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増幅型固体撮像装置

国内特許コード P07A009881
整理番号 ShIP‐P04081
掲載日 2007年5月25日
出願番号 特願2004-109589
公開番号 特開2005-295346
登録番号 特許第4243688号
出願日 平成16年4月2日(2004.4.2)
公開日 平成17年10月20日(2005.10.20)
登録日 平成21年1月16日(2009.1.16)
発明者
  • 川人 祥二
出願人
  • 学校法人静岡大学
発明の名称 増幅型固体撮像装置
発明の概要

【課題】本発明は、特別に複雑なプロセスを用いることなく、標準的なCMOSプロセスまたは、これに簡単な追加工程で実現でき、十分な光電変換感度と、低ノイズ特性を有する全画素同時電子シャッタ機能をもつイメージセンサを提供する。
【解決手段】 フォトダイオード(PD)のカソード部には、結合容量(Ct)と検出容量(Cs)の一端が接続され、Ctの他端は、反転増幅器の入力に接続する。また、Csの他端は、反転増幅器の出力に接続される。反転増幅器の出力には、帯域制限のための負荷容量CL1が接続されている。また制御信号SSで制御されるMOSトランジスタスイッチと、容量CL2からなるサンプルホールド回路(SH)が接続されている。サンプルホールド回路に記憶された電圧は、ソースフォロワバッファアンプにより、垂直信号線に読み出される。
【選択図】 図1

従来技術、競合技術の概要


[1] 特表2000-504489, 電子的シャッタ動作を備えた能動ピクセルセンサアレイ
[2] US Patent Number 5,986,297 Color active pixel sensor with electronic shuttering, anti-blooming, and low-cross-talk
[3] 特開平11-177076(特願平9-350163), 固体撮像装置
CMOSイメージセンサで全画素同時電子シャッタ動作を行う従来の方法としては、文献[1][2][3]に開示されている方法がある。
文献[1]の方法は、フォトゲートと呼ばれる光電変換素子構造を用いるもので、標準的なCMOSプロセスで実現した場合には、青色領域の感度が低下する、暗電流が大きくなるという課題がある。文献[2]及び文献[3]に開示されている方法は、イメージセンサの特性を向上するための特別な製造工程を取り入れたCMOSイメージセンサであり、製造工程が複雑であるために、製作コストが高くなるという課題がある。

【特許文献1】特表2000-504489号公報

【特許文献2】特開平11-177076号公報

【非特許文献1】米国特許第5986297号明細書

産業上の利用分野


この発明は、反転増幅器を用いた高速撮像装置用の全画素同時シャッタ動作が可能な画素回路として、リセット雑音を低減する機能を備え、大きな電圧振幅が得られる高感度画素回路に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
フォトダイオード(PD)と、第1のリセット用スイッチトランジスタ(RT)と、電荷検出用容量(Cs)と、反転増幅器(AMP)と、該反転増幅器の入出力間に接続される第2のリセット用スイッチトランジスタ(RT1)と、前記反転増幅器の入力と前記フォトダイオードとの間に接続される結合用容量(Ct)と、前記反転増幅器の出力に接続されるサンプルホールド回路(SH)とからなり、電荷検出用容量(Cs)がフォトダイオードと反転増幅器の出力間に接続されることで、結合用容量、反転増幅器、電荷検出容量により閉回路を構成し、電荷検出用容量で決まる高い変換利得と、大きな線形出力範囲を得るとともに、サンプルホールド回路による全画素同時シャッタ機能を有することを特徴とする増幅型固体撮像装置。

【請求項2】
前記サンプルホールド回路は、フォトダイオード部の電荷蓄積を初期化したリセットレベルと、電荷蓄積を行った信号レベルのそれぞれを記憶するための手段を備え、両レベルの差を得て、固定パターン雑音の低減を図るために両レベルを個別に出力することを特徴とする請求項1記載の増幅型固体撮像装置。

【請求項3】
前記サンプルホールド回路は、フォトダイオード部の読み出したい信号電荷を蓄積する以前に初期化した第1のリセットレベル(A)、電荷蓄積を行った後の信号レベル(B)、電荷蓄積後に初期化した第2のリセットレベル(C)のそれぞれを記憶するための手段を備え、リセットノイズをキャンセルし、低雑音化を図るために前記第1のリセットレベル,信号レベル及び第2のリセットレベルを個別に出力することを特徴とする請求項1記載の増幅型固体撮像装置。

【請求項4】
前記第1,第2のリセット用スイッチトランジスタ(RT,RT1)に対して制御信号を印加するとともにリセット電圧(VR)を変化させる電荷初期化手段を設け、該電荷初期化手段は、第1のリセット用スイッチトランジスタ(RT)をオフにしておき、そのリセット電圧を一端低い電圧に設定し、第1のリセット用スイッチトランジスタ(RT)をオンにして、フォトダイオードの電圧をこれと同じに設定した後、リセット電圧を高い電圧に戻すものであり、このとき、同時に反転増幅器の入出力間に接続された第2のリセット用スイッチトランジスタ(RT1)を緩い傾斜のゲート電圧で徐々にオフさせることでリセットノイズの低減を図ることを特徴とする請求項1記載の増幅型固体撮像装置。

【請求項5】
フォトダイオード(PD)と、第1のリセット用スイッチトランジスタ(RT)と、電荷検出用容量(Cs)と、反転増幅器(AMP)と、該反転増幅器の入出力間に接続される第2のリセット用トランジスタ(RT1)と、前記反転増幅器の入力と前記フォトダイオードとの間に接続される結合用容量(Ct)と、前記反転増幅器の出力に接続されるサンプルホールド回路(SH)とからなり、電荷検出用容量(Cs)が反転増幅器の入力と出力間に接続されることで、結合用容量と電荷検出用容量との比で決まる高い変換利得と、大きな線形出力範囲を得るとともに、サンプルホールド回路により、全画素同時シャッタ機能を有することを特徴とする増幅型固体撮像装置。
産業区分
  • テレビ
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2004109589thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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