JPH0945887A - Solid-state imaging device - Google Patents
Solid-state imaging deviceInfo
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- JPH0945887A JPH0945887A JP7197469A JP19746995A JPH0945887A JP H0945887 A JPH0945887 A JP H0945887A JP 7197469 A JP7197469 A JP 7197469A JP 19746995 A JP19746995 A JP 19746995A JP H0945887 A JPH0945887 A JP H0945887A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 MOS型固体撮像装置で、画素の微細化プロ
セス製作ができ、キャリア伝送MOSFETのゲインを
確保することを課題とする。
【解決手段】 画素読み出しにMOSトランジスタを設
け、該MOSトランジスタのゲートで受けた光信号電荷
による信号電位を、該MOSトランジスタのドレインよ
り出力する固体撮像装置において、MOSトランジスタ
のゲート電位変化分と出力電位変化分との比が負である
ことを特徴とする。また、MOSトランジスタはエンハ
ンスメント型であることを特徴とする。更に、画素読み
出しにMOSトランジスタを設け、MOSトランジスタ
のゲートで受けた光信号電荷による信号電位をMOSト
ランジスタのドレインより出力する固体撮像装置におい
て、MOSトランジスタのゲートは画素の出力線電位に
リセットされることを特徴とする。
(57) Abstract: It is an object to secure a gain of a carrier transmission MOSFET by enabling a pixel miniaturization process fabrication in a MOS type solid-state imaging device. In a solid-state imaging device in which a MOS transistor is provided for pixel readout, and a signal potential due to an optical signal charge received at the gate of the MOS transistor is output from the drain of the MOS transistor, a change in the gate potential of the MOS transistor and the output are output. It is characterized in that the ratio to the potential change is negative. Further, the MOS transistor is characterized by being of an enhancement type. Further, in a solid-state imaging device in which a MOS transistor is provided for pixel readout and a signal potential due to the optical signal charge received at the gate of the MOS transistor is output from the drain of the MOS transistor, the gate of the MOS transistor is reset to the output line potential of the pixel. It is characterized by
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はMOSトランジスタを用
いた増幅型固体撮像装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an amplification type solid state image pickup device using a MOS transistor.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、固体撮像装置としては、物体から
出た光を受ける数多くのフォトダイオードよりなる受光
面と、受光面に現れた画像を走査して画像信号として取
り出す走査回路と、この受光面と走査回路とをつなぐス
イッチとから構成される。このフォトダイオードの固体
撮像素子には、M0S方式とCCD方式とがあり、MO
Sとは Metal-Oxide-Semiconductorの略で、両方式とも
にMOS型であり、正確にはMOS構造FET型とMO
S構造CCD型とがある。2. Description of the Related Art Conventionally, as a solid-state image pickup device, a light receiving surface composed of a large number of photodiodes for receiving light emitted from an object, a scanning circuit for scanning an image appearing on the light receiving surface to take out as an image signal, and this light receiving surface It is composed of a switch that connects the surface and the scanning circuit. The solid-state image sensor of this photodiode includes a M0S system and a CCD system.
S is an abbreviation for Metal-Oxide-Semiconductor, and both types are MOS type, to be exact, MOS structure FET type and MO type.
There is an S structure CCD type.
【0003】このMOS構造FET型のフォトダイオー
ドに蓄積された光キャリアをMOSトランジスタによっ
て取り出し、走査回路に導出して出力する回路例を図4
に示す。即ち、このように、MOSトランジスタのゲー
トに光信号電荷を蓄積し、ソースフォロワ動作で信号を
読み出す固体撮像装置は、例えば、1993 IEDM
P.583 Eric R.Fossumなどに提案
されている。図4は、このような固体撮像装置の動作を
示すための等価回路図である。同図において、1は単位
画素、2はフォトダイオード、3はソースフォロワで動
作するソースフォロワ用MOSトランジスタ、4はMO
Sトランジスタ3のゲートにフォトダイオード2からの
光信号電荷を転送するための転送用MOSトランジス
タ、5はMOSトランジスタ3のゲートをリセットする
ためのリセット用MOSトランジスタ、6は読み出し画
素を走査・選択するための選択用MOSトランジスタで
あり、上記各符号2,3,4,5,6の各要素によって
画素1が構成されている。FIG. 4 shows an example of a circuit in which the photocarriers stored in this MOS structure FET type photodiode are taken out by a MOS transistor, led out to a scanning circuit and outputted.
Shown in That is, as described above, the solid-state imaging device that accumulates the optical signal charge in the gate of the MOS transistor and reads the signal by the source follower operation is, for example, 1993 IEDM.
P. 583 Eric R. Proposed by Fossum and others. FIG. 4 is an equivalent circuit diagram for showing the operation of such a solid-state imaging device. In the figure, 1 is a unit pixel, 2 is a photodiode, 3 is a source follower MOS transistor operating with a source follower, and 4 is an MO.
A transfer MOS transistor for transferring the optical signal charge from the photodiode 2 to the gate of the S-transistor 3, 5 is a reset MOS transistor for resetting the gate of the MOS transistor 3, and 6 is a scanning / selecting pixel for reading. This is a selection MOS transistor, and the pixel 1 is constituted by the respective elements 2, 3, 4, 5, 6 described above.
【0004】また図4において、7は垂直出力線、8は
定電流源となる負荷用MOSトランジスタで、ソースフ
ォロワ用MOSトランジスタ3と負荷用MOSトランジ
スタ8とでソースフォロワが形成される。さらに、9は
画素のオフセット出力電圧を蓄積するためのオフセット
蓄積容量、10は画素出力電圧を蓄積するための画素蓄
積容量、11は画素オフセット出力転送用MOSトラン
ジスタ、12は画素出力転送用のMOSトランジスタ、
13,14はそれぞれオフセット蓄積容量9,画素蓄積
容量10に蓄積された電圧を水平出力線15,16に転
送するためのMOSトランジスタ、17は画素出力信号
からオフセット分を差し引くための差動アンプ、18は
差動アンプ17の出力端子である。また、φTX,φ
R,φS,φT1,φT2は、それぞれ、MOSトラン
ジスタ4,5,6,11,12のゲートに入力する制御
パルスを、φHはMOSトランジスタ13,14のゲー
トに入力する水平線出力制御パルスを表わす。また、V
DD,VSS,VLはソースフォロワを形成するための電源
電圧を示す。In FIG. 4, 7 is a vertical output line, and 8 is a load MOS transistor that serves as a constant current source. The source follower MOS transistor 3 and the load MOS transistor 8 form a source follower. Further, 9 is an offset storage capacitance for storing the pixel offset output voltage, 10 is a pixel storage capacitance for storing the pixel output voltage, 11 is a pixel offset output transfer MOS transistor, and 12 is a pixel output transfer MOS transistor. Transistor,
Reference numerals 13 and 14 are MOS transistors for transferring the voltages stored in the offset storage capacitor 9 and the pixel storage capacitor 10 to the horizontal output lines 15 and 16, respectively, and 17 is a differential amplifier for subtracting the offset amount from the pixel output signal, Reference numeral 18 is an output terminal of the differential amplifier 17. Also, φTX, φ
R, φS, φT1, and φT2 represent control pulses input to the gates of the MOS transistors 4, 5, 6, 11, and 12, respectively, and φH represents a horizontal line output control pulse input to the gates of the MOS transistors 13 and 14. Also, V
DD, VSS and VL represent power supply voltages for forming a source follower.
【0005】図4においては、回路を簡単化して書いて
いるが、垂直出力回路系としての各符号7,8,9,1
0,11,12,13,14は、実際には複数個並列に
並べられており、また各垂直出力線に接続する画素1も
各垂直出力線上に複数画素が並列に接続され、こうして
各画素は縦横に数十万個並べられている。Although the circuit is simplified in FIG. 4, the reference numerals 7, 8, 9, 1 as the vertical output circuit system are shown.
A plurality of 0, 11, 12, 13, and 14 are actually arranged in parallel, and the pixel 1 connected to each vertical output line has a plurality of pixels connected in parallel on each vertical output line. There are hundreds of thousands arranged in rows and columns.
【0006】次に、図5を用いて、図4のセンサの動作
説明を行なう。最初に制御パルスφSをHighとして
読み出し画素1の選択を行なった後、制御パルスφRに
Highパルスを入れてソースフォロワ用MOSトラン
ジスタ3のゲートを電源VDDにリセットする。このソー
スフォロワ用MOSトランジスタ3のオフセット出力電
圧は、制御パルスφT1のHighパルスにより、画素オ
フセット出力転送用MOSトランジスタ11がオンとな
り、オフセット蓄積容量9に蓄積される。次に制御パル
スφTXのHighパルスによりフォトダイオード2に蓄
積されている光電荷を転送用MOSトランジスタ4を通
してソースフォロワ用MOSトランジスタ3のゲートに
移送する。これにより、ソースフォロワ出力はオフセッ
トに信号を加えたものとなり、それが制御パルスφT2
のHighパルスにより、画素出力転送用MOSトラン
ジスタ12を通して画素蓄積容量10に転送される。制
御パルスφSをLowとして、画素1の読み出し選択を
終えた後は、制御パルスφHのHighパルスにより、
水平線出力用MOSトランジスタ13,14を通してオ
フセット出力と、オフセットに信号を加えた画素出力と
をそれぞれ水平出力線15,16に転送し、差動アンプ
17を通したオフセット分のない信号を端子18から出
力させる。Next, the operation of the sensor shown in FIG. 4 will be described with reference to FIG. First, the control pulse φS is set to High to select the read pixel 1, and then a High pulse is input to the control pulse φR to reset the gate of the source follower MOS transistor 3 to the power supply VDD. The offset output voltage of the source follower MOS transistor 3 is stored in the offset storage capacitor 9 by turning on the pixel offset output transfer MOS transistor 11 by the High pulse of the control pulse φT1. Next, by the high pulse of the control pulse φTX, the photocharges stored in the photodiode 2 are transferred to the gate of the source follower MOS transistor 3 through the transfer MOS transistor 4. This causes the source follower output to be the offset plus the signal, which is the control pulse φT2.
Is transferred to the pixel storage capacitor 10 through the pixel output transfer MOS transistor 12. After the control pulse φS is set to Low and the reading selection of the pixel 1 is completed, by the High pulse of the control pulse φH,
The offset output and the pixel output obtained by adding a signal to the offset are transferred to the horizontal output lines 15 and 16 through the horizontal line output MOS transistors 13 and 14, respectively, and the signal without the offset amount that has passed through the differential amplifier 17 is output from the terminal 18. Output.
【0007】以上の動作からわかるように各画素をリセ
ットしたオフセット出力と、リセットされたゲートに加
算される画素信号の出力とを差し引くことができるた
め、各画素出力のばらつきである固定パターンノイズ
も、リセット時に発生するkTCノイズであるランダム
ノイズも含まない信号を得ることができる。As can be seen from the above operation, the offset output obtained by resetting each pixel and the output of the pixel signal added to the reset gate can be subtracted, so that fixed pattern noise, which is a variation in each pixel output, is also generated. Therefore, it is possible to obtain a signal that does not include random noise that is kTC noise generated at reset.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、1つの画素がフォトダイオードと4つのMO
Sトランジスタとで構成され、また画素内にVDD電源線
とグラウンド線が通るため、高密度画素が必要な用途
で、画素サイズが小さい場合には、開口面積が著しく小
さくなるか、または微細化プロセスを用いても有効な面
積の画素を製作できないという欠点があった。また、電
源VDDのレベルにソースフォロワのゲートをリセットす
るため、リセットパルスφRのHighレベルは電源V
DDよりさらに高くしなければならず、電圧幅の大きなパ
ルスが必要となる。However, in the above conventional example, one pixel is a photodiode and four MOs.
Since it is composed of S-transistor, and VDD power line and ground line pass through in the pixel, the opening area is remarkably reduced or the miniaturization process in the case where the pixel size is small in the application requiring high density pixel. However, there is a drawback that a pixel having an effective area cannot be manufactured even by using. Further, since the gate of the source follower is reset to the level of the power supply VDD, the high level of the reset pulse φR is the power supply V
It must be higher than DD, and requires a pulse with a wide voltage range.
【0009】さらに、ソースフォロワのゲインは最大1
であるため、蓄積容量9,10から水平出力線15,1
6に信号転送される時に容量分割を受けて信号電位が下
がり、水平出力線や、差動アンプのノイズによってS/
Nが低下しやすいという欠点もあった。Further, the maximum gain of the source follower is 1
Therefore, from the storage capacitors 9 and 10 to the horizontal output lines 15 and 1,
When the signal is transferred to 6, the signal potential is lowered due to capacitance division, and S / due to the noise of the horizontal output line and the differential amplifier.
There is also a drawback that N tends to decrease.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ため、本発明の固体撮像装置は、画素がフォトダイオー
ドとMOSトランジスタとで構成され、フォトダイオー
ドからの光電荷が移送されるゲートを持つMOSトラン
ジスタは、垂直出力線に接続したMOSトランジスタと
ともに反転アンプを形成することを特徴とする。上記構
成において、信号の読み出しは従来例と同じようにオフ
セット出力と、オフセットに信号が加算された出力との
差分をセンサ出力とする。In order to solve the above-mentioned problems, the solid-state image pickup device of the present invention has a pixel which is composed of a photodiode and a MOS transistor, and has a gate to which the photocharge from the photodiode is transferred. The MOS transistor is characterized in that it forms an inverting amplifier together with the MOS transistor connected to the vertical output line. In the above-described configuration, the signal is read by using the difference between the offset output and the output obtained by adding the signal to the offset as the sensor output, as in the conventional example.
【0011】具体的には、画素読み出しにMOSトラン
ジスタを設け、該MOSトランジスタのゲートで受けた
光信号電荷による信号電位を、該MOSトランジスタの
ドレインより出力する固体撮像装置において、MOSト
ランジスタのゲート電位変化分と出力電位変化分との比
が負であることを特徴とする。フォトダイオード又はフ
ォトトランジスタの光電荷を読み出す場合に反転増幅型
のMOSトランジスタ回路を用いて、高い出力レベルと
高S/Nの画像信号を得ることができる。Specifically, in a solid-state image pickup device in which a MOS transistor is provided for pixel readout and a signal potential due to an optical signal charge received at the gate of the MOS transistor is output from the drain of the MOS transistor, the gate potential of the MOS transistor It is characterized in that the ratio between the change and the output potential change is negative. When reading out the photocharges of the photodiode or phototransistor, an inverting amplification type MOS transistor circuit can be used to obtain an image signal of high output level and high S / N.
【0012】また、MOSトランジスタはエンハンスメ
ント型であることを特徴とする。2ゲート型MOSトラ
ンジスタではなく、1ゲート型MOSトランジスタを用
いるためである。Further, the MOS transistor is characterized by being of an enhancement type. This is because a 1-gate MOS transistor is used instead of a 2-gate MOS transistor.
【0013】さらに、画素読み出しにMOSトランジス
タを設け、前記MOSトランジスタのゲートで受けた光
信号電荷による信号電位を前記MOSトランジスタのド
レインより出力する固体撮像装置において、MOSトラ
ンジスタのゲートは画素の出力線電位にリセットされる
ことを特徴とする。ゲートの残留光電荷を消去して正確
な画像信号を得ることができる。また、MOSトランジ
スタのドレインに定電流源用のMOSトランジスタを接
続したことを特徴とする。電源の供給によって増幅作用
を行なう場合、出力線に定電流を印加する。Further, in a solid-state image pickup device in which a MOS transistor is provided for pixel readout and a signal potential due to an optical signal charge received by the gate of the MOS transistor is output from the drain of the MOS transistor, the gate of the MOS transistor is the output line of the pixel. It is characterized in that it is reset to a potential. An accurate image signal can be obtained by eliminating the residual photocharge of the gate. Further, it is characterized in that a MOS transistor for a constant current source is connected to the drain of the MOS transistor. When the power is supplied to perform amplification, a constant current is applied to the output line.
【0014】[0014]
(1)第1の実施例 図1は本発明による第1の実施例固体撮像装置の画素を
含む周辺の等価回路図図である。同図において、20は
フォトダイオード2からの光電荷をそのゲートに受けて
ドレインから信号出力を行なうためのMOSトランジス
タ、22はMOSトランジスタ20と反転アンプを形成
するためのMOSトランジスタであり、MOSトランジ
スタ22のドレインとゲートは電源VDDに接続され、ソ
ースは垂直出力線7に接続している。21はMOSトラ
ンジスタ20のゲートを出力線7の電位にリセットする
MOSトランジスタである。図1において、図4と共通
する部分に関しては同一符号を記して、詳細な説明を省
略する。(1) First Embodiment FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of a peripheral portion including pixels of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. In the figure, 20 is a MOS transistor for receiving a photocharge from the photodiode 2 at its gate and outputting a signal from its drain, and 22 is a MOS transistor for forming an MOS transistor 20 and an inverting amplifier. The drain and gate of 22 are connected to the power supply VDD, and the source is connected to the vertical output line 7. Reference numeral 21 is a MOS transistor that resets the gate of the MOS transistor 20 to the potential of the output line 7. In FIG. 1, parts common to those in FIG. 4 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【0015】図2はMOSトランジスタ20とMOSト
ランジスタ22とで構成される反転アンプの入出力特性
を示す図であり、MOSトランジスタ21を通してリセ
ットされるMOSトランジスタ20のゲート電位は反転
アンプの入力電位=出力電位で決まる電位となる。FIG. 2 is a diagram showing the input / output characteristics of the inverting amplifier composed of the MOS transistor 20 and the MOS transistor 22. The gate potential of the MOS transistor 20 reset through the MOS transistor 21 is the input potential of the inverting amplifier = The potential is determined by the output potential.
【0016】以下、本固体撮像装置の動作について説明
する。図1に示すセンサの駆動は図5で示すのと同じパ
ルスタイミングで行なわれる。まず制御パルスφSがハ
イとなり、MOSトランジスタ20がオン状態となり第
1のゲート電位が増幅される状態となる。次に制御パル
スφRがハイとなりMOSトランジスタ21がオンとな
ってMOSトランジスタ20の第1のゲートが出力線7
と導通する。同時に制御パルスφT1がハイとなってMO
Sトランジスタ11が導通して、MOSトランジスタ2
0のドレインからの高電位出力が出力線7を通してMO
Sトランジスタ20の第1のゲートの電位が増幅された
オフセット電荷として蓄積容量9に蓄積される。次に制
御パルスφRがローとなり続いて制御パルスφT1がロー
となってリセット処理を終了する。つぎに、制御パルス
φTXと制御パルスφT2がハイとなって、フォトダイオー
ド2の光電荷をMOSトランジスタ4をオンしてMOS
トランジスタ20の第1のゲートに転送し、制御パルス
φSがハイのままであるから、同時に該光電荷をMOS
トランジスタ20のドレインに出力する。そうして、M
OSトランジスタ22は定電流源であるので、ゲート電
圧をMOSトランジスタ20は所定の増幅度に増幅して
出力線7に出力する。出力線7の増幅された光電荷はM
OSトランジスタ12がオンとなり、蓄積容量10に増
幅されたオフセット電荷と光電荷が蓄積される。The operation of the solid-state image pickup device will be described below. The sensor shown in FIG. 1 is driven at the same pulse timing as shown in FIG. First, the control pulse φS becomes high, the MOS transistor 20 is turned on, and the first gate potential is amplified. Next, the control pulse φR becomes high, the MOS transistor 21 is turned on, and the first gate of the MOS transistor 20 becomes the output line 7.
To conduct. At the same time, the control pulse φT1 goes high and MO
When the S transistor 11 is turned on, the MOS transistor 2
The high potential output from the drain of 0 is MO through the output line 7.
The potential of the first gate of the S transistor 20 is stored in the storage capacitor 9 as amplified offset charge. Next, the control pulse φR goes low, and then the control pulse φT1 goes low, ending the reset process. Next, the control pulse φTX and the control pulse φT2 become high, and the photocharge of the photodiode 2 is turned on by turning on the MOS transistor 4.
Transfer the photocharge to the first gate of the transistor 20 and the control pulse φS remains high, so
Output to the drain of the transistor 20. Then M
Since the OS transistor 22 is a constant current source, the MOS transistor 20 amplifies the gate voltage to a predetermined amplification degree and outputs it to the output line 7. The amplified photocharge on the output line 7 is M
The OS transistor 12 is turned on, and the offset charge and the photocharge that have been amplified are stored in the storage capacitor 10.
【0017】その後、制御パルスφSがローとなり、M
OSトランジスタ20の動作がオフし、次に制御パルス
φHがハイとなり、MOSトランジスタ13,14がオ
ンとなり、蓄積容量9,10の増幅されたオフセット電
荷と光電荷が垂直出力線15,16に出力し、差動アン
プ17にて両出力線15,16の各電荷の差を取って増
幅され、オフセット電位をキャンセル削除され、増幅さ
れた真の光電荷分の画像信号を出力端子18から出力さ
れる。After that, the control pulse φS becomes low, and M
The operation of the OS transistor 20 is turned off, then the control pulse φH becomes high, the MOS transistors 13 and 14 are turned on, and the amplified offset charge and photocharge of the storage capacitors 9 and 10 are output to the vertical output lines 15 and 16. Then, the difference amplifier 17 obtains the difference between the electric charges of both the output lines 15 and 16 and amplifies it, cancels and eliminates the offset potential, and outputs the amplified image signal of the true photocharge from the output terminal 18. It
【0018】上記の一垂直出力は他の垂直出力線につい
ても同様に走査され、また不図示の水平出力線について
も同様な走査が繰り返され、縦横に配列された画素の光
電荷を順次出力することで、イメージセンサ又はエリア
センサの画像出力信号を出力することができる。The above-mentioned one vertical output is similarly scanned for the other vertical output lines, and the same scanning is repeated for the horizontal output line (not shown) to sequentially output the photocharges of the pixels arranged vertically and horizontally. Thus, the image output signal of the image sensor or the area sensor can be output.
【0019】本発明においては、MOSトランジスタ2
0のゲート電位変化分とドレイン出力電位変化分との比
が負となり、図4で示す従来例と比べて出力は反転する
が、反転アンプゲインを1以上にとることができ、差動
アンプ等の回路から入る種々のノイズによるS/Nの低
下は小さく抑えられる。また、MOSトランジスタ2
0,22の増幅型とし、MOSトランジスタ22を定電
流源として動作させているので、MOSトランジスタの
構成を低電圧動作構造とすることにより低電圧駆動の固
体撮像装置とすることも可能である。In the present invention, the MOS transistor 2
The ratio between the change in the gate potential of 0 and the change in the drain output potential becomes negative, and the output is inverted as compared with the conventional example shown in FIG. 4, but the inverting amplifier gain can be set to 1 or more, and the differential amplifier, etc. The decrease in S / N due to various noises coming from the circuit is suppressed small. Also, the MOS transistor 2
Since the amplification type is 0, 22 and the MOS transistor 22 is operated as a constant current source, a low voltage driving solid-state imaging device can be obtained by configuring the MOS transistor to have a low voltage operation structure.
【0020】また、従来に比べて画素にVDD電源線が通
らないので、画素部分における微細画素作成の困難が緩
和され、開口面積を従来画素に比べて大きくとりやす
く、この点でもS/Nを向上することができ、高品質の
画像信号を得ることができる。Further, since the VDD power supply line does not pass through the pixel as compared with the conventional one, the difficulty of forming a fine pixel in the pixel portion is alleviated, and the aperture area can be made larger than that of the conventional pixel. It is possible to improve and obtain a high quality image signal.
【0021】(2)第2の実施例 図3は、本発明の第2の実施例による固体撮像装置の1
画素と周辺を含む等価回路図である。同図において、2
3は出力線7を接地するためのスイッチ用MOSトラン
ジスタであり、MOSトランジスタ23のゲートに印加
されるパルス制御パルスφVCによってスイッチが制御さ
れる。MOSトランジスタ22のゲートは制御パルスφ
Lで制御される。第2の実施例においては画素からの読
み出し選択用のMOSトランジスタがなく、反転アンプ
用MOSトランジスタ20のドレインが出力線7と直接
接続されている。このため、読み出しを行なわない画素
のMOSトランジスタ20はオフしていなければならな
い。このため制御パルスφLをローとしてMOSトラン
ジスタ22をオフし、制御パルスφVCをハイとしてMO
Sトランジスタ23をオンして出力線7を接地し、この
状態で制御パルスφRのハイパルスによりリセット用M
OSトランジスタ21を通してMOSトランジスタ20
のゲートを接地してリセットする。MOSトランジスタ
20はゲート・ソース電圧がゼロで非導通のエンハンス
メントとなるように作られており、読み出しを行なわな
い画素即ち非選択画素の反転アンプMOS20のゲート
電位を0V(GND)としたときに反転アンプMOS2
0を完全にオフしておく必要があるために、非選択画素
からの出力はなくなる。次に制御パルスφVCをローと
し、制御パルスφLをハイとした状態で、読み出し画素
の選択、読み出しを図5のタイミングに従って行なう。(2) Second Embodiment FIG. 3 shows a solid-state image pickup device 1 according to a second embodiment of the present invention.
It is an equivalent circuit diagram including a pixel and a periphery. In the figure, 2
Reference numeral 3 denotes a switch MOS transistor for grounding the output line 7, and the switch is controlled by a pulse control pulse φVC applied to the gate of the MOS transistor 23. The gate of the MOS transistor 22 has a control pulse φ.
Controlled by L. In the second embodiment, there is no MOS transistor for reading and selecting from the pixel, and the drain of the inverting amplifier MOS transistor 20 is directly connected to the output line 7. Therefore, the MOS transistor 20 of the pixel that is not read out must be turned off. Therefore, the control pulse φL is set to low to turn off the MOS transistor 22, and the control pulse φVC is set to high to set MO.
The S transistor 23 is turned on, the output line 7 is grounded, and in this state, a high pulse of the control pulse φR causes a reset M
MOS transistor 20 through OS transistor 21
Ground the gate of to reset. The MOS transistor 20 is made to have non-conduction enhancement when the gate-source voltage is zero, and is inverted when the gate potential of the inverting amplifier MOS 20 of the pixel which is not read, that is, the non-selected pixel is set to 0V (GND). Amplifier MOS2
Since 0 must be completely turned off, there is no output from non-selected pixels. Next, with the control pulse φVC set to low and the control pulse φL set to high, the read pixels are selected and read according to the timing shown in FIG.
【0022】すなわち、制御パルスφVCをローとし、制
御パルスφLをハイとした状態で、エンハンスメント型
MOSトランジスタ20が導通し、制御パルスφT1がハ
イとなり、反転アンプ用MOSトランジスタ20にて増
幅されたオフセット電位を蓄積容量9に蓄積し、つぎ
に、制御パルスφTXをハイとして転送用MOSトランジ
スタを導通し、及び制御パルスφT2をハイとして、増幅
された光電荷とオフセット電位とを蓄積容量10に蓄積
し、制御パルスφHをハイとして各蓄積容量9,10の
蓄積電荷を垂直出力線15,16に出力し、差動アンプ
17にて両出力線15,16の各電荷の差を取って増幅
し、オフセット電位を削除して、増幅された真の光電荷
分の画像信号を出力端子18から出力される。That is, with the control pulse φVC set to low and the control pulse φL set to high, the enhancement-type MOS transistor 20 becomes conductive, the control pulse φT1 becomes high, and the offset amplified by the inverting amplifier MOS transistor 20. The potential is stored in the storage capacitor 9, the control pulse φTX is set to high to turn on the transfer MOS transistor, and the control pulse φT2 is set to high to store the amplified photocharge and the offset potential in the storage capacitor 10. , The control pulse φH is set to high to output the accumulated charges of the storage capacitors 9 and 10 to the vertical output lines 15 and 16, and the differential amplifier 17 obtains and amplifies the difference between the charges of both output lines 15 and 16, The offset potential is deleted, and the amplified image signal of the true photocharge is output from the output terminal 18.
【0023】上記実施例では、1フォトダイオードで検
出された光電荷を出力する1画素の動作について説明し
たが、ラインセンサとする場合は1ライン分の複数の画
素を並べて配列し、順次垂直出力線を走査することで1
ライン分の画像信号を得ることができ、またエリアセン
サとする場合は縦横にそれぞれ複数個の画素を配列し、
各水平ラインと各垂直ラインを順次走査して、2次元の
画像信号を得ることができる。In the above embodiment, the operation of one pixel which outputs the photocharge detected by one photodiode has been described. However, when a line sensor is used, a plurality of pixels for one line are arranged side by side and sequentially output vertically. 1 by scanning the line
Image signals for lines can be obtained, and when it is used as an area sensor, a plurality of pixels are arranged vertically and horizontally,
A two-dimensional image signal can be obtained by sequentially scanning each horizontal line and each vertical line.
【0024】このような第2の実施例の構成によれば、
従来例と比べて、画素にはVDD電源線がない上、画素中
のMOSトランジスタは反転アンプ用、転送用、及びリ
セット用の3つとなり、微細画素を作る上で、製作の容
易さ、開口部の広さといった点で従来に比べて非常に有
利となる。According to the configuration of the second embodiment as described above,
Compared with the conventional example, the pixel does not have a VDD power supply line, and the MOS transistors in the pixel are three for inverting amplifier, transfer, and reset. This is extremely advantageous over the conventional one in terms of the size of the part.
【0025】[0025]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ゲインを1以上に設定できる反転アンプ用のMOSトラ
ンジスタで画素の出力を行なうようにしているため、従
来の増幅型MOSセンサと比べてセンサ出力電位を大き
くとれるため、S/Nの低下を抑えるのに有効である。
さらに、従来の画素構成に比べて、電源線を設けず、M
OSトランジスタ数を減らすことができ、微細画素の用
途に対して製造が容易となり、かつ開口面積を広くとれ
るのでS/Nが向上する。As described above, according to the present invention,
Since the pixel output is performed by the MOS transistor for the inverting amplifier that can set the gain to 1 or more, the sensor output potential can be made larger than that of the conventional amplification type MOS sensor, so that the decrease of the S / N can be suppressed. Is effective for.
Further, compared to the conventional pixel configuration, the power line is not provided, and M
The number of OS transistors can be reduced, manufacturing can be facilitated for applications of fine pixels, and the opening area can be widened, so that S / N is improved.
【図1】本発明の第1の実施例を示す等価回路図であ
る。FIG. 1 is an equivalent circuit diagram showing a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の画素のリセット電位を決める入出力特
性図である。FIG. 2 is an input / output characteristic diagram that determines a reset potential of a pixel of the present invention.
【図3】本発明の第2の実施例を示す等価回路図であ
る。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram showing a second embodiment of the present invention.
【図4】従来例の固体撮像装置の等価回路図である。FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of a conventional solid-state imaging device.
【図5】本発明及び従来例の画素の駆動方法を示すパル
スタイミング図である。FIG. 5 is a pulse timing diagram showing a pixel driving method of the present invention and a conventional example.
1 画素 2 フォトダイオード 3,4,5,6 MOSトランジスタ 7 出力線 8 MOSトランジスタ 9,10 蓄積容量 11,12 MOSトランジスタ 13,14 MOSトランジスタ 15,16 出力線 17 差動アンプ 18 出力端子 20,21,22,23 MOSトランジスタ 1 Pixel 2 Photodiode 3, 4, 5, 6 MOS Transistor 7 Output Line 8 MOS Transistor 9, 10 Storage Capacitance 11, 12 MOS Transistor 13, 14 MOS Transistor 15, 16 Output Line 17 Differential Amplifier 18 Output Terminal 20, 21 , 22, 23 MOS transistors
Claims (4)
け、該MOSトランジスタのゲートで受けた光信号電荷
による信号電位を、該MOSトランジスタのドレインよ
り出力する固体撮像装置において、 前記MOSトランジスタのゲート電位変化分と出力電位
変化分との比が負であることを特徴とする固体撮像装
置。1. A solid-state imaging device in which a MOS transistor is provided for pixel readout, and a signal potential due to an optical signal charge received at the gate of the MOS transistor is output from the drain of the MOS transistor, the gate potential change amount of the MOS transistor A solid-state imaging device, wherein the ratio of the change in output potential to the change in output potential is negative.
て、前記MOSトランジスタはエンハンスメント型であ
ることを特徴とする固体撮像装置。2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the MOS transistor is an enhancement type.
け、前記MOSトランジスタのゲートで受けた光信号電
荷による信号電位を前記MOSトランジスタのドレイン
より出力する固体撮像装置において、 前記MOSトランジスタのゲートは画素の出力線電位に
リセットされることを特徴とする固体撮像装置。3. A solid-state imaging device, wherein a MOS transistor is provided for pixel readout, and a signal potential due to an optical signal charge received by the gate of the MOS transistor is output from the drain of the MOS transistor, wherein the gate of the MOS transistor outputs the pixel. A solid-state imaging device characterized by being reset to a line potential.
て、前記MOSトランジスタのドレインに定電流源用の
MOSトランジスタを接続したことを特徴とする固体撮
像装置。4. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein a MOS transistor for a constant current source is connected to the drain of the MOS transistor.
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|---|---|---|---|
| JP19746995A JP3149126B2 (en) | 1995-08-02 | 1995-08-02 | Solid-state imaging device |
| DE69631356T DE69631356T2 (en) | 1995-08-02 | 1996-07-31 | Semiconductor image sensor with common output power |
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| EP96305640A EP0757475B1 (en) | 1995-08-02 | 1996-07-31 | Solid-state image sensing device with common output line |
| US08/690,935 US5698844A (en) | 1995-08-02 | 1996-08-01 | Solid-state image sensing device and method of controlling the solid-state image sensing device |
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|---|---|
| JP (1) | JP3149126B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11284910A (en) * | 1998-03-31 | 1999-10-15 | Toshiba Corp | Solid-state imaging device and driving method of solid-state imaging device |
| JP2002247451A (en) * | 2001-02-21 | 2002-08-30 | Canon Inc | Imaging device |
| CN112102767A (en) * | 2020-10-14 | 2020-12-18 | 南京中电熊猫液晶显示科技有限公司 | Pixel circuit and compensation method thereof |
-
1995
- 1995-08-02 JP JP19746995A patent/JP3149126B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11284910A (en) * | 1998-03-31 | 1999-10-15 | Toshiba Corp | Solid-state imaging device and driving method of solid-state imaging device |
| JP2002247451A (en) * | 2001-02-21 | 2002-08-30 | Canon Inc | Imaging device |
| CN112102767A (en) * | 2020-10-14 | 2020-12-18 | 南京中电熊猫液晶显示科技有限公司 | Pixel circuit and compensation method thereof |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3149126B2 (en) | 2001-03-26 |
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