | ソニー株式会社 | Solid-state imaging device, driving method of solid-state imaging device, and electronic apparatus |
| KR101029618B1 (en) | 2009-12-30 | 2011-04-21 | 주식회사 하이닉스반도체 | CMOS image sensor |
| JP5267497B2 (en) * | 2010-04-05 | 2013-08-21 | ソニー株式会社 | Solid-state imaging device |
-
2003
- 2003-03-06 JP JP2003059970A patent/JP4336508B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2004274229A (en) | 2004-09-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4194544B2 (en) | Solid-state imaging device and driving method of solid-state imaging device | |
| JP4290066B2 (en) | Solid-state imaging device and imaging system | |
| JP4858281B2 (en) | Solid-state imaging device | |
| US7697042B2 (en) | Solid-state image pickup device and camera | |
| US20040080645A1 (en) | Image pickup apparatus | |
| US20060158543A1 (en) | Solid state image pickup device, camera, and driving method of solid state image pickup device | |
| JP3585219B2 (en) | Solid-state imaging device and imaging system | |
| JP2006197393A (en) | Solid-state imaging device, camera, and driving method of solid-state imaging device | |
| US20030117510A1 (en) | Image pickup apparatus | |
| JP2005217771A (en) | Imaging device | |
| JP2001320630A (en) | Imaging device | |
| JP3890207B2 (en) | Imaging apparatus and imaging system | |
| EP1596579A2 (en) | Solid-state image pickup device and camera utilizing the same | |
| JP2005065184A (en) | Solid-state imaging device and driving method thereof, and video camera and still camera using the same | |
| JP4761491B2 (en) | Solid-state imaging device and imaging system using the same | |
| EP1603323A2 (en) | Solid-state image pickup device and camera using the same | |
| JP4609092B2 (en) | Physical information acquisition method and physical information acquisition device | |
| JP2001024948A (en) | Solid-state imaging device and imaging system using the same | |
| JP4336508B2 (en) | Imaging device | |
| US7999871B2 (en) | Solid-state imaging apparatus, and video camera and digital still camera using the same | |
| JP2002135795A (en) | Imaging device | |
| JP3697164B2 (en) | Scanning circuit and imaging device using the same | |
| JP2007166486A (en) | Solid-state imaging apparatus | |
| JP2007143067A (en) | Imaging apparatus and imaging system | |
| US8872951B2 (en) | Method and system for operating an image data collection device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060303 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20081008 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081014 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081212 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090623 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090629 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120703 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4336508 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120703 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130703 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |