JP2001230399A - Solid-state image sensor - Google Patents

Solid-state image sensor

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JP2001230399A
JP2001230399A JP2000046700A JP2000046700A JP2001230399A JP 2001230399 A JP2001230399 A JP 2001230399A JP 2000046700 A JP2000046700 A JP 2000046700A JP 2000046700 A JP2000046700 A JP 2000046700A JP 2001230399 A JP2001230399 A JP 2001230399A
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JP
Japan
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electrode
mos transistor
transistor
output
phototransistor
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Application number
JP2000046700A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenji Takada
謙二 高田
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Minolta Co Ltd
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Minolta Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state image sensor of which the output from a pixel is high and that can obtain a high quality imaging signal. SOLUTION: When light is incident on a phototransistor PTr, a current that matches an amount of incident light based on the phototransistor PTr by the base-emitter PN junction. an emitter current in which this base current is amplified flows as a photocurrent and a logarithmically converted voltage appears at a gate of a MOS transistor T1 that performs an operation in a sub-threshold region. Subsequently, when an integrated voltage appears at a connection node (a) in accordance with this logarithmically converted voltage and a MOS T6 is set to ON, and output current that corresponds the voltage of this connection node (a) is outputted to an output signal line.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像装置に関す
るものであり、特に画素を二次元に配置した固体撮像装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a solid-state imaging device in which pixels are two-dimensionally arranged.

【0002】[0002]

【従来の技術】フォトダイオード等の光電変換素子(感
光素子)と、その光電変換素子で発生した光電荷を出力
信号線へ取り出す手段とを含む画素をマトリクス状(行
列状)に配してなる二次元固体撮像装置は種々の用途に
供されている。ところで、このような固体撮像装置は光
電変換素子で発生した光電荷を読み出す(取り出す)手
段によってCCD型とMOS型に大きく分けられる。C
CD型は光電荷をポテンシャルの井戸に蓄積しつつ、転
送するようになっており、ダイナミックレンジが狭いと
いう欠点がある。一方、MOS型はフォトダイオードの
pn接合容量に蓄積した電荷をMOSトランジスタを通
して直接読み出すようになっていた。
2. Description of the Related Art Pixels each including a photoelectric conversion element (photosensitive element) such as a photodiode and a means for extracting photocharges generated by the photoelectric conversion element to an output signal line are arranged in a matrix. Two-dimensional solid-state imaging devices are used for various purposes. By the way, such a solid-state imaging device is roughly classified into a CCD type and a MOS type by means for reading out (extracting) photocharges generated by a photoelectric conversion element. C
The CD type is designed to transfer a photocharge while accumulating it in a potential well, and has a drawback that a dynamic range is narrow. On the other hand, in the MOS type, the charge accumulated in the pn junction capacitance of the photodiode is directly read out through a MOS transistor.

【0003】ここで、従来のMOS型固体撮像装置の1
画素当りの構成を図19に示し説明する。同図におい
て、PDはフォトダイオードであり、そのカソードがM
OSトランジスタT1のゲートとMOSトランジスタT
2のソースに接続されている。MOSトランジスタT1
のソースはMOSトランジスタT3のドレインに接続さ
れ、MOSトランジスタT3のソースは出力信号線Vou
tへ接続されている。またMOSトランジスタT1のド
レイン及びMOSトランジスタT2のドレインには直流
電圧VPDが印加され、フォトダイオードのアノードには
直流電圧VPSが印加されている。
Here, one of the conventional MOS-type solid-state imaging devices is described.
A configuration per pixel is shown in FIG. 19 and described. In the figure, PD is a photodiode whose cathode is M
The gate of the OS transistor T1 and the MOS transistor T
2 sources. MOS transistor T1
Is connected to the drain of the MOS transistor T3, and the source of the MOS transistor T3 is connected to the output signal line Vou.
Connected to t. The DC voltage VPD is applied to the drain of the MOS transistor T1 and the drain of the MOS transistor T2, and the DC voltage VPS is applied to the anode of the photodiode.

【0004】フォトダイオードPDに光が入射すると、
光電荷が発生し、その電荷はMOSトランジスタT1の
ゲートに蓄積される。ここで、MOSトランジスタT3
のゲートにパルス信号φVを与えてMOSトランジスタ
T3をONすると、MOSトランジスタT1のゲートの
電荷に比例した電流がMOSトランジスタT1、T3を
通って出力信号線へ導出される。このようにして入射光
量に比例した出力電流を読み出すことができる。信号読
み出し後はMOSトランジスタT3をOFFにしてMO
SトランジスタT2をONすることでMOSトランジス
タT1のゲート電圧を初期化させることができる。
When light enters the photodiode PD,
Photocharge is generated, and the charge is stored in the gate of the MOS transistor T1. Here, the MOS transistor T3
When the MOS transistor T3 is turned on by applying a pulse signal φV to the gate of the MOS transistor T1, a current proportional to the charge of the gate of the MOS transistor T1 is led out to the output signal line through the MOS transistors T1 and T3. In this way, an output current proportional to the amount of incident light can be read. After the signal is read, the MOS transistor T3 is turned off and the MO
By turning on the S transistor T2, the gate voltage of the MOS transistor T1 can be initialized.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のM
OS型の固体撮像装置は各画素においてフォトダイオー
ドで発生しMOSトランジスタのゲートに蓄積された光
電荷をそのまま読み出すものであったからダイナミック
レンジが狭く、そのため露光量を精密に制御しなければ
ならず、しかも露光量を精密に制御しても暗い部分が黒
くつぶれたり、明るい部分が飽和したりしていた。又、
フォトダイオードによる光電変換における電気信号への
増幅率が小さいため、出力信号が小さいレベルとなるた
め、S/N比が悪く全体として高品質の撮像信号を得る
ことができないという欠点もある。
As described above, the conventional M
The OS-type solid-state imaging device reads out the photocharge generated by the photodiode in each pixel and stored in the gate of the MOS transistor as it is, so the dynamic range is narrow, and therefore, the exposure amount must be precisely controlled. In addition, even if the exposure amount is precisely controlled, dark portions are blackened and bright portions are saturated. or,
Since the amplification factor of the photoelectric conversion by the photodiode to the electric signal is small, the output signal is at a low level, so that the S / N ratio is poor and a high-quality image signal as a whole cannot be obtained.

【0006】そこで、本出願人は、入射した光量に応じ
た光電流を発生し得るフォトダイオードと、光電流を入
力するMOSトランジスタと、このMOSトランジスタ
をサブスレッショルド電流が流れうる状態にバイアスす
るバイアス手段とを備え、光電流を対数変換するように
した固体撮像装置を提案した(特開平3−192764
号公報参照)。このような固体撮像装置により、ダイナ
ミックレンジを拡大することが可能となった。しかしな
がら、このような固体撮像装置では、低輝度の場合の特
性やS/N比が十分でないという問題があった。
Accordingly, the present applicant has proposed a photodiode capable of generating a photocurrent corresponding to the amount of incident light, a MOS transistor for inputting the photocurrent, and a bias for biasing the MOS transistor to a state where a subthreshold current can flow. And a means for converting the photocurrent into a logarithmic value.
Reference). With such a solid-state imaging device, the dynamic range can be expanded. However, such a solid-state imaging device has a problem that the characteristics and the S / N ratio in the case of low luminance are not sufficient.

【0007】本発明は、このような点に鑑みなされたも
のであって、画素からの出力が大きく、高品質の撮像信
号を得ることができる固体撮像装置を提供することを目
的とする。又、本発明の他の目的は、ダイナミックレン
ジの広い固体撮像装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device which has a large output from a pixel and can obtain a high-quality imaging signal. Another object of the present invention is to provide a solid-state imaging device having a wide dynamic range.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項1に記載の固体撮像装置は、入射した光量に
応じた電気信号を発生する感光素子を有する光電変換手
段と、該光電変換手段の出力信号を出力信号線へ導出す
る導出路とを備えた固体撮像装置において、前記感光素
子が、制御電極に入射された光量に応じた光電流を増幅
して前記電気信号を発生するフォトトランジスタである
とともに、前記光電変換手段が、前記フォトトランジス
タより発生された前記電気信号を線形的に変換する第1
状態と、自然対数的に変換する第2状態とに切り換え可
能としたことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a solid-state imaging device, comprising: a photoelectric conversion unit having a photosensitive element for generating an electric signal corresponding to an amount of incident light; A solid-state imaging device having a deriving path for deriving an output signal of a conversion unit to an output signal line, wherein the photosensitive element amplifies a photocurrent corresponding to a light amount incident on a control electrode to generate the electric signal. A first photo-transistor, wherein the photoelectric conversion unit linearly converts the electric signal generated by the photo-transistor;
It is characterized in that the state can be switched between a state and a second state in which natural logarithmic conversion is performed.

【0009】このような構成の固体撮像装置によると、
フォトダイオードに比べて、その入射光量に対する増幅
率の大きいフォトトランジスタで増幅された電気信号を
対数変換することで出力信号が得られる。そのため、固
体撮像装置のダイナミックレンジが広くなるとともに、
その信号レベルの大きい出力信号が得られる。
According to the solid-state imaging device having such a configuration,
An output signal can be obtained by logarithmically converting an electric signal amplified by a phototransistor having a larger amplification factor with respect to the incident light amount than a photodiode. Therefore, while the dynamic range of the solid-state imaging device is widened,
An output signal having a large signal level is obtained.

【0010】又、被写体の輝度状態及び撮像時の環境に
応じて、ダイナミックレンジを変更することができる。
例えば、フォトトランジスタで発生した光電荷をMOS
トランジスタを用いて変換する場合、このMOSトラン
ジスタを閾値以下のサブスレッショルド領域で動作させ
ると、対数変換状態(第2状態)となり、ダイナミック
レンジが大きくとれる。しかしながら、低輝度で動く被
写体を撮像すると、対数変換動作では、残像が目立つよ
うになる。
Further, the dynamic range can be changed according to the luminance state of the subject and the environment at the time of imaging.
For example, a photocharge generated by a phototransistor is
When conversion is performed using a transistor, when this MOS transistor is operated in a sub-threshold region equal to or smaller than a threshold value, a logarithmic conversion state (second state) is obtained, and a large dynamic range can be obtained. However, when capturing an image of a moving subject with low luminance, an afterimage becomes conspicuous in the logarithmic conversion operation.

【0011】それは、対数変換動作では、MOSトラン
ジスタがON状態となっていてフォトトランジスタの発
生する電気信号をリアルタイムで対数変換してMOSト
ランジスタから出力するが、MOSトランジスタのゲー
ト側の電荷及びこのゲートに接続されたフォトトランジ
スタなどに蓄積された電荷が放電されず、前の情報が残
るからである。これは、輝度が低い場合に特に目立つ。
又、対数変換では、一般に変換出力が小さいので、S/
N比(信号/ノイズ比)が悪い。
In the logarithmic conversion operation, the electric signal generated by the phototransistor is logarithmically converted in real time and output from the MOS transistor when the MOS transistor is in the ON state. This is because the electric charge accumulated in the phototransistor connected to the device is not discharged, and the previous information remains. This is particularly noticeable when the brightness is low.
In the logarithmic conversion, since the conversion output is generally small, S /
Poor N ratio (signal / noise ratio).

【0012】これに対して、MOSトランジスタをOF
F状態にしている線形変換状態(第1状態)では、ダイ
ナミックレンジは狭いが、光電変換手段から出力される
信号は大きく得られるので、S/N比がよい。従って、
低輝度から高輝度の広い範囲にわたる被写体の撮像に
は、光電変換手段を第2状態(対数変換)に切り換えて
使用し、低輝度の被写体や、輝度範囲の狭い被写体の撮
像には、光電変換手段を第1状態(線形変換)に切り換
えて使用すると良い。
On the other hand, when the MOS transistor is
In the linear conversion state (first state) in the F state, although the dynamic range is narrow, a large signal output from the photoelectric conversion unit is obtained, so that the S / N ratio is good. Therefore,
The photoelectric conversion unit is switched to the second state (logarithmic conversion) and used for imaging an object over a wide range from low luminance to high luminance, and the photoelectric conversion unit is used for imaging a low-luminance object and an object having a narrow luminance range. It is preferable to switch the means to the first state (linear conversion).

【0013】請求項2に記載の固体撮像装置は、入射し
た光量に応じた電気信号を発生する感光素子を有する光
電変換手段と該光電変換手段の出力信号を出力信号線へ
導出する導出路とを備えた画素をマトリクス状に配して
なる二次元の固体撮像装置において、前記感光素子が、
制御電極に入射された光量に応じた光電流を増幅して前
記電気信号を発生するフォトトランジスタであるととも
に、前記光電変換手段が、前記フォトトランジスタより
発生された前記電気信号を線形的に変換する第1状態
と、自然対数的に変換する第2状態とに切り換え可能と
したことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a solid-state imaging device, comprising: a photoelectric conversion unit having a photosensitive element for generating an electric signal according to the amount of incident light; and a lead-out path for leading an output signal of the photoelectric conversion unit to an output signal line. In a two-dimensional solid-state imaging device having pixels having a matrix arranged in a matrix,
A phototransistor that amplifies a photocurrent according to the amount of light incident on the control electrode to generate the electric signal, and the photoelectric conversion unit linearly converts the electric signal generated by the phototransistor; It can be switched between a first state and a second state in which natural logarithmic conversion is performed.

【0014】このような固体撮像装置ににおいて、前記
電気信号を線形的に変換する第1状態と、自然対数的に
変換する第2状態とに切り換え可能とされるため、被写
体の輝度状態及び撮像時の環境に応じて、ダイナミック
レンジを変更することができるデジタルカメラやビデオ
カメラを実現することができる。
In such a solid-state image pickup device, since it is possible to switch between the first state in which the electric signal is converted linearly and the second state in which the electric signal is converted logarithmically, the luminance state of the subject and the image pickup A digital camera or a video camera whose dynamic range can be changed according to a time environment can be realized.

【0015】更に、請求項3に記載するように、前記光
電変換手段が前記第1状態で動作して電気信号を前記出
力信号線へ出力した後に前記光電変換手段を初期化する
ためのリセット手段を設けても構わない。
Further, as set forth in claim 3, reset means for initializing the photoelectric conversion means after the photoelectric conversion means operates in the first state and outputs an electric signal to the output signal line. May be provided.

【0016】このような構成によると、例えば、フォト
トランジスタで発生した光電荷をMOSトランジスタを
用いて変換する場合、MOSトランジスタをOFF状態
にしている線形変換状態で撮像を行ったとき、前記フォ
トトランジスタや前記MOSトランジスタに蓄積された
電荷を、前記リセット手段でリセットを行うことによっ
て、前記フォトトランジスタや前記MOSトランジスタ
を初期状態とすることができる。
According to such a configuration, for example, when photocharges generated in a phototransistor are converted by using a MOS transistor, when the image is taken in a linear conversion state in which the MOS transistor is in an OFF state, the phototransistor is not used. By resetting the electric charge stored in the MOS transistor and the reset means by the reset unit, the phototransistor and the MOS transistor can be initialized.

【0017】又、請求項4に記載の固体撮像装置のよう
に、前記各画素が、前記光電変換手段の出力信号を増幅
する増幅用トランジスタを有し、該増幅用トランジスタ
の出力信号を前記導出路を介して前記出力信号線へ出力
するようになっていると、各画素からの信号が大きく安
定した状態で読み出される。
According to a fourth aspect of the present invention, each of the pixels has an amplifying transistor for amplifying an output signal of the photoelectric conversion means, and the output signal of the amplifying transistor is derived. When the signal is output to the output signal line via the path, the signal from each pixel is read in a large and stable state.

【0018】更に、請求項5に記載するように、請求項
4に記載の固体撮像装置において、前記出力信号線に接
続されたその総数が全画素数より少ない負荷抵抗又は定
電流源を有するような固体撮像装置であっても良い。こ
の負荷抵抗又は定電流源を設けることによって、各画素
から出力される電流信号を電圧信号として読み出すこと
ができる。このような固体撮像装置において、前記負荷
抵抗又は定電流源は、前記出力信号線に接続された第1
電極と、直流電圧に接続された第2電極と、直流電圧に
接続された制御電極とを有するトランジスタであっても
良い。
Further, according to a fifth aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the fourth aspect, the total number of the output signal lines connected to the output signal line is smaller than the total number of pixels. It may be a solid-state imaging device. By providing the load resistance or the constant current source, a current signal output from each pixel can be read as a voltage signal. In such a solid-state imaging device, the load resistor or the constant current source is connected to the first signal line connected to the output signal line.
The transistor may have an electrode, a second electrode connected to a DC voltage, and a control electrode connected to the DC voltage.

【0019】前記導出路に、全画素の中から所定のもの
を順次選択し、選択された画素から増幅された信号を出
力信号線に導出するスイッチを設けてもよい。これによ
って、各画素から前記出力信号線に出力される信号を順
次読み出してシリアルデータとして出力することができ
る。
The output path may include a switch for sequentially selecting a predetermined pixel from all the pixels and outputting an amplified signal from the selected pixel to an output signal line. Thus, signals output from the pixels to the output signal line can be sequentially read and output as serial data.

【0020】請求項6に記載の固体撮像装置は、請求項
1〜請求項5のいずれかに記載の固体撮像装置におい
て、前記光電変換手段が、制御電極がフローティング状
態にされるとともに、第1電極に直流電圧が印加され、
制御電極に入射された光量によって発生した光電流を増
幅する前記フォトトランジスタと、第1電極と第2電極
と制御電極とを備え、該フォトトランジスタの第2電極
に第1電極及び制御電極が接続され、前記フォトトラン
ジスタからの出力電流が流れ込む第1トランジスタと、
第1電極と第2電極と制御電極とを備え、第1電極に直
流電圧が印加されるとともに制御電極が前記第1トラン
ジスタの制御電極に接続され、第2電極から電気信号を
出力する第2トランジスタとから構成され、前記第1ト
ランジスタをサブスレッショルド領域で動作させること
によって、前記フォトトランジスタから流れる出力電流
を自然対数的に変換することを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to any one of the first to fifth aspects, the photoelectric conversion means includes a control electrode in a floating state and a first electrode. DC voltage is applied to the electrodes,
A phototransistor for amplifying a photocurrent generated by the amount of light incident on the control electrode; a first electrode, a second electrode, and a control electrode, wherein the first electrode and the control electrode are connected to the second electrode of the phototransistor; A first transistor into which an output current from the phototransistor flows,
A second electrode including a first electrode, a second electrode, and a control electrode, wherein a DC voltage is applied to the first electrode, the control electrode is connected to a control electrode of the first transistor, and an electric signal is output from the second electrode. And a transistor, wherein the first transistor is operated in a sub-threshold region to convert an output current flowing from the phototransistor into a natural logarithm.

【0021】又、請求項7に記載の固体撮像装置は、請
求項1〜請求項5のいずれかに記載の固体撮像装置にお
いて、定電流源が設けられるとともに、前記光電変換手
段が、第1電極に直流電圧が印加され、制御電極に入射
された光量によって発生した光電流を増幅する前記フォ
トトランジスタと、第1電極と第2電極と制御電極とを
備え、該フォトトランジスタの第2電極に第1電極及び
制御電極が接続され、前記フォトトランジスタからの出
力電流が流れ込む第1トランジスタと、第1電極と第2
電極と制御電極とを備え、第1電極に直流電圧が印加さ
れるとともに制御電極が前記第1トランジスタの制御電
極に接続され、第2電極から電気信号を出力する第2ト
ランジスタと、前記フォトトランジスタの制御電極と前
記定電流源との間に接続されるとともに、前記フォトト
ランジスタの制御電極と前記定電流源との接続を電気的
に接離する第1スイッチと、から構成され、撮像動作を
行うときは、前記第1スイッチをOFFにするととも
に、前記第1トランジスタをサブスレッショルド領域で
動作させることによって、前記フォトトランジスタから
流れる出力電流を自然対数的に変換し、又、前記光電変
換手段の感度のバラツキを検出するときは前記第1スイ
ッチをONにすることを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to any one of the first to fifth aspects, a constant current source is provided, and A DC voltage is applied to the electrodes, and the phototransistor amplifies a photocurrent generated by the amount of light incident on the control electrode; and a first electrode, a second electrode, and a control electrode. A first transistor to which a first electrode and a control electrode are connected and into which an output current from the phototransistor flows;
A second transistor having an electrode and a control electrode, wherein a DC voltage is applied to the first electrode, the control electrode is connected to a control electrode of the first transistor, and an electric signal is output from the second electrode; And a first switch electrically connected and disconnected between the control electrode of the phototransistor and the constant current source while being connected between the control electrode and the constant current source. When performing the operation, the first switch is turned off and the first transistor is operated in a sub-threshold region, so that the output current flowing from the phototransistor is converted into a natural logarithm. When the variation in sensitivity is detected, the first switch is turned on.

【0022】このような構成の固体撮像装置によると、
各画素に設けられたフォトトランジスタの制御電極に、
定電流源より十分大きな定電流を流すとともに、このと
きの出力信号を読み出すことによって、フォトトランジ
スタの増幅率の差異に起因する各画素の感度のバラツキ
を検出することができる。
According to the solid-state imaging device having such a configuration,
The control electrode of the phototransistor provided for each pixel,
By flowing a constant current that is sufficiently larger than the constant current source and reading the output signal at this time, it is possible to detect variations in the sensitivity of each pixel due to the difference in the amplification factor of the phototransistor.

【0023】又、上記固体撮像装置は、例えば、ビデオ
ムービーなどの撮像装置のように撮像動作とリセット動
作を繰り返し行うことで、動画を撮像する場合、光電変
換素子に光が入射された状態でも、定電流源に接続され
た第1スイッチをONすることにより、フォトトランジ
スタを、光電変換素子への光入射に影響されにくい状態
とすることができ、各画素の感度バラツキを速やかに検
出することができる。従って、被写体の撮像時に各画素
毎の出力を補正するための補正データを獲得するため
に、従来のように一様光を照射する必要がなくなるとと
もに、一様光を照射したときに得られた補正データを記
録し続けておく必要もなくなる。
Further, the solid-state imaging device repeatedly performs an imaging operation and a reset operation as in an imaging device for a video movie, for example, to capture a moving image even when light is incident on the photoelectric conversion element. By turning on the first switch connected to the constant current source, the phototransistor can be made less susceptible to light incident on the photoelectric conversion element, and the sensitivity variation of each pixel can be detected quickly. Can be. Therefore, in order to obtain correction data for correcting the output of each pixel at the time of imaging the subject, it is not necessary to irradiate uniform light as in the related art, and it is obtained when irradiating uniform light. There is no need to keep recording correction data.

【0024】請求項6又は請求項7に記載の固体撮像装
置において、前記光電変換手段が、前記第1トランジス
タの第1電極及び制御電極の接続ノードと前記第2トラ
ンジスタの制御電極との間に接続された第2スイッチを
有し、前記固体撮像装置に設けられた前記各光電変換手
段内の前記第2スイッチが、同一のタイミングで動作す
ることによって、同一時間に撮像した電気信号が前記各
光電変換手段から出力されるようにしても良い。
8. The solid-state imaging device according to claim 6, wherein said photoelectric conversion means is provided between a connection node between a first electrode and a control electrode of said first transistor and a control electrode of said second transistor. The second switch in each of the photoelectric conversion units provided in the solid-state imaging device has a second switch connected thereto, and operates at the same timing, so that an electric signal imaged at the same time is generated by the second switch. It may be output from the photoelectric conversion means.

【0025】このような構成の固体撮像装置によると、
前記第2スイッチを同一のタイミングでONすることに
よって、同一時間の電気信号が前記第2トランジスタの
制御電極にサンプルホールドすることができる。このよ
うに同一時間の映像情報となる電気信号が得られるた
め、各画素毎に順次出力する動作を行って、その出力信
号をシリアルデータとして出力する場合であっても、こ
の出力信号の映像情報が同一時間における映像情報であ
るため、時間的な誤差をなくすことができる。
According to the solid-state imaging device having such a configuration,
By turning on the second switch at the same timing, an electric signal for the same time can be sampled and held on the control electrode of the second transistor. As described above, since an electric signal serving as video information at the same time can be obtained, even when the operation of sequentially outputting each pixel is performed and the output signal is output as serial data, the video information of this output signal is output. Are video information at the same time, so that a time error can be eliminated.

【0026】請求項1〜請求項7のいずれかに記載の固
体撮像装置において、前記光電変換手段から出力される
電気信号を積分するキャパシタを有し、該キャパシタで
積分した信号を前記導出路を介して前記出力信号線へ導
出するようにしても良い。
The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 7, further comprising: a capacitor for integrating an electric signal output from the photoelectric conversion means, wherein the signal integrated by the capacitor is supplied to the output path. Alternatively, the signal may be led to the output signal line via the output signal line.

【0027】このような構成の固体撮像装置によると、
キャパシタで積分した信号を出力信号とすることによ
り、光源の変動成分や高周波のノイズがキャパシタで吸
収されて除去される。
According to the solid-state imaging device having such a configuration,
By using the signal integrated by the capacitor as the output signal, the fluctuation component of the light source and high-frequency noise are absorbed and removed by the capacitor.

【0028】請求項8に記載の固体撮像装置は、画素を
マトリクス状に配してなる二次元の固体撮像装置におい
て、各画素が、ベース電極がフローティング状態にされ
るとともに、第1電極に直流電圧が印加され、ベース電
極に入射された光量によって発生した光電流を増幅する
フォトトランジスタと、該フォトトランジスタの第2電
極に第1電極とゲート電極が接続された第1MOSトラ
ンジスタと、該第1MOSトランジスタのゲート電極に
ゲート電極が接続された第2MOSトランジスタと、を
有し、前記第1MOSトランジスタを閾値以下のサブス
レッショルド領域で動作させることで、前記フォトトラ
ンジスタから出力される電気信号を自然対数的に変換し
て前記第2MOSトランジスタの第2電極から出力させ
ることを特徴とする。
According to an eighth aspect of the present invention, in the two-dimensional solid-state imaging device having pixels arranged in a matrix, each pixel has a base electrode in a floating state and a direct current applied to a first electrode. A phototransistor to which a voltage is applied and amplifies a photocurrent generated by the amount of light incident on a base electrode; a first MOS transistor having a first electrode and a gate electrode connected to a second electrode of the phototransistor; A second MOS transistor having a gate electrode connected to the gate electrode of the transistor, and operating the first MOS transistor in a sub-threshold region equal to or less than a threshold value, so that an electric signal output from the phototransistor is expressed in a natural logarithmic manner. And output from the second electrode of the second MOS transistor. .

【0029】請求項9に記載の固体撮像装置は、画素を
マトリクス状に配してなる二次元の固体撮像装置におい
て、各画素に定電流を供給する定電流源を有するととも
に、各画素が、第1電極に直流電圧が印加され、ベース
電極に入射された光量によって発生した光電流を増幅す
るフォトトランジスタと、該フォトトランジスタの第2
電極に第1電極とゲート電極が接続された第1MOSト
ランジスタと、該第1MOSトランジスタのゲート電極
にゲート電極が接続された第2MOSトランジスタと、
前記定電流源に第1電極が接続されるとともに、前記フ
ォトトランジスタのベース電極に第2電極が接続された
第3MOSトランジスタと、を有し、撮像動作を行うと
きは、前記第3MOSトランジスタにOFFとするとと
もに、前記第1MOSトランジスタを閾値以下のサブス
レッショルド領域で動作させることで、前記フォトトラ
ンジスタから出力される電気信号を自然対数的に変換し
て前記第2MOSトランジスタの第2電極から出力さ
せ、前記画素の感度のバラツキを検出するときは前記第
3MOSトランジスタをONにすることを特徴とする。
According to a ninth aspect of the present invention, in the two-dimensional solid-state imaging device in which pixels are arranged in a matrix, the solid-state imaging device includes a constant current source for supplying a constant current to each pixel. A phototransistor for applying a DC voltage to the first electrode and amplifying a photocurrent generated by the amount of light incident on the base electrode;
A first MOS transistor having a first electrode and a gate electrode connected to the electrode, a second MOS transistor having a gate electrode connected to the gate electrode of the first MOS transistor,
A third MOS transistor having a first electrode connected to the constant current source and a second electrode connected to a base electrode of the phototransistor; and when performing an imaging operation, turning off the third MOS transistor. And operating the first MOS transistor in a sub-threshold region equal to or less than a threshold value, whereby an electrical signal output from the phototransistor is converted into a natural logarithm and output from the second electrode of the second MOS transistor. When detecting variation in the sensitivity of the pixel, the third MOS transistor is turned on.

【0030】請求項8又は請求項9に記載の固体撮像装
置において、請求項10に記載するように、前記画素
に、前記第1MOSトランジスタのゲート電極に第1電
極が接続され、第2電極が直流電圧に接続されるととも
に、ゲート電極に入力される電圧のレベルの切り換えに
よって、前記第1MOSトランジスタのゲート電極に蓄
積された電荷を放出してリセットする第4MOSトラン
ジスタを設けても構わない。このような構成によると、
前記第1トランジスタの第1電極と第2電極の間の電位
差を変えることによって、光電変換手段の動作を、前記
フォトトランジスタから出力される電気信号を線形的に
変換して出力する第1状態と、前記フォトトランジスタ
から出力される電気信号を自然対数的に変換して出力す
る第2状態とに切り換えて、そのダイナミックレンジの
大きさを変更することができる。
[0030] In the solid-state imaging device according to claim 8 or 9, as described in claim 10, a first electrode is connected to the gate electrode of the first MOS transistor, and a second electrode is connected to the pixel. A fourth MOS transistor may be provided which is connected to a DC voltage and releases the charge accumulated in the gate electrode of the first MOS transistor by switching the level of the voltage input to the gate electrode. According to such a configuration,
By changing the potential difference between the first electrode and the second electrode of the first transistor, the operation of the photoelectric conversion means can be changed to a first state in which an electric signal output from the phototransistor is linearly converted and output. The dynamic state can be changed by switching to the second state in which the electrical signal output from the phototransistor is converted into a natural logarithm and output.

【0031】そして、前記画素が前記第1状態で動作す
る場合は、前記第1MOSトランジスタの第2電極と前
記フォトトランジスタの第1電極の電位を接近させるこ
とにより前記第1MOSトランジスタを不作動状態とす
るとともに、電気信号を出力した後、前記第4MOSト
ランジスタのゲート電極に入力する電圧のレベルを切り
換えることによって前記第4MOSトランジスタを導通
させて、少なくとも前記第1MOSトランジスタの第1
電極及びゲート電極に蓄積された電荷を放出してリセッ
トする。又、前記画素が前記第2状態で動作する場合
は、前記第1MOSトランジスタを閾値以下のサブスレ
ッショルド領域で動作させる。
When the pixel operates in the first state, the potential of the second electrode of the first MOS transistor and the potential of the first electrode of the phototransistor are brought close to each other to bring the first MOS transistor into an inactive state. In addition, after outputting the electric signal, the level of the voltage input to the gate electrode of the fourth MOS transistor is switched to make the fourth MOS transistor conductive, and at least the first MOS transistor of the first MOS transistor is turned on.
The charge stored in the electrode and the gate electrode is released to reset. When the pixel operates in the second state, the first MOS transistor operates in a sub-threshold region equal to or less than a threshold.

【0032】請求項8又は請求項9に記載する固体撮像
装置において、請求項11に記載するように、前記画素
に、前記第1MOSトランジスタの第1電極とゲート電
極との接続ノードに第1電極が接続されるとともに、前
記第2MOSトランジスタのゲート電極に第2電極が接
続された第5MOSトランジスタを設けても構わない。
このような構成の固体撮像装置によると、前記固体撮像
装置内に設けられた各画素内の前記第5MOSトランジ
スタが、同一のタイミングで動作することによって、同
一時間に撮像した電気信号が前記各画素から出力され
る。
[0032] In the solid-state imaging device according to claim 8 or 9, as described in claim 11, a first electrode is connected to a connection node between a first electrode and a gate electrode of the first MOS transistor. And a fifth MOS transistor having a second electrode connected to the gate electrode of the second MOS transistor.
According to the solid-state imaging device having such a configuration, the fifth MOS transistor in each pixel provided in the solid-state imaging device operates at the same timing, so that an electric signal imaged at the same time is output to each of the pixels. Output from

【0033】又、請求項8〜請求項11に記載する固体
撮像装置において、請求項12に記載するように、前記
画素に、第1電極が前記第2MOSトランジスタの第2
電極に接続され、第2電極が出力信号線に接続され、ゲ
ート電極が行選択線に接続された第6MOSトランジス
タを設けることで、この第6MOSトランジスタを行選
択用のスイッチとすることができる。
Further, in the solid-state imaging device according to any one of claims 8 to 11, as described in claim 12, the pixel has a first electrode connected to a second electrode of the second MOS transistor.
By providing a sixth MOS transistor connected to the electrode, the second electrode connected to the output signal line, and the gate electrode connected to the row selection line, the sixth MOS transistor can be used as a row selection switch.

【0034】請求項13に記載する固体撮像装置は、請
求項8〜請求項10のいずれかに記載の固体撮像装置に
おいて、前記画素が、第1電極が直流電圧に接続され、
ゲート電極が前記第2MOSトランジスタの第2電極に
接続されるとともに、前記第2MOSトランジスタの第
2電極から出力される出力信号を増幅する第7MOSト
ランジスタと、第1電極が前記第7MOSトランジスタ
の第2電極に接続され、第2電極が出力信号線に接続さ
れ、ゲート電極が行選択線に接続された第6MOSトラ
ンジスタと、を有することを特徴とする。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to any one of the eighth to tenth aspects, the pixel has a first electrode connected to a DC voltage;
A gate electrode connected to the second electrode of the second MOS transistor, a seventh MOS transistor for amplifying an output signal output from the second electrode of the second MOS transistor, and a first electrode connected to the second electrode of the seventh MOS transistor. A sixth MOS transistor connected to the electrode, the second electrode connected to the output signal line, and the gate electrode connected to the row selection line.

【0035】請求項13の固体撮像装置において、請求
項14に記載するように、前記画素に、前記第2MOS
トランジスタの第2電極に一端が接続され他端が前記第
1MOSトランジスタの第2電極が接続される信号線に
接続されるとともに、前記第2MOSトランジスタの第
1電極にリセット電圧が与えられたときに前記第2MO
Sトランジスタを介してリセットされるキャパシタを設
けても良い。このような構成にすることによって、画素
から出力される信号が、一旦キャパシタで積分された信
号となるので、光源の変動成分や高周波のノイズがキャ
パシタで吸収されて除去される。更に、前記第2MOS
トランジスタの第1電極にリセット電圧を与えることに
よって、前記第2MOSトランジスタを介してキャパシ
タ内の電荷が放出されてリセットされる。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the solid-state imaging device, the pixel includes the second MOS transistor.
One end is connected to the second electrode of the transistor, the other end is connected to a signal line to which the second electrode of the first MOS transistor is connected, and a reset voltage is applied to the first electrode of the second MOS transistor. The second MO
A capacitor that is reset via an S transistor may be provided. With such a configuration, the signal output from the pixel becomes a signal once integrated by the capacitor, so that the fluctuation component of the light source and high-frequency noise are absorbed and removed by the capacitor. Further, the second MOS
By applying a reset voltage to the first electrode of the transistor, the charge in the capacitor is released through the second MOS transistor and reset.

【0036】又、請求項15に記載するように、前記画
素において、前記第2MOSトランジスタの第1電極が
直流電圧に接続されるとともに、前記第2MOSトラン
ジスタの第2電極に第1電極が接続され第2電極に直流
電圧が接続された第8MOSトランジスタと、前記第2
MOSトランジスタの第2電極に一端が接続され他端が
前記第1MOSトランジスタの第2電極が接続される信
号線に接続されるとともに、前記第8MOSトランジス
タのゲート電極にリセット電圧が与えられたときに前記
第8MOSトランジスタを介してリセットされるキャパ
シタと、を設けても良い。このような構成にすることに
よって、画素から出力される信号が、一旦キャパシタで
積分された信号となるので、光源の変動成分や高周波の
ノイズがキャパシタで吸収されて除去される。更に、前
記第8MOSトランジスタのゲート電極にリセット電圧
を与えることによって、前記第8MOSトランジスタを
介してキャパシタ内の電荷が放出されてリセットされ
る。
In the pixel, a first electrode of the second MOS transistor is connected to a DC voltage, and a first electrode is connected to a second electrode of the second MOS transistor. An eighth MOS transistor having a DC voltage connected to a second electrode;
One end is connected to the second electrode of the MOS transistor, the other end is connected to a signal line to which the second electrode of the first MOS transistor is connected, and a reset voltage is applied to the gate electrode of the eighth MOS transistor. And a capacitor reset via the eighth MOS transistor. With such a configuration, the signal output from the pixel becomes a signal once integrated by the capacitor, so that the fluctuation component of the light source and high-frequency noise are absorbed and removed by the capacitor. Further, by applying a reset voltage to the gate electrode of the eighth MOS transistor, the charge in the capacitor is released through the eighth MOS transistor and reset.

【0037】請求項16に記載の固体撮像装置は、請求
項8〜請求項15のいずれかに記載の固体撮像装置前記
画素に対し前記出力信号線を介して接続された負荷抵抗
又は定電流源を成すMOSトランジスタを備えているこ
とを特徴とする。
According to a sixteenth aspect of the present invention, there is provided a solid-state imaging device according to any one of the eighth to fifteenth aspects, wherein the pixel is connected to the pixel via the output signal line or a constant current source. Characterized in that the MOS transistor is provided.

【0038】又、請求項17に記載の固体撮像装置は、
請求項8〜請求項16のいずれかに記載の固体撮像装置
において、前記MOSトランジスタが全てNチャネルの
MOSトランジスタであるとともに、前記フォトトラン
ジスタがnpn型のフォトトランジスタであることを特
徴とする。
The solid-state imaging device according to claim 17 is
The solid-state imaging device according to any one of claims 8 to 16, wherein the MOS transistors are all N-channel MOS transistors, and the phototransistors are npn-type phototransistors.

【0039】[0039]

【発明の実施の形態】<画素構成の第1例>図1は本発
明の他の実施形態である二次元のMOS型固体撮像装置
の一部の構成を概略的に示している。同図において、G
11〜Gmnは行列配置(マトリクス配置)された画素を
示している。2は垂直走査回路であり、行(ライン)4
−1、4−2、・・・、4−nを順次走査していく。3
は水平走査回路であり、画素から出力信号線6−1、6
−2、・・・、6−mに導出された光電変換信号を画素
ごとに水平方向に順次読み出す。5は電源ラインであ
る。各画素に対し、上記ライン4−1、4−2・・・、
4−nや出力信号線6−1、6−2・・・、6−m、電
源ライン5だけでなく、他のライン(例えば、クロック
ラインやバイアス供給ライン等)も接続されるが、図1
ではこれらについて省略し、図3以降の各実施形態にお
いて示している。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS <First Example of Pixel Configuration> FIG. 1 schematically shows a partial configuration of a two-dimensional MOS solid-state imaging device according to another embodiment of the present invention. In FIG.
11 to Gmn indicate pixels arranged in a matrix (matrix arrangement). Reference numeral 2 denotes a vertical scanning circuit, and a row (line) 4
-1, 4-2,..., 4-n are sequentially scanned. Three
Denotes a horizontal scanning circuit, which outputs output signal lines 6-1 and 6 from a pixel.
The photoelectric conversion signals derived in -2,..., 6-m are sequentially read in the horizontal direction for each pixel. 5 is a power supply line. For each pixel, the lines 4-1 4-2,.
4-n, output signal lines 6-1, 6-2..., 6-m, power supply line 5, and other lines (for example, a clock line and a bias supply line) are also connected. 1
In these figures, these are omitted and shown in each embodiment after FIG.

【0040】出力信号線6−1、6−2、・・・、6−
mごとにNチャネルのMOSトランジスタQ1、Q2が
図示の如く1組ずつ設けられている。出力信号線6−1
を例にとって説明すると、MOSトランジスタQ1のゲ
ートは直流電圧線11に接続され、ドレインは出力信号
線6−1に接続され、ソースは直流電圧VPS’のライン
12に接続されている。一方、MOSトランジスタQ2
のドレインは出力信号線6−1に接続され、ソースは最
終的な信号線7に接続され、ゲートは水平走査回路3に
接続されている。
The output signal lines 6-1, 6-2,..., 6
As shown in the figure, a set of N-channel MOS transistors Q1 and Q2 is provided for each m. Output signal line 6-1
The gate of the MOS transistor Q1 is connected to the DC voltage line 11, the drain is connected to the output signal line 6-1, and the source is connected to the line 12 of the DC voltage VPS '. On the other hand, MOS transistor Q2
Is connected to the output signal line 6-1, the source is connected to the final signal line 7, and the gate is connected to the horizontal scanning circuit 3.

【0041】画素G11〜Gmnには、後述するように、
それらの画素で発生した光電荷に基づく信号を出力する
NチャネルのMOSトランジスタTaが設けられてい
る。MOSトランジスタTaと上記MOSトランジスタ
Q1との接続関係は図2(a)のようになる。このMO
SトランジスタTaは、第1及び第2の実施形態では、
第7MOSトランジスタT7に、第3〜第5の実施形態
では、第2MOSトランジスタT2に相当する。ここ
で、MOSトランジスタQ1のソースに接続される直流
電圧VPS’と、MOSトランジスタTaのドレインに接
続される直流電圧VPD’との関係はVPD’>VPS’であ
り、直流電圧VPS’は例えばグランド電圧(接地)であ
る。この回路構成は上段のMOSトランジスタTaのゲ
ートに信号が入力され、下段のMOSトランジスタQ1
のゲートには直流電圧DCが常時印加される。このため
下段のMOSトランジスタQ1は抵抗又は定電流源と等
価であり、図2(a)の回路はソースフォロワ型の増幅
回路となっている。この場合、MOSトランジスタTa
から増幅出力されるのは電流であると考えてよい。
As described later, the pixels G11 to Gmn have
An N-channel MOS transistor Ta for outputting a signal based on photocharges generated in those pixels is provided. FIG. 2A shows the connection between the MOS transistor Ta and the MOS transistor Q1. This MO
The S transistor Ta is, in the first and second embodiments,
The seventh MOS transistor T7 corresponds to the second MOS transistor T2 in the third to fifth embodiments. Here, the relationship between the DC voltage VPS 'connected to the source of the MOS transistor Q1 and the DC voltage VPD' connected to the drain of the MOS transistor Ta is VPD '>VPS', and the DC voltage VPS 'is, for example, ground. Voltage (ground). In this circuit configuration, a signal is input to the gate of the upper MOS transistor Ta, and the lower MOS transistor Q1
A DC voltage DC is always applied to the gate of. Therefore, the lower-stage MOS transistor Q1 is equivalent to a resistor or a constant current source, and the circuit in FIG. 2A is a source follower-type amplifier circuit. In this case, the MOS transistor Ta
It can be considered that what is amplified and output from is a current.

【0042】MOSトランジスタQ2は水平走査回路3
によって制御され、スイッチ素子として動作する。尚、
後述するように図3以降の各実施形態の画素内にはスイ
ッチ用のNチャネルの第6MOSトランジスタT6も設
けられている。この第6MOSトランジスタT6も含め
て表わすと、図2(a)の回路は正確には図2(b)の
ようになる。即ち、MOSトランジスタT6がMOSト
ランジスタQ1とMOSトランジスタTaとの間に挿入
されている。ここで、MOSトランジスタT6は行の選
択を行うものであり、トランジスタQ2は列の選択を行
うものである。尚、図1および図2に示す構成は以下に
説明する第1の実施形態〜第5の実施形態に共通の構成
である。
The MOS transistor Q2 is connected to the horizontal scanning circuit 3
And is operated as a switch element. still,
As will be described later, an N-channel sixth MOS transistor T6 for switching is also provided in the pixel of each of the embodiments shown in FIG. If the sixth MOS transistor T6 is also included, the circuit of FIG. 2A is exactly as shown in FIG. 2B. That is, the MOS transistor T6 is inserted between the MOS transistor Q1 and the MOS transistor Ta. Here, the MOS transistor T6 selects a row, and the transistor Q2 selects a column. The configuration shown in FIGS. 1 and 2 is a configuration common to the first to fifth embodiments described below.

【0043】図2のように構成することにより信号のゲ
インを大きく出力することができる。従って、画素がダ
イナミックレンジ拡大のために感光素子から発生する光
電流を自然対数的に変換しているような場合は、そのま
までは出力信号が小さいが、本増幅回路により充分大き
な信号に増幅されるため、後続の信号処理回路(図示せ
ず)での処理が容易になる。また、増幅回路の負荷抵抗
部分を構成するトランジスタQ1を画素内に設けずに、
列方向に配置された複数の画素が接続される出力信号線
6−1、6−2、・・・、6−mごとに設けることによ
り、負荷抵抗又は定電流源の数を低減でき、半導体チッ
プ上で増幅回路が占める面積を少なくできる。
With the configuration as shown in FIG. 2, a large signal gain can be output. Therefore, when the pixel converts the photocurrent generated from the photosensitive element in a natural logarithmic manner to expand the dynamic range, the output signal is small as it is, but is amplified to a sufficiently large signal by the present amplifier circuit. Therefore, processing in a subsequent signal processing circuit (not shown) is facilitated. Also, without providing the transistor Q1 constituting the load resistance part of the amplifier circuit in the pixel,
By providing the output signal lines 6-1, 6-2,..., 6 -m connected to a plurality of pixels arranged in the column direction, the number of load resistances or constant current sources can be reduced, and The area occupied by the amplifier circuit on the chip can be reduced.

【0044】<第1の実施形態>図1に示した画素構成
の第1例の各画素に適用される第1の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図3は、本実施形態に使
用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路
図である。
<First Embodiment> A first embodiment applied to each pixel of the first example of the pixel configuration shown in FIG. 1 will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration of a pixel provided in the solid-state imaging device used in the present embodiment.

【0045】図3において、npn型フォトトランジス
タPTrが感光部(光電変換部)を形成している。その
フォトトランジスタPTrのエミッタは第1MOSトラ
ンジスタT1のドレインとゲート、及び第2MOSトラ
ンジスタT2のゲートに接続されている。MOSトラン
ジスタT2のソースは第7MOSトランジスタT7のゲ
ート、及び第8MOSトランジスタT8のドレインに接
続され、MOSトランジスタT7のソースは第6MOS
トランジスタT6のドレインに接続されている。MOS
トランジスタT6のソースは出力信号線6(この出力信
号線6は、図1の6−1、6−2、・・・、6−mに対
応する)へ接続されている。尚、MOSトランジスタT
1,T2,T6〜T8は、NチャネルのMOSトランジ
スタでバックゲートが接地されている。
In FIG. 3, an npn-type phototransistor PTr forms a photosensitive portion (photoelectric conversion portion). The emitter of the phototransistor PTr is connected to the drain and gate of the first MOS transistor T1 and the gate of the second MOS transistor T2. The source of the MOS transistor T2 is connected to the gate of the seventh MOS transistor T7 and the drain of the eighth MOS transistor T8, and the source of the MOS transistor T7 is connected to the sixth MOS transistor T8.
It is connected to the drain of transistor T6. MOS
The source of the transistor T6 is connected to the output signal line 6 (the output signal line 6 corresponds to 6-1 to 6-m in FIG. 1). Incidentally, the MOS transistor T
1, T2, T6 to T8 are N-channel MOS transistors whose back gates are grounded.

【0046】又、フォトトランジスタPTrのコレクタ
とMOSトランジスタT2,T7のドレインには直流電
圧VPDが印加されるようになっている。一方、MOSト
ランジスタT1のソースには直流電圧VPSが印加されて
おり、MOSトランジスタT2のソースにはキャパシタ
Cを介して同じく直流電圧VPSが印加されている。MO
SトランジスタT8のソースには直流電圧VRGが印加さ
れている。MOSトランジスタT8のゲートには信号φ
VRSが入力される。又、MOSトランジスタT6のゲー
トには信号φVが入力される。MOSトランジスタT
1、T2はいずれもサブスレッショルド領域で動作する
ようにバイアスされている。
A DC voltage VPD is applied to the collector of the phototransistor PTr and the drains of the MOS transistors T2 and T7. On the other hand, the DC voltage VPS is applied to the source of the MOS transistor T1, and the DC voltage VPS is also applied to the source of the MOS transistor T2 via the capacitor C. MO
The DC voltage VRG is applied to the source of the S transistor T8. The signal φ is applied to the gate of the MOS transistor T8.
VRS is input. The signal φV is input to the gate of the MOS transistor T6. MOS transistor T
1 and T2 are both biased to operate in the sub-threshold region.

【0047】又、フォトトランジスタPTrのベース
は、電圧が印加されないフローティング状態とする。こ
のフォトトランジスタPTrは、ベース・エミッタ間の
PN接合に入射される光の光量に応じてベース電流が発
生し、このベース電流が増幅されたエミッタ電流を電気
信号(以下、「光電流」と呼ぶ)としてMOSトランジ
スタT1のドレインに与える。このフォトトランジスタ
PTrは、ベース電流をその大きさが略100倍となる
エミッタ電流に増幅するため、フォトダイオードに比べ
て、大きな光電流を得ることができる。
The base of the phototransistor PTr is in a floating state where no voltage is applied. In the phototransistor PTr, a base current is generated according to the amount of light incident on the PN junction between the base and the emitter, and the emitter current obtained by amplifying the base current is referred to as an electric signal (hereinafter, referred to as “photocurrent”). ) To the drain of the MOS transistor T1. The phototransistor PTr amplifies the base current to an emitter current whose magnitude is approximately 100 times larger, so that a larger photocurrent can be obtained as compared to a photodiode.

【0048】フォトトランジスタPTrに光が入射する
と光電流が発生し、MOSトランジスタのサブスレッシ
ョルド特性により、前記光電流を自然対数的に変換した
値の電圧がMOSトランジスタT1,T2のゲートに発
生する。この電圧により、MOSトランジスタT2に電
流が流れ、キャパシタCには前記光電流の積分値を自然
対数的に変換した値と同等の電荷が蓄積される。つま
り、キャパシタCとMOSトランジスタT2のソースと
の接続ノードaに、前記光電流の積分値を自然対数的に
変換した値に比例した電圧が生じることになる。ただ
し、このとき、MOSトランジスタT6,T8はOFF
状態である。
When light enters the phototransistor PTr, a photocurrent is generated, and a voltage having a value obtained by natural logarithmically converting the photocurrent is generated at the gates of the MOS transistors T1 and T2 due to the subthreshold characteristic of the MOS transistor. With this voltage, a current flows through the MOS transistor T2, and a charge equivalent to a value obtained by natural logarithmically converting the integrated value of the photocurrent is accumulated in the capacitor C. That is, a voltage proportional to a value obtained by natural logarithmically converting the integrated value of the photocurrent is generated at the connection node a between the capacitor C and the source of the MOS transistor T2. However, at this time, the MOS transistors T6 and T8 are OFF.
State.

【0049】次に、MOSトランジスタT6のゲートに
パルス信号φVを与えて、MOSトランジスタT6をO
Nにすると、MOSトランジスタT7のゲートにかかる
電圧に比例した電流がMOSトランジスタT6,T7を
通って出力信号線6に導出される。今、MOSトランジ
スタT7のゲートにかかる電圧は、接続ノードaにかか
る電圧であるので、出力信号線6に導出される電流は前
記光電流の積分値を自然対数的に変換した値となる。
Next, a pulse signal φV is applied to the gate of the MOS transistor T6 to turn on the MOS transistor T6.
When N is set, a current proportional to the voltage applied to the gate of the MOS transistor T7 is led out to the output signal line 6 through the MOS transistors T6 and T7. Since the voltage applied to the gate of the MOS transistor T7 is the voltage applied to the connection node a, the current led out to the output signal line 6 is a value obtained by natural logarithmically converting the integrated value of the photocurrent.

【0050】このようにして入射光量の対数値に比例し
た信号(出力電流)を読み出すことができる。信号読み
出し後はMOSトランジスタT6をOFFにするととも
に、MOSトランジスタT8のゲートにハイレベルの信
号φVRSを与えることでMOSトランジスタT8をON
として、キャパシタC及び接続ノードaの電位を初期化
して、次の撮像動作に備える。
In this manner, a signal (output current) proportional to the logarithmic value of the incident light amount can be read. After the signal is read, the MOS transistor T6 is turned off, and the MOS transistor T8 is turned on by applying a high-level signal φVRS to the gate of the MOS transistor T8.
To initialize the potentials of the capacitor C and the connection node a to prepare for the next imaging operation.

【0051】尚、図4に示すように、キャパシタCとM
OSトランジスタT8との間に、キャパシタCにドレイ
ンが接続され、MOSトランジスタT8のドレインにソ
ースが接続されたMOSトランジスタT9と、MOSト
ランジスタT9のソースに一端が接続されたキャパシタ
C2とを設けても良い。この場合、MOSトランジスタ
T9のゲートに与える信号φV1によりMOSトランジ
スタT9をONしてキャパシタCの電荷をキャパシタC
2に移した後、MOSトランジスタT9をOFFするこ
とでMOSトランジスタT6によって信号読み出しを行
っている間にキャパシタCによる次の積分動作を開始す
ることができる。従って、全画素について同時刻に積分
を行うことができる。
As shown in FIG. 4, capacitors C and M
Between the OS transistor T8, a MOS transistor T9 having a drain connected to the capacitor C and a source connected to the drain of the MOS transistor T8, and a capacitor C2 having one end connected to the source of the MOS transistor T9 may be provided. good. In this case, the MOS transistor T9 is turned on by the signal φV1 applied to the gate of the MOS transistor T9, and the charge of the capacitor C is
After the transfer to 2, the next integration operation by the capacitor C can be started while the signal is read out by the MOS transistor T6 by turning off the MOS transistor T9. Therefore, integration can be performed for all pixels at the same time.

【0052】<第2の実施形態>図1に示した画素構成
の第1例の各画素に適用される第2の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図5は、本実施形態に使
用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路
図である。尚、図3に示す画素と同様の目的で使用され
る素子及び信号線などは、同一の符号を付して、その詳
細な説明は省略する。
<Second Embodiment> A second embodiment applied to each pixel of the first example of the pixel configuration shown in FIG. 1 will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a circuit diagram illustrating a configuration of a pixel provided in the solid-state imaging device used in the present embodiment. Elements and signal lines used for the same purpose as the pixel shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0053】図5に示すように、本実施形態では、MO
SトランジスタT2のドレインに信号φDを与えること
によってキャパシタC及び接続ノードaの電圧を初期化
するようにし、それによってMOSトランジスタT8を
削除した構成となっている。その他の構成は第1の実施
形態(図3)と同一である。尚、信号φDのハイレベル
期間では、キャパシタCで積分が行なわれ、ローレベル
期間では、キャパシタCの電荷がMOSトランジスタT
2を通して放電され、キャパシタCの電圧及びMOSト
ランジスタT7のゲートは略信号φDのローレベル電圧
に初期化される(リセット)。本実施形態では、MOS
トランジスタT8を省略できる分、構成がシンプルにな
る。
As shown in FIG. 5, in this embodiment, the MO
By applying the signal φD to the drain of the S transistor T2, the voltages of the capacitor C and the connection node a are initialized, thereby eliminating the MOS transistor T8. Other configurations are the same as those of the first embodiment (FIG. 3). Note that during the high level period of the signal φD, integration is performed by the capacitor C.
2 and the voltage of the capacitor C and the gate of the MOS transistor T7 are initialized to substantially the low level voltage of the signal φD (reset). In the present embodiment, the MOS
Since the transistor T8 can be omitted, the configuration is simplified.

【0054】この実施形態において、まず、信号φDを
ハイレベル(例えば、直流電圧VPDと略等しい電圧)に
して、光電流の積分値を自然対数的に変換した値と同等
の電荷をキャパシタCに蓄積する。そして、所定のタイ
ミングでMOSトランジスタT6をONにして、MOS
トランジスタT7のゲートにかかる電圧に比例した電流
をMOSトランジスタT6,T7を通して出力信号線6
に導出する。その後、MOSトランジスタT6をOFF
するとともに信号φDをローレベル(直流電圧VPSより
も低い電圧)にすると、キャパシタCの電荷がMOSト
ランジスタT2を通して信号φDの信号線路へ放電さ
れ、それによって、キャパシタC及び接続ノードaの電
圧が初期化される。
In this embodiment, first, the signal φD is set to a high level (for example, a voltage substantially equal to the DC voltage VPD), and a charge equivalent to a value obtained by natural-logarithmically converting the integrated value of the photocurrent is stored in the capacitor C. accumulate. Then, the MOS transistor T6 is turned on at a predetermined timing, and the MOS transistor T6 is turned on.
The current proportional to the voltage applied to the gate of the transistor T7 is applied to the output signal line 6 through the MOS transistors T6 and T7.
Is derived. After that, the MOS transistor T6 is turned off.
At the same time, when the signal φD is set to a low level (a voltage lower than the DC voltage VPS), the charge of the capacitor C is discharged to the signal line of the signal φD through the MOS transistor T2, whereby the voltages of the capacitor C and the connection node a are initialized. Be transformed into

【0055】<第3の実施形態>図1に示した画素構成
の第1例の各画素に適用される第3の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図6は、本実施形態に使
用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路
図である。尚、図5に示す画素と同様の目的で使用され
る素子及び信号線などは、同一の符号を付して、その詳
細な説明は省略する。
<Third Embodiment> A third embodiment applied to each pixel in the first example of the pixel configuration shown in FIG. 1 will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a configuration of a pixel provided in the solid-state imaging device used in the present embodiment. Elements and signal lines used for the same purpose as the pixel shown in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0056】図6に示すように、本実施形態では、MO
SトランジスタT2のドレインに直流電圧VPDが印加さ
れるとともに、キャパシタC及びMOSトランジスタT
7を削除した構成となっている。そして、MOSトラン
ジスタT2のソースがMOSトランジスタT6のドレイ
ンに接続される。その他の構成は第2の実施形態(図
5)と同一である。
As shown in FIG. 6, in this embodiment, the MO
DC voltage VPD is applied to the drain of S transistor T2, and capacitor C and MOS transistor T
7 is deleted. Then, the source of the MOS transistor T2 is connected to the drain of the MOS transistor T6. Other configurations are the same as those of the second embodiment (FIG. 5).

【0057】このような構成の回路において、MOSト
ランジスタT2のゲート電圧をフォトトランジスタPT
rで発生する光電流に対して自然対数的に変化させるこ
とによって、前記光電流に対して自然対数的に比例した
値のドレイン電流がMOSトランジスタT2を流れる。
そして、MOSトランジスタT6のゲートに信号φVを
与えてONとすると、前記光電流に対して自然対数的に
比例した値のドレイン電流が、MOSトランジスタT
2,T6を通して出力信号線6に導出される。このと
き、MOSトランジスタT2及びMOSトランジスタQ
1(図2)の導通時抵抗とそれらを流れる電流によって
決まるMOSトランジスタQ1のドレイン電圧が、信号
として出力信号線6に現れる。このようにして信号が読
み出された後、MOSトランジスタT6がOFFにな
る。
In the circuit having such a configuration, the gate voltage of the MOS transistor T2 is changed to the phototransistor PT.
By changing the photocurrent generated at r in a natural logarithmic manner, a drain current having a value proportional to the logarithm of the photocurrent flows through the MOS transistor T2.
When the signal .phi.V is applied to the gate of the MOS transistor T6 to turn on the MOS transistor T6, a drain current having a value which is logarithmically proportional to the photocurrent is generated by the MOS transistor T6.
2, and output to the output signal line 6 through T6. At this time, the MOS transistor T2 and the MOS transistor Q
1 (FIG. 2) and the drain voltage of the MOS transistor Q1 determined by the current flowing therethrough and the current flowing therethrough appear on the output signal line 6 as a signal. After the signal is read out in this manner, the MOS transistor T6 is turned off.

【0058】尚、本実施形態では上記第2の実施形態の
ように、光信号をキャパシタCで一旦積分するというこ
とを行わないので、積分時間が不要となり、又、キャパ
シタCのリセットも不要であるので、その分信号処理の
高速化が図れる。又、本実施形態では、第2の実施形態
に比し、キャパシタC及びMOSトランジスタT7を省
略できる分、構成が更にシンプルになり画素サイズを小
さくすることができる。
In this embodiment, since the integration of the optical signal with the capacitor C is not performed as in the second embodiment, the integration time is not required, and the reset of the capacitor C is not required. As a result, the signal processing can be speeded up accordingly. Further, in the present embodiment, as compared with the second embodiment, since the capacitor C and the MOS transistor T7 can be omitted, the configuration is further simplified and the pixel size can be reduced.

【0059】<第4の実施形態>図1に示した画素構成
の第1例の各画素に適用される第4の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図7は、本実施形態に使
用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路
図である。尚、図6に示す画素と同様の目的で使用され
る素子及び信号線などは、同一の符号を付して、その詳
細な説明は省略する。
<Fourth Embodiment> A fourth embodiment applied to each pixel of the first example of the pixel configuration shown in FIG. 1 will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a circuit diagram illustrating a configuration of a pixel provided in the solid-state imaging device used in the present embodiment. Elements and signal lines used for the same purpose as the pixel shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0060】図7に示すように、本実施形態では、MO
SトランジスタT1のドレインとゲートとの接続ノード
にドレインが接続されるとともに、MOSトランジスタ
T2のゲートにソースが接続された第5MOSトランジ
スタT5が新たに設けられた構成となっている。MOS
トランジスタT5のゲートには、信号φSが入力され
る。その他の構成は第3の実施形態(図6)と同一であ
る。尚、MOSトランジスタT5は、MOSトランジス
タT1と同様、NチャネルのMOSトランジスタでバッ
クゲートが接地されている。
As shown in FIG. 7, in this embodiment, the MO
The drain is connected to the connection node between the drain and the gate of the S-transistor T1, and the fifth MOS transistor T5 whose source is connected to the gate of the MOS transistor T2 is newly provided. MOS
Signal φS is input to the gate of transistor T5. Other configurations are the same as those of the third embodiment (FIG. 6). The MOS transistor T5 is an N-channel MOS transistor and has a back gate grounded, like the MOS transistor T1.

【0061】このような構成の回路において、まず、信
号φSをローレベルにして、図1のような構成の固体撮
像装置内の画素G11〜Gmn(図1)に設けられたMOS
トランジスタT5を全てOFFの状態にする。このと
き、フォトトランジスタPTrは入射される光の光量に
応じた光電流を発生し、MOSトランジスタT1のゲー
ト電圧はこの光電流を対数変換した値に相当する電圧と
なる。次に、同一のタイミングで画素G11〜Gmn内のM
OSトランジスタT5のゲートにパルス信号φSを与え
る。尚、MOSトランジスタT5は、パルス信号φSが
ハイレベルのときONとなり、このとき、MOSトラン
ジスタT1に現れる光電流を対数変換した値に相当する
電圧がMOSトランジスタT2のゲートにサンプルホー
ルドされる。即ち、同一時間に撮像した映像情報が、各
画素の出力側の回路にサンプルホールドされたことにな
る。このようにMOSトランジスタT2のゲートにサン
プルホールドされると、MOSトランジスタT5がOF
Fになる。
In the circuit having such a configuration, first, the signal φS is set to the low level, and the MOS provided in the pixels G11 to Gmn (FIG. 1) in the solid-state imaging device having the configuration as shown in FIG.
All the transistors T5 are turned off. At this time, the phototransistor PTr generates a photocurrent corresponding to the amount of incident light, and the gate voltage of the MOS transistor T1 becomes a voltage corresponding to a value obtained by logarithmically converting the photocurrent. Next, at the same timing, M in the pixels G11 to Gmn
The pulse signal φS is applied to the gate of the OS transistor T5. The MOS transistor T5 is turned on when the pulse signal φS is at a high level. At this time, a voltage corresponding to a value obtained by logarithmically converting the photocurrent appearing in the MOS transistor T1 is sampled and held at the gate of the MOS transistor T2. That is, the video information captured at the same time is sampled and held by the output side circuit of each pixel. When sampled and held at the gate of the MOS transistor T2 in this manner, the MOS transistor T5 is turned off.
It becomes F.

【0062】そして、垂直走査回路2(図1)及び水平
走査回路3(図1)によって、画素G11〜Gmnに設けら
れたMOSトランジスタT6のゲートにパルス信号φV
が順次与えられて、MOSトランジスタT6がONする
ことにより、光電流を対数変換した出力電流が出力信号
線6に出力される。このとき、各画素では、MOSトラ
ンジスタT6がONすることによって、MOSトランジ
スタT2のゲートにサンプルホールドされた光電流を対
数変換した電圧に比例したドレイン電流が、出力電流と
してMOSトランジスタT2,T6を通して出力信号線
6に導出される。そして、MOSトランジスタT2及び
MOSトランジスタQ1(図2)の導通時抵抗とそれら
を流れる電流によって決まるMOSトランジスタQ1の
ドレイン電圧が、信号として出力信号線6に現れる。こ
のようにして信号が読み出された後、MOSトランジス
タT6がOFFになる。
Then, the vertical scanning circuit 2 (FIG. 1) and the horizontal scanning circuit 3 (FIG. 1) apply the pulse signal φV to the gate of the MOS transistor T6 provided in the pixels G11 to Gmn.
Are sequentially applied, and the MOS transistor T6 is turned on, so that an output current obtained by logarithmically converting the photocurrent is output to the output signal line 6. At this time, in each pixel, when the MOS transistor T6 is turned on, a drain current proportional to a voltage obtained by logarithmically converting the photocurrent sampled and held at the gate of the MOS transistor T2 is output as an output current through the MOS transistors T2 and T6. It is led to the signal line 6. Then, the on-state resistance of the MOS transistor T2 and the MOS transistor Q1 (FIG. 2) and the drain voltage of the MOS transistor Q1 determined by the current flowing through them appear on the output signal line 6 as a signal. After the signal is read out in this manner, the MOS transistor T6 is turned off.

【0063】このように、本実施形態では、固体撮像装
置内の全ての画素が同一時間に撮像動作を行った後、垂
直走査回路や水平走査回路が各画素を操作することで、
各画素が順番にその撮像した際の映像情報を有する出力
信号を出力する。よって、固体撮像装置は、同一時間の
映像情報の出力信号をシリアルデータとして出力できる
ため、このようなシリアルデータとなる出力信号を再生
したとき、その映像情報に時間的な誤差が含まれること
がなくなる。
As described above, in the present embodiment, after all the pixels in the solid-state imaging device perform the imaging operation at the same time, the vertical scanning circuit and the horizontal scanning circuit operate each pixel.
Each pixel sequentially outputs an output signal having video information at the time of imaging. Therefore, since the solid-state imaging device can output an output signal of video information at the same time as serial data, when reproducing such an output signal that becomes serial data, the video information may include a temporal error. Disappears.

【0064】<第5の実施形態>図1に示した画素構成
の第1例の各画素に適用される第5の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図8は、本実施形態に使
用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路
図である。尚、図6に示す画素と同様の目的で使用され
る素子及び信号線などは、同一の符号を付して、その詳
細な説明は省略する。
<Fifth Embodiment> A fifth embodiment applied to each pixel of the first example of the pixel configuration shown in FIG. 1 will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a circuit diagram illustrating a configuration of a pixel provided in the solid-state imaging device used in the present embodiment. Elements and signal lines used for the same purpose as the pixel shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0065】図8に示すように、本実施形態では、MO
SトランジスタT1のドレイン及びゲートとMOSトラ
ンジスタT2のゲートとの接続ノードにドレインが接続
されるとともに、ソースに直流電圧VPG2が印加された
第4MOSトランジスタT4が新たに設けられた構成と
なっている。MOSトランジスタT4のゲートには、信
号φVRS2が入力される。又、MOSトランジスタT1
のソースには、信号φVPSが与えられる。その他の構成
は第3の実施形態(図6)と同一である。尚、MOSト
ランジスタT4は、MOSトランジスタT1と同様、N
チャネルのMOSトランジスタでバックゲートが接地さ
れている。
As shown in FIG. 8, in this embodiment, the MO
The drain is connected to the connection node between the drain and gate of the S transistor T1 and the gate of the MOS transistor T2, and a fourth MOS transistor T4 having a source to which the DC voltage VPG2 is applied is newly provided. Signal φVRS2 is input to the gate of MOS transistor T4. Also, the MOS transistor T1
Is supplied with a signal φVPS. Other configurations are the same as those of the third embodiment (FIG. 6). The MOS transistor T4 has N
The back gate is grounded by the MOS transistor of the channel.

【0066】本実施形態において、信号φVPSの電圧値
を切り換えてMOSトランジスタT1のバイアスを変え
ることにより、出力信号線6に導出される出力信号を光
電流に対して自然対数的に変換させる場合と、線形的に
変換させる場合とを実現することができる。尚、信号φ
VPSは、2値的に変化するものとし、MOSトランジス
タT1,T2をサブスレッショルド領域で動作させるた
めの電圧をローレベルとし、直流電圧VPDと略等しい電
圧をハイレベルとする。以下これらの各場合における動
作を説明する。
In the present embodiment, the case where the voltage of the signal φVPS is switched to change the bias of the MOS transistor T1 so that the output signal led out to the output signal line 6 is naturally logarithmically converted into the photocurrent is considered. , And a case of linear conversion. Note that the signal φ
VPS changes in a binary manner. The voltage for operating the MOS transistors T1 and T2 in the subthreshold region is set to a low level, and a voltage substantially equal to the DC voltage VPD is set to a high level. The operation in each of these cases will be described below.

【0067】(1) 光電流を自然対数的に変換して出
力する場合 まず、信号φVPSをローレベルとし、MOSトランジス
タT1,T2がサブスレッショルド領域で動作するよう
にバイアスされているときの動作について、説明する。
このとき、MOSトランジスタT4のゲートにはローレ
ベルの信号φVRS2が与えられるので、MOSトランジ
スタT4はOFFとなり、実質的に存在しないことと等
価になる。
(1) When the Photocurrent is Naturally Logarithmically Converted and Output First, the operation when the signal φVPS is at a low level and the MOS transistors T1 and T2 are biased to operate in the sub-threshold region. ,explain.
At this time, since the low-level signal φVRS2 is supplied to the gate of the MOS transistor T4, the MOS transistor T4 is turned off, which is equivalent to the fact that the MOS transistor T4 does not substantially exist.

【0068】フォトトランジスタPTrに光が入射する
と光電流が発生し、MOSトランジスタのサブスレッシ
ョルド特性により、前記光電流を自然対数的に変換した
値の電圧がMOSトランジスタT1,T2のゲートに発
生する。この電圧により、MOSトランジスタT2に、
前記光電流を自然対数的に変換した値と同等のドレイン
電流が流れようとする。ただし、このとき、MOSトラ
ンジスタT6はOFF状態である。
When light enters the phototransistor PTr, a photocurrent is generated, and a voltage having a value obtained by natural logarithmically converting the photocurrent is generated at the gates of the MOS transistors T1 and T2 due to the subthreshold characteristic of the MOS transistor. With this voltage, the MOS transistor T2
A drain current equivalent to a value obtained by natural logarithmically converting the photocurrent tends to flow. However, at this time, the MOS transistor T6 is in the OFF state.

【0069】次に、MOSトランジスタT6のゲートに
パルス信号φVを与えて、MOSトランジスタT6をO
Nにすると、MOSトランジスタT2のゲートにかかる
電圧に比例したドレイン電流がMOSトランジスタT
2,T6を通って出力信号線6に導出される。よって、
出力信号線6に導出される電流は前記光電流を自然対数
的に変換した値となる。このようにして入射光量の対数
値に比例した信号(出力電流)を読み出すと、MOSト
ランジスタT6をOFFにする。尚、このように入射光
量に対してその出力電流を自然対数的に変換する場合、
信号φVRS2は、常にローレベルのままである。
Next, a pulse signal φV is applied to the gate of the MOS transistor T6 to turn on the MOS transistor T6.
N, the drain current proportional to the voltage applied to the gate of the MOS transistor T2 becomes
2, and is led to the output signal line 6 through T6. Therefore,
The current led out to the output signal line 6 is a value obtained by natural logarithmically converting the photocurrent. When a signal (output current) proportional to the logarithmic value of the incident light amount is read in this way, the MOS transistor T6 is turned off. When the output current is naturally logarithmically converted with respect to the incident light amount,
Signal φVRS2 always remains at the low level.

【0070】(2) 光電流を線形的に変換して出力す
る場合 次に、信号φVPSをハイレベルとして、MOSトランジ
スタT1をカットオフ状態にしたときの動作について説
明する。このとき、MOSトランジスタT4のゲートに
ローレベルの信号φVRS2を与えて、MOSトランジス
タT4はOFFとする。このような状態において、フォ
トトランジスタPTrに光が入射すると光電流が発生す
る。このとき、MOSトランジスタT1のバックゲート
とゲートとの間やフォトトランジスタPTrでキャパシ
タを構成するので、光電流による電荷がMOSトランジ
スタT1のゲート及びドレインに蓄積される。よって、
MOSトランジスタT1,T2のゲート電圧が前記光電
流を積分した値に比例した値になる。
(2) When the Photocurrent is Linearly Converted and Output Next, the operation when the signal φVPS is set to the high level and the MOS transistor T1 is cut off will be described. At this time, a low-level signal φVRS2 is applied to the gate of the MOS transistor T4 to turn off the MOS transistor T4. In such a state, when light enters the phototransistor PTr, a photocurrent is generated. At this time, since a capacitor is formed between the back gate and the gate of the MOS transistor T1 and the phototransistor PTr, a charge due to a photocurrent is accumulated in the gate and the drain of the MOS transistor T1. Therefore,
The gate voltages of the MOS transistors T1 and T2 have a value proportional to a value obtained by integrating the photocurrent.

【0071】次に、MOSトランジスタT6のゲートに
パルス信号φVを与えて、MOSトランジスタT6をO
Nにすると、MOSトランジスタT2のゲートにかかる
電圧に比例したドレイン電流がMOSトランジスタT
2,T6を通って出力信号線6に導出される。MOSト
ランジスタT2のゲートにかかる電圧は、前記光電流を
積分した値に比例した値の電圧であるので、出力信号線
6に導出される出力電流は前記光電流の積分値を線形的
に変換した値となる。
Next, a pulse signal φV is applied to the gate of the MOS transistor T6 to turn on the MOS transistor T6.
N, the drain current proportional to the voltage applied to the gate of the MOS transistor T2 becomes
2, and is led to the output signal line 6 through T6. Since the voltage applied to the gate of the MOS transistor T2 is a voltage proportional to the value obtained by integrating the photocurrent, the output current led out to the output signal line 6 is obtained by linearly converting the integrated value of the photocurrent. Value.

【0072】このようにして入射光量に比例した信号
(出力電流)を読み出すことができる。信号読み出し後
は、まず、MOSトランジスタT6をOFFにするとと
もに、MOSトランジスタT4のゲートにハイレベルの
信号φVRS2を与えることで、MOSトランジスタT4
をONとして、フォトトランジスタPTr、MOSトラ
ンジスタT1のドレイン電圧、及びMOSトランジスタ
T1,T2のゲート電圧を初期化させる。
In this manner, a signal (output current) proportional to the amount of incident light can be read. After the signal is read, first, the MOS transistor T6 is turned off, and a high-level signal φVRS2 is applied to the gate of the MOS transistor T4.
Is turned on to initialize the phototransistor PTr, the drain voltage of the MOS transistor T1, and the gate voltages of the MOS transistors T1 and T2.

【0073】このように、本実施形態においては、簡単
な電位操作により同一の画素で複数の出力特性を切り換
えることが可能になる。尚、信号を対数変換して出力す
る状態から線形変換して出力する状態に切り換える際に
は、まずφVPS2の電位調整により出力の切り換えを行
ってから、MOSトランジスタT4によるMOSトラン
ジスタT1などのリセットを行うことが好ましい。一
方、信号を線形変換して出力する状態から対数変換して
出力する状態に切り換える際には、MOSトランジスタ
T4によるMOSトランジスタT1などのリセットは特
に必要ない。これは、MOSトランジスタT1が完全な
OFF状態ではないことに起因してMOSトランジスタ
T1に蓄積されたキャリアは逆極性のキャリアによって
うち消されるためである。
As described above, in the present embodiment, it is possible to switch a plurality of output characteristics in the same pixel by a simple potential operation. When switching from a state in which the signal is logarithmically converted and output to a state in which the signal is linearly converted and output is performed, first, the output is switched by adjusting the potential of φVPS2, and then the MOS transistor T4 is used to reset the MOS transistor T1 and the like. It is preferred to do so. On the other hand, when switching from a state in which the signal is linearly converted and output to a state in which the signal is logarithmically converted and output, it is not particularly necessary to reset the MOS transistor T1 and the like by the MOS transistor T4. This is because carriers accumulated in the MOS transistor T1 are erased by carriers of the opposite polarity due to the fact that the MOS transistor T1 is not in a completely OFF state.

【0074】尚、本実施形態において、第1又は第2の
実施形態のように、MOSトランジスタT2のソースに
一端が接続されたキャパシタC(図3又は図5参照)、
及びMOSトランジスタT2のソースにゲートが接続さ
れるとともにMOSトランジスタT6のドレインにソー
スが接続されたMOSトランジスタT7(図3又は図5
参照)を設けて、出力側に積分回路を設けた構成にして
も構わない。
In this embodiment, as in the first or second embodiment, a capacitor C (see FIG. 3 or FIG. 5) having one end connected to the source of the MOS transistor T2,
And a MOS transistor T7 whose gate is connected to the source of the MOS transistor T2 and whose source is connected to the drain of the MOS transistor T6 (FIG. 3 or FIG. 5).
) And an integration circuit on the output side.

【0075】このとき、対数変換動作によって出力電流
を出力した場合、MOSトランジスタT8(図3参照)
又はMOSトランジスタT2(図5参照)によって、接
続ノードa及びキャパシタCをリセットを行う。又、線
形変換動作によって出力電流を出力した場合、まず、M
OSトランジスタT4によってMOSトランジスタT1
などのリセットを行った後、MOSトランジスタT8
(図3参照)又はMOSトランジスタT2(図5参照)
によって、接続ノードa及びキャパシタCのリセットを
行う。
At this time, when the output current is output by the logarithmic conversion operation, the MOS transistor T8 (see FIG. 3)
Alternatively, the connection node a and the capacitor C are reset by the MOS transistor T2 (see FIG. 5). When the output current is output by the linear conversion operation, first, M
The MOS transistor T1 is generated by the OS transistor T4.
After resetting the MOS transistor T8
(See FIG. 3) or MOS transistor T2 (see FIG. 5)
Resets the connection node a and the capacitor C.

【0076】又、本実施形態において、第4の実施形態
のように、MOSトランジスタT1のゲート及びドレイ
ンの接続ノードにソースが接続されるとともにMOSト
ランジスタT2のゲートにドレインが接続されたMOS
トランジスタT5(図7参照)を設けても構わない。こ
のとき、線形変換動作を行って、MOSトランジスタT
4によるMOSトランジスタT1などのリセットを行う
際、MOSトランジスタT5をONの状態にする。そし
て、MOSトランジスタT1などのリセットが終了する
とともに、MOSトランジスタT5をOFFにし、次の
撮像動作に備えるようにする。尚、MOSトランジスタ
T4のドレインは、MOSトランジスタT5のソース、
ドレインのいずれに接続しても構わない。
In this embodiment, as in the fourth embodiment, a MOS transistor in which the source is connected to the connection node between the gate and the drain of the MOS transistor T1 and the drain is connected to the gate of the MOS transistor T2.
A transistor T5 (see FIG. 7) may be provided. At this time, a linear conversion operation is performed, and the MOS transistor T
When the reset of the MOS transistor T1 and the like by 4 is performed, the MOS transistor T5 is turned on. Then, when the reset of the MOS transistor T1 and the like is completed, the MOS transistor T5 is turned off to prepare for the next imaging operation. The drain of the MOS transistor T4 is the source of the MOS transistor T5,
It may be connected to any of the drains.

【0077】<画素構成の第2例>図9は本発明の実施
形態である二次元のMOS型固体撮像装置の一部の構成
を概略的に示している。尚、図1に示す二次元のMOS
型固体撮像装置の一部の構成において、同様の目的で使
用される素子及び信号線などは、同一の符号を付して、
その詳細な説明は省略する。
<Second Example of Pixel Configuration> FIG. 9 schematically shows a partial configuration of a two-dimensional MOS solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. The two-dimensional MOS shown in FIG.
In some configurations of the solid-state imaging device, elements and signal lines used for the same purpose are denoted by the same reference numerals,
Detailed description is omitted.

【0078】図9における固体撮像装置は、図1の固体
撮像装置に、定電流源9−1、9−2、・・・、9−m
と、電流供給線8−1、8−2、・・・、8−mとを設
けて、定電流源9−1、9−2、・・・、9−mが列毎
にそれぞれ、電流供給線8−1、8−2、・・・、8−
mを介して、画素G11〜G1n、G21〜G2n、・・・、G
m1〜Gmnに電流を供給する。各画素に対し、上記ライン
4−1、4−2・・・、4−nや出力信号線6−1、6
−2・・・、6−m、電流供給線8−1、8−2、・・
・、8−m、電源ライン5だけでなく、他のライン(例
えば、クロックラインやバイアス供給ライン等)も接続
されるが、図9ではこれらについて省略する。
The solid-state imaging device in FIG. 9 is different from the solid-state imaging device in FIG. 1 in that constant current sources 9-1, 9-2,.
, 8-m, and constant current sources 9-1, 9-2,..., 9-m are provided with current supply lines 8-1, 8-2,. Supply lines 8-1, 8-2, ..., 8-
, G, G11 to G1n, G21 to G2n,.
A current is supplied to m1 to Gmn. .., 4-n and output signal lines 6-1 and 6 are provided for each pixel.
-2, -m, current supply lines 8-1, 8-2, ...
, 8-m, not only the power supply line 5 but also other lines (for example, a clock line and a bias supply line) are connected, but these are omitted in FIG.

【0079】出力信号線6−1、6−2、・・・、6−
mごとにNチャネルのMOSトランジスタQ1、Q2が
図示の如く1組ずつ設けられている。出力信号線6−1
を例にとって説明すると、MOSトランジスタQ1のゲ
ートは直流電圧線11に接続され、ドレインは出力信号
線6−1に接続され、ソースは直流電圧VPS’のライン
12に接続されている。一方、MOSトランジスタQ2
のドレインは出力信号線6−1に接続され、ソースは最
終的な信号線7に接続され、ゲートは水平走査回路3に
接続されている。
The output signal lines 6-1, 6-2,.
As shown in the figure, a set of N-channel MOS transistors Q1 and Q2 is provided for each m. Output signal line 6-1
The gate of the MOS transistor Q1 is connected to the DC voltage line 11, the drain is connected to the output signal line 6-1, and the source is connected to the line 12 of the DC voltage VPS '. On the other hand, MOS transistor Q2
Is connected to the output signal line 6-1, the source is connected to the final signal line 7, and the gate is connected to the horizontal scanning circuit 3.

【0080】画素G11〜Gmnには、後述するように、
それらの画素で発生した光電荷に基づく信号を出力する
NチャネルのMOSトランジスタTaが設けられてい
る。MOSトランジスタTaと上記MOSトランジスタ
Q1との接続関係は、図1の場合と同様に、図2(a)
のようになり、図2(a)の回路はソースフォロワ型の
増幅回路となる。このMOSトランジスタTaは、第6
の実施形態では、第7MOSトランジスタT7に、第7
〜第9の実施形態では、第2MOSトランジスタT2に
相当する。
As will be described later, the pixels G11 to Gmn have
An N-channel MOS transistor Ta for outputting a signal based on photocharges generated in those pixels is provided. The connection relationship between the MOS transistor Ta and the MOS transistor Q1 is the same as in the case of FIG.
The circuit shown in FIG. 2A is a source follower-type amplifier circuit. This MOS transistor Ta has a sixth
In the embodiment, the seventh MOS transistor T7 has the seventh MOS transistor T7.
In the ninth to ninth embodiments, this corresponds to the second MOS transistor T2.

【0081】MOSトランジスタQ2は水平走査回路3
によって制御され、スイッチ素子として動作する。尚、
後述するように図10以降の各実施形態の画素内にはス
イッチ用のNチャネルの第6MOSトランジスタT6も
設けられている。このMOSトランジスタT6も含めて
表わすと、図2(a)の回路は正確には図2(b)のよ
うになる。即ち、MOSトランジスタT6がMOSトラ
ンジスタQ1とMOSトランジスタTaとの間に挿入さ
れている。ここで、MOSトランジスタT6は行の選択
を行うものであり、MOSトランジスタQ2は列の選択
を行うものである。尚、図9および図2に示す構成は以
下に説明する第6の実施形態〜第9の実施形態に共通の
構成である。
The MOS transistor Q2 is connected to the horizontal scanning circuit 3
And is operated as a switch element. still,
As described later, an N-channel sixth MOS transistor T6 for switching is also provided in the pixel of each of the embodiments shown in FIG. 10 and thereafter. If this MOS transistor T6 is also included, the circuit of FIG. 2A is exactly as shown in FIG. 2B. That is, the MOS transistor T6 is inserted between the MOS transistor Q1 and the MOS transistor Ta. Here, the MOS transistor T6 selects a row, and the MOS transistor Q2 selects a column. The configuration shown in FIGS. 9 and 2 is a configuration common to the sixth to ninth embodiments described below.

【0082】図2のように構成することにより信号のゲ
インを大きく出力することができる。従って、画素がダ
イナミックレンジ拡大のために感光素子から発生する光
電流を自然対数的に変換しているような場合は、そのま
までは出力信号が小さいが、本増幅回路により充分大き
な信号に増幅されるため、後続の信号処理回路(図示せ
ず)での処理が容易になる。また、増幅回路の負荷抵抗
部分を構成するMOSトランジスタQ1を画素内に設け
ずに、列方向に配置された複数の画素が接続される出力
信号線6−1、6−2、・・・、6−mごとに設けるこ
とにより、負荷抵抗又は定電流源の数を低減でき、半導
体チップ上で増幅回路が占める面積を少なくできる。
With the configuration shown in FIG. 2, a large signal gain can be output. Therefore, when the pixel converts the photocurrent generated from the photosensitive element in a natural logarithmic manner to expand the dynamic range, the output signal is small as it is, but is amplified to a sufficiently large signal by the present amplifier circuit. Therefore, processing in a subsequent signal processing circuit (not shown) is facilitated. Further, the output signal lines 6-1, 6-2,... To which a plurality of pixels arranged in the column direction are connected without providing the MOS transistor Q1 constituting the load resistance portion of the amplifier circuit in the pixel. The provision of each 6-m can reduce the number of load resistances or constant current sources, and reduce the area occupied by the amplifier circuit on the semiconductor chip.

【0083】<第6の実施形態>図9に示した画素構成
の第2例の各画素に適用される第6の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図10は、本実施形態に
使用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回
路図である。尚、図3に示す画素と同様の目的で使用さ
れる素子及び信号線などは、同一の符号を付して、その
詳細な説明は省略する。
<Sixth Embodiment> A sixth embodiment applied to each pixel of the second example of the pixel configuration shown in FIG. 9 will be described with reference to the drawings. FIG. 10 is a circuit diagram illustrating a configuration of a pixel provided in the solid-state imaging device used in the present embodiment. Elements and signal lines used for the same purpose as the pixel shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0084】図10に示すように、本実施形態では、フ
ォトトランジスタPTrのベースにソースが接続される
とともに、定電流源9(この定電流源9は、図9の9−
1、9−2、・・・、9−mに対応する)に電流供給線
8(この電流供給線8は、図9の8−1、8−2、・・
・、8−mに対応する)を介してドレインが接続された
第3MOSトランジスタT3が新たに設けられた構成と
なっている。MOSトランジスタT3のゲートには、信
号φSWが入力される。その他の構成は第1の実施形態
(図3)と同一である。尚、MOSトランジスタT3
は、MOSトランジスタT1と同様、NチャネルのMO
Sトランジスタでバックゲートが接地されている。
As shown in FIG. 10, in the present embodiment, a source is connected to the base of the phototransistor PTr, and a constant current source 9 (this constant current source 9
1, 9-2,..., 9-m) and current supply lines 8 (the current supply lines 8 are 8-1, 8-2,.
, Corresponding to 8-m) is newly provided with a third MOS transistor T3 to which a drain is connected. The signal φSW is input to the gate of the MOS transistor T3. Other configurations are the same as those of the first embodiment (FIG. 3). The MOS transistor T3
Is an N-channel MO, like the MOS transistor T1.
The back gate is grounded in the S transistor.

【0085】このような構成において、画素が撮像動作
を行う場合は、信号φSWをローレベルにしてMOSト
ランジスタT3をOFFすることによって、フォトトラ
ンジスタPTrのベースをフローティング状態にする。
又、画素の感度バラツキを検出する場合は、信号φSW
をハイレベルにしてMOSトランジスタT3をONする
ことによって、定電流源9からフォトトランジスタPT
rのベースに定電流を与える。以下に、撮像動作及び感
度バラツキの検出動作について説明する。
In such a configuration, when the pixel performs an imaging operation, the base of the phototransistor PTr is brought into a floating state by turning off the MOS transistor T3 by setting the signal φSW to low level.
When detecting the variation in sensitivity of the pixel, the signal φSW
Is set to a high level to turn on the MOS transistor T3.
A constant current is applied to the base of r. Hereinafter, the imaging operation and the detection operation of the sensitivity variation will be described.

【0086】(1)撮像動作 まず、ローレベルの信号φSWをMOSトランジスタT
3のゲートに与えることで、MOSトランジスタT3を
OFFにして、フォトトランジスタPTrのベースをフ
ローティング状態にする。このとき、フォトトランジス
タPTr、MOSトランジスタT1,T2,T6〜T
8、及びキャパシタCが、第1の実施形態と同様の動作
を行うことで、対数変換された出力電流が出力信号線6
に出力される。
(1) Imaging operation First, a low-level signal φSW is applied to the MOS transistor T
By applying the voltage to the gate of the MOS transistor T3, the MOS transistor T3 is turned off, and the base of the phototransistor PTr is brought into a floating state. At this time, the phototransistor PTr and the MOS transistors T1, T2, T6 to T
8 and the capacitor C perform the same operation as in the first embodiment, so that the logarithmically converted output current is output to the output signal line 6.
Is output to

【0087】即ち、フォトトランジスタPTrに光が入
射すると光電流が発生し、MOSトランジスタのサブス
レッショルド特性により、前記光電流を自然対数的に変
換した値の電圧がMOSトランジスタT1,T2のゲー
トに発生する。この電圧により、キャパシタCには前記
光電流の積分値を自然対数的に変換した値と同等の電荷
が蓄積される。そして、MOSトランジスタT6のゲー
トにパルス信号φVを与えてMOSトランジスタT6を
ONすることで、前記光電流の積分値を自然対数的に変
換した値に等しい出力電流が、MOSトランジスタT
6,T7を通って出力信号線6に導出される。
That is, when light is incident on the phototransistor PTr, a photocurrent is generated, and a voltage having a value obtained by natural logarithmically converting the photocurrent is generated at the gates of the MOS transistors T1 and T2 due to the subthreshold characteristic of the MOS transistor. I do. Due to this voltage, an electric charge equivalent to a value obtained by natural logarithmically converting the integrated value of the photocurrent is accumulated in the capacitor C. Then, by applying a pulse signal φV to the gate of the MOS transistor T6 to turn on the MOS transistor T6, an output current equal to a value obtained by natural logarithmically converting the integrated value of the photocurrent is obtained.
6, and is led to the output signal line 6 through T7.

【0088】(2)画素の感度バラツキ検出 画素の感度バラツキ検出動作について、図11を参照し
て説明する。上記のようにパルス信号φVを与えて出力
電流を出力すると、まず、パルス信号φVRSをMOSト
ランジスタT8のゲートに与えて、キャパシタC及び接
続ノードaのリセットを行う。次に、ハイレベルの信号
φSWをMOSトランジスタT3のゲートに与えてMO
SトランジスタT3をONにして、フォトトランジスタ
PTrのベースに定電流源9より電流供給線8を介して
定電流が流れるようにする。
(2) Pixel Sensitivity Variation Detection The pixel sensitivity variation detection operation will be described with reference to FIG. When the pulse signal φV is applied to output an output current as described above, first, the pulse signal φVRS is applied to the gate of the MOS transistor T8 to reset the capacitor C and the connection node a. Next, a high level signal φSW is applied to the gate of the MOS transistor T3 to
The S transistor T3 is turned ON so that a constant current flows from the constant current source 9 to the base of the phototransistor PTr via the current supply line 8.

【0089】このように、各画素に定電流源9より一定
の電流が流れると、この定電流源9によってフォトトラ
ンジスタPTrのベース電流が一定とされる。このと
き、このベース電流が、フォトトランジスタPTrのベ
ース・エミッタ間PN接合に入射される光の光量に応じ
て生じる電流より十分大きな電流である。そのため、フ
ォトトランジスタPTrのエミッタ電流である光電流
が、定電流源9より与えられる電流によって決定され
る。このときの光電流の値が、感度のバラツキの原因と
なるフォトトランジスタPTrの増幅率を表す。
As described above, when a constant current flows from each pixel to the constant current source 9, the constant current source 9 makes the base current of the phototransistor PTr constant. At this time, the base current is a current sufficiently larger than a current generated according to the amount of light incident on the PN junction between the base and the emitter of the phototransistor PTr. Therefore, the photocurrent that is the emitter current of the phototransistor PTr is determined by the current supplied from the constant current source 9. The value of the photocurrent at this time indicates the amplification factor of the phototransistor PTr which causes the variation in sensitivity.

【0090】よって、MOSトランジスタT1,T2の
ゲートに、定電流源9によって決定された光電流を対数
変換した値の電圧が現れる。この電圧により、キャパシ
タCには前記光電流の積分値を自然対数的に変換した値
と同等の電荷が蓄積される。そして、MOSトランジス
タT6のゲートにパルス信号φVを与えてMOSトラン
ジスタT6をONすることで、前記光電流の積分値を自
然対数的に変換した値に等しい出力電流が、MOSトラ
ンジスタT6,T7を通って出力信号線6に導出され
る。この光電流が感度のバラツキの原因となるフォトト
ランジスタPTrの増幅率を表すため、出力信号線6に
出力される出力信号が、各画素の感度のバラツキを表し
た信号となる。
Therefore, a voltage having a value obtained by logarithmically converting the photocurrent determined by the constant current source 9 appears at the gates of the MOS transistors T1 and T2. Due to this voltage, an electric charge equivalent to a value obtained by natural logarithmically converting the integrated value of the photocurrent is accumulated in the capacitor C. Then, by applying a pulse signal φV to the gate of the MOS transistor T6 to turn on the MOS transistor T6, an output current equal to the natural logarithmically converted value of the photocurrent passes through the MOS transistors T6 and T7. To the output signal line 6. Since this photocurrent indicates the amplification factor of the phototransistor PTr causing the variation in sensitivity, the output signal output to the output signal line 6 is a signal representing the variation in sensitivity of each pixel.

【0091】このように、パルス信号φVを与えて、各
画素の感度バラツキが検出されると、信号φSWをロー
レベルにして、再び、MOSトランジスタT3をOFF
にして、フォトトランジスタPTrのベースをフローテ
ィング状態にする。その後、パルス信号φVRSをMOS
トランジスタT8のゲートに与えて、キャパシタC及び
接続ノードaをリセットすることによって、次の撮像動
作に備える。
As described above, when the pulse signal φV is applied and the variation in sensitivity of each pixel is detected, the signal φSW is set to low level, and the MOS transistor T3 is turned off again.
Then, the base of the phototransistor PTr is brought into a floating state. After that, the pulse signal φVRS is
This is applied to the gate of the transistor T8 to reset the capacitor C and the connection node a to prepare for the next imaging operation.

【0092】尚、本実施形態において、第2の実施形態
(図5)と同様、MOSトランジスタT2のドレインに
信号φDを与えるとともに、MOSトランジスタT8を
削除した構成の画素としても構わない。このとき、信号
φDを図11の信号φVRSと同様のタイミングでローレ
ベルのパルス信号を与えることによって、キャパシタC
及び接続ノードaのリセットを行えばよい。
Incidentally, in the present embodiment, similarly to the second embodiment (FIG. 5), a pixel having a configuration in which the signal φD is applied to the drain of the MOS transistor T2 and the MOS transistor T8 is omitted may be used. At this time, by applying a low-level pulse signal to the signal φD at the same timing as the signal φVRS in FIG.
And reset the connection node a.

【0093】<第7の実施形態>図9に示した画素構成
の第2例の各画素に適用される第7の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図12は、本実施形態に
使用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回
路図である。尚、図6に示す画素と同様の目的で使用さ
れる素子及び信号線などは、同一の符号を付して、その
詳細な説明は省略する。
<Seventh Embodiment> A seventh embodiment applied to each pixel of the second example of the pixel configuration shown in FIG. 9 will be described with reference to the drawings. FIG. 12 is a circuit diagram illustrating a configuration of a pixel provided in the solid-state imaging device used in the present embodiment. Elements and signal lines used for the same purpose as the pixel shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0094】図12に示すように、本実施形態では、第
6の実施形態(図10)と同様、フォトトランジスタP
Trのベースにソースが接続されるとともに、定電流源
9に電流供給線8を介してドレインが接続された第3M
OSトランジスタT3が新たに設けられた構成となって
いる。MOSトランジスタT3のゲートには、信号φS
Wが入力される。その他の構成は第3の実施形態(図
6)と同一である。尚、MOSトランジスタT3は、M
OSトランジスタT1と同様、NチャネルのMOSトラ
ンジスタでバックゲートが接地されている。
As shown in FIG. 12, in the present embodiment, similar to the sixth embodiment (FIG. 10), the phototransistor P
A third transistor whose source is connected to the base of Tr and whose drain is connected to the constant current source 9 via the current supply line 8
The configuration is such that an OS transistor T3 is newly provided. The signal φS is applied to the gate of the MOS transistor T3.
W is input. Other configurations are the same as those of the third embodiment (FIG. 6). Note that the MOS transistor T3 is
Similar to the OS transistor T1, an N-channel MOS transistor has a back gate grounded.

【0095】このような構成において、第6の実施形態
と同様に、画素が撮像動作を行う場合は、信号φSWを
ローレベルにしてMOSトランジスタT3をOFFする
ことによって、フォトトランジスタPTrのベースをフ
ローティング状態にする。又、画素の感度バラツキを検
出する場合は、信号φSWをハイレベルにしてMOSト
ランジスタT3をONすることによって、定電流源9か
らフォトトランジスタPTrのベースに定電流を与え
る。以下に、撮像動作及び感度バラツキの検出動作につ
いて説明する。
In such a configuration, as in the sixth embodiment, when the pixel performs an imaging operation, the base of the phototransistor PTr is floated by setting the signal φSW to low level and turning off the MOS transistor T3. State. When detecting a variation in the sensitivity of the pixel, the signal φSW is set to a high level to turn on the MOS transistor T3, thereby supplying a constant current from the constant current source 9 to the base of the phototransistor PTr. Hereinafter, the imaging operation and the detection operation of the sensitivity variation will be described.

【0096】(1)撮像動作 まず、ローレベルの信号φSWをMOSトランジスタT
3のゲートに与えることで、MOSトランジスタT3を
OFFにして、フォトトランジスタPTrのベースをフ
ローティング状態にする。このとき、フォトトランジス
タPTr及びMOSトランジスタT1,T2,T6が、
第3の実施形態と同様の動作を行うことで、対数変換さ
れた出力電流が出力信号線6に出力される。
(1) Imaging operation First, a low-level signal φSW is applied to the MOS transistor T
By applying the voltage to the gate of the MOS transistor T3, the MOS transistor T3 is turned off, and the base of the phototransistor PTr is brought into a floating state. At this time, the phototransistor PTr and the MOS transistors T1, T2, T6 are:
By performing the same operation as in the third embodiment, the logarithmically converted output current is output to the output signal line 6.

【0097】即ち、フォトトランジスタPTrに光が入
射すると光電流が発生し、MOSトランジスタのサブス
レッショルド特性により、前記光電流を自然対数的に変
換した値の電圧がMOSトランジスタT1,T2のゲー
トに発生する。この電圧により、前記光電流に対して自
然対数的に比例した値のドレイン電流がMOSトランジ
スタT2を流れる。そして、MOSトランジスタT6の
ゲートに信号φVを与えてONとすると、前記光電流に
対して自然対数的に比例した値のドレイン電流が、MO
SトランジスタT2,T6を通して出力信号線6に導出
される。このようにして信号が読み出された後、MOS
トランジスタT6がOFFになる。
That is, when light is incident on the phototransistor PTr, a photocurrent is generated, and a voltage having a value obtained by natural logarithmically converting the photocurrent is generated at the gates of the MOS transistors T1 and T2 due to the subthreshold characteristic of the MOS transistor. I do. With this voltage, a drain current having a value proportional to the logarithm of the photocurrent in a natural logarithmic manner flows through the MOS transistor T2. When the signal φV is applied to the gate of the MOS transistor T6 to turn on the MOS transistor T6, the drain current having a value proportional to the logarithm of the photocurrent in a natural logarithmic manner is obtained.
It is led to the output signal line 6 through the S transistors T2 and T6. After the signal is read out in this manner, the MOS
The transistor T6 turns off.

【0098】(2)画素の感度バラツキ検出 画素の感度バラツキ検出動作について、図13を参照し
て説明する。上記のようにパルス信号φVを与えて出力
電流を出力すると、まず、ハイレベルの信号φSWをM
OSトランジスタT3のゲートに与えてMOSトランジ
スタT3をONにして、フォトトランジスタPTrのベ
ースに定電流源9より電流供給線8を介して定電流が流
れるようにする。
(2) Pixel Sensitivity Variation Detection The pixel sensitivity variation detection operation will be described with reference to FIG. When the output current is output by giving the pulse signal φV as described above, first, the high-level signal φSW is set to M
The MOS transistor T3 is turned on by being applied to the gate of the OS transistor T3 so that a constant current flows from the constant current source 9 via the current supply line 8 to the base of the phototransistor PTr.

【0099】このように、各画素に定電流源9より一定
の電流が流れると、この定電流源9より与えられる電流
によって決定される光電流がフォトトランジスタPTr
より流れる。このときの光電流の値が、感度のバラツキ
の原因となるフォトトランジスタPTrの増幅率を表
す。よって、MOSトランジスタT1,T2のゲート
に、定電流源9によって決定された光電流を対数変換し
た値の電圧が現れる。この電圧により、前記光電流に対
して自然対数的に比例した値のドレイン電流がMOSト
ランジスタT2を流れようとする。
As described above, when a constant current flows from the constant current source 9 to each pixel, the photocurrent determined by the current supplied from the constant current source 9 becomes the phototransistor PTr.
More flowing. The value of the photocurrent at this time indicates the amplification factor of the phototransistor PTr which causes the variation in sensitivity. Therefore, a voltage having a value obtained by logarithmically converting the photocurrent determined by the constant current source 9 appears at the gates of the MOS transistors T1 and T2. With this voltage, a drain current having a value that is proportional to the logarithm of the photocurrent in a natural logarithm tends to flow through the MOS transistor T2.

【0100】そして、MOSトランジスタT6のゲート
に信号φVを与えてONとすると、前記光電流に対して
自然対数的に比例した値のドレイン電流が、MOSトラ
ンジスタT2,T6を通して出力信号線6に導出され
る。この光電流が感度のバラツキの原因となるフォトト
ランジスタPTrの増幅率を表すため、出力信号線6に
出力される出力信号が、各画素の感度のバラツキを表し
た信号となる。このように、パルス信号φVを与えて、
各画素の感度バラツキが検出されると、信号φSWをロ
ーレベルにして、再び、MOSトランジスタT3をOF
Fにして、次の撮像動作に備える。
When the signal φV is applied to the gate of the MOS transistor T6 to turn it on, a drain current having a value proportional to the logarithm of the photocurrent in natural logarithm is derived to the output signal line 6 through the MOS transistors T2 and T6. Is done. Since this photocurrent indicates the amplification factor of the phototransistor PTr causing the variation in sensitivity, the output signal output to the output signal line 6 is a signal representing the variation in sensitivity of each pixel. Thus, by giving the pulse signal φV,
When the sensitivity variation of each pixel is detected, the signal φSW is set to low level, and the MOS transistor T3 is turned off again.
Set to F to prepare for the next imaging operation.

【0101】<第8の実施形態>図9に示した画素構成
の第2例の各画素に適用される第8の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図14は、本実施形態に
使用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回
路図である。尚、図7に示す画素と同様の目的で使用さ
れる素子及び信号線などは、同一の符号を付して、その
詳細な説明は省略する。
<Eighth Embodiment> An eighth embodiment applied to each pixel of the second example of the pixel configuration shown in FIG. 9 will be described with reference to the drawings. FIG. 14 is a circuit diagram illustrating a configuration of a pixel provided in the solid-state imaging device used in the present embodiment. Elements and signal lines used for the same purpose as the pixel shown in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0102】図14に示すように、本実施形態では、第
6の実施形態(図10)と同様、フォトトランジスタP
Trのベースにソースが接続されるとともに、定電流源
9に電流供給線8を介してドレインが接続された第3M
OSトランジスタT3が新たに設けられた構成となって
いる。MOSトランジスタT3のゲートには、信号φS
Wが入力される。その他の構成は第4の実施形態(図
7)と同一である。尚、MOSトランジスタT3は、M
OSトランジスタT1と同様、NチャネルのMOSトラ
ンジスタでバックゲートが接地されている。
As shown in FIG. 14, in the present embodiment, similar to the sixth embodiment (FIG. 10), the phototransistor P
A third transistor whose source is connected to the base of Tr and whose drain is connected to the constant current source 9 via the current supply line 8
The configuration is such that an OS transistor T3 is newly provided. The signal φS is applied to the gate of the MOS transistor T3.
W is input. Other configurations are the same as those of the fourth embodiment (FIG. 7). Incidentally, the MOS transistor T3 is
Similar to the OS transistor T1, an N-channel MOS transistor has a back gate grounded.

【0103】このような構成において、第6の実施形態
と同様に、画素が撮像動作を行う場合は、信号φSWを
ローレベルにしてMOSトランジスタT3をOFFする
ことによって、フォトトランジスタPTrのベースをフ
ローティング状態にする。又、画素の感度バラツキを検
出する場合は、信号φSWをハイレベルにしてMOSト
ランジスタT3をONすることによって、定電流源9か
らフォトトランジスタPTrのベースに定電流を与え
る。以下に、撮像動作及び感度バラツキの検出動作につ
いて説明する。
In such a configuration, as in the sixth embodiment, when the pixel performs an imaging operation, the base of the phototransistor PTr is floated by setting the signal φSW to low level and turning off the MOS transistor T3. State. When detecting a variation in the sensitivity of the pixel, the signal φSW is set to the high level to turn on the MOS transistor T3, so that a constant current is supplied from the constant current source 9 to the base of the phototransistor PTr. Hereinafter, the imaging operation and the detection operation of the sensitivity variation will be described.

【0104】(1)撮像動作 まず、ローレベルの信号φSWをMOSトランジスタT
3のゲートに与えることで、MOSトランジスタT3を
OFFにして、フォトトランジスタPTrのベースをフ
ローティング状態にする。このとき、フォトトランジス
タPTr及びMOSトランジスタT1,T2,T5,T
6が、第4の実施形態と同様の動作を行うことで、対数
変換された出力電流が出力信号線6に出力される。
(1) Imaging operation First, a low-level signal φSW is applied to the MOS transistor T
By applying the voltage to the gate of the MOS transistor T3, the MOS transistor T3 is turned off, and the base of the phototransistor PTr is brought into a floating state. At this time, the phototransistor PTr and the MOS transistors T1, T2, T5, T
6 performs the same operation as in the fourth embodiment, so that the logarithmically converted output current is output to the output signal line 6.

【0105】まず、信号φSをローレベルにして、図9
のような構成の固体撮像装置内の画素G11〜Gmn(図
9)に設けられたMOSトランジスタT5を全てOFF
の状態にする。このとき、フォトトランジスタPTrは
入射される光の光量に応じた光電流を発生し、MOSト
ランジスタT1のゲート電圧はこの光電流を対数変換し
た値に相当する電圧となる。次に、同一のタイミングで
画素G11〜Gmn内のMOSトランジスタT5のゲートに
パルス信号φSを与え、MOSトランジスタT1に現れ
る光電流を対数変換した値に相当する電圧をMOSトラ
ンジスタT2のゲートにサンプルホールドする。このよ
うにサンプルホールドされると、MOSトランジスタT
5をOFFにする。
First, the signal φS is set to the low level, and FIG.
All the MOS transistors T5 provided in the pixels G11 to Gmn (FIG. 9) in the solid-state imaging device having the above configuration are turned off.
State. At this time, the phototransistor PTr generates a photocurrent corresponding to the amount of incident light, and the gate voltage of the MOS transistor T1 becomes a voltage corresponding to a value obtained by logarithmically converting the photocurrent. Next, a pulse signal φS is applied to the gates of the MOS transistors T5 in the pixels G11 to Gmn at the same timing, and a voltage corresponding to a logarithmically converted value of the photocurrent appearing in the MOS transistor T1 is sampled and held in the gate of the MOS transistor T2. I do. When sampled and held in this manner, the MOS transistor T
Turn 5 OFF.

【0106】そして、垂直走査回路2(図1)及び水平
走査回路3(図1)によって、画素G11〜Gmnに設けら
れたMOSトランジスタT6のゲートにパルス信号φV
が順次与えられて、MOSトランジスタT6がONする
ことにより、MOSトランジスタT2のゲートにサンプ
ルホールドされた光電流を対数変換した電圧に比例した
出力電流が出力信号線6に出力される。このようにして
信号が読み出された後、MOSトランジスタT6がOF
Fになる。
Then, the vertical scanning circuit 2 (FIG. 1) and the horizontal scanning circuit 3 (FIG. 1) apply the pulse signal φV to the gate of the MOS transistor T6 provided in the pixels G11 to Gmn.
Are sequentially applied, and when the MOS transistor T6 is turned on, an output current proportional to a voltage obtained by logarithmically converting the photocurrent sampled and held at the gate of the MOS transistor T2 is output to the output signal line 6. After the signal is read out in this manner, the MOS transistor T6 is turned off.
It becomes F.

【0107】(2)画素の感度バラツキ検出 画素の感度バラツキ検出動作について、図15を参照し
て説明する。尚、図15のタイミングチャートは、1画
素における各信号の動作を示す。上記のように、パルス
信号φSを全ての画素に与えた後、各画素に順次パルス
信号φVを与えて、全ての画素から出力電流を出力する
と、まず、ハイレベルの信号φSWをMOSトランジス
タT3のゲートに与えてMOSトランジスタT3をON
にして、フォトトランジスタPTrのベースに定電流源
9より電流供給線8を介して定電流が流れるようにす
る。
(2) Pixel Sensitivity Variation Detection The pixel sensitivity variation detection operation will be described with reference to FIG. Note that the timing chart of FIG. 15 shows the operation of each signal in one pixel. As described above, after the pulse signal φS is supplied to all the pixels, the pulse signal φV is sequentially supplied to each pixel, and the output current is output from all the pixels. First, the high-level signal φSW is supplied to the MOS transistor T3. Apply to gate to turn on MOS transistor T3
Then, a constant current flows from the constant current source 9 to the base of the phototransistor PTr via the current supply line 8.

【0108】このように、各画素に定電流源9より一定
の電流が流れると、この定電流源9より与えられる電流
によって決定される光電流がフォトトランジスタPTr
より流れる。このときの光電流の値が、感度のバラツキ
の原因となるフォトトランジスタPTrの増幅率を表
す。よって、MOSトランジスタT1ゲートに、定電流
源9によって決定された光電流を対数変換した値の電圧
が現れる。
As described above, when a constant current flows from the constant current source 9 to each pixel, the photocurrent determined by the current supplied from the constant current source 9 becomes the phototransistor PTr.
More flowing. The value of the photocurrent at this time indicates the amplification factor of the phototransistor PTr which causes the variation in sensitivity. Accordingly, a voltage having a value obtained by logarithmically converting the photocurrent determined by the constant current source 9 appears at the gate of the MOS transistor T1.

【0109】次に、パルス信号φSを全画素のMOSト
ランジスタT5のゲートに与えることによって、MOS
トランジスタT2のゲートに、MOSトランジスタT1
のゲート電圧となる定電流源9によって決定された光電
流を対数変換した値の電圧をサンプルホールドする。こ
の電圧により、前記光電流に対して自然対数的に比例し
た値のドレイン電流がMOSトランジスタT2を流れよ
うとする。そして、このようにMOSトランジスタT2
のゲートにサンプルホールドされると、MOSトランジ
スタT5をOFFにする。
Next, the pulse signal φS is applied to the gates of the MOS transistors T5 of all the pixels, thereby
A MOS transistor T1 is connected to the gate of the transistor T2.
The voltage of the value obtained by logarithmically converting the photocurrent determined by the constant current source 9 to be the gate voltage is sampled and held. With this voltage, a drain current having a value that is proportional to the logarithm of the photocurrent in a natural logarithm tends to flow through the MOS transistor T2. Then, as described above, the MOS transistor T2
, The MOS transistor T5 is turned off.

【0110】そして、信号φSWをローレベルにしてM
OSトランジスタT3をOFFにする。その後、各画素
毎にMOSトランジスタT6のゲートに信号φVを与え
てONとして、前記光電流に対して自然対数的に比例し
た値のドレイン電流を、MOSトランジスタT2,T6
を通して出力信号線6に導出する。この光電流が感度の
バラツキの原因となるフォトトランジスタPTrの増幅
率を表すため、出力信号線6に出力される出力信号が、
各画素の感度のバラツキを表した信号となる。このよう
に、同時にサンプルホールドされた各画素の感度バラツ
キを表した信号を、各画素より順番に出力することでシ
リアルデータとして出力すると、MOSトランジスタT
6をOFFにして次の撮像動作に備える。
Then, the signal φSW is set to the low level to set M
The OS transistor T3 is turned off. Thereafter, a signal φV is applied to the gate of the MOS transistor T6 for each pixel to turn on the MOS transistor T6, and the drain current having a value which is logarithmically proportional to the photocurrent is supplied to the MOS transistors T2 and T6.
Through to the output signal line 6. Since this photocurrent indicates the amplification factor of the phototransistor PTr causing the variation in sensitivity, the output signal output to the output signal line 6 is:
This is a signal representing the variation in the sensitivity of each pixel. As described above, when the signal representing the sensitivity variation of each pixel sampled and held at the same time is sequentially output from each pixel and output as serial data, the MOS transistor T
6 is turned off to prepare for the next imaging operation.

【0111】<第9の実施形態>図9に示した画素構成
の第2例の各画素に適用される第9の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図16は、本実施形態に
使用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回
路図である。尚、図8に示す画素と同様の目的で使用さ
れる素子及び信号線などは、同一の符号を付して、その
詳細な説明は省略する。
<Ninth Embodiment> A ninth embodiment applied to each pixel of the second example of the pixel configuration shown in FIG. 9 will be described with reference to the drawings. FIG. 16 is a circuit diagram illustrating a configuration of a pixel provided in a solid-state imaging device used in the present embodiment. Elements and signal lines used for the same purpose as the pixel shown in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0112】図16に示すように、本実施形態では、第
6の実施形態(図10)と同様、フォトトランジスタP
Trのベースにソースが接続されるとともに、定電流源
9に電流供給線8を介してドレインが接続された第3M
OSトランジスタT3が新たに設けられた構成となって
いる。MOSトランジスタT3のゲートには、信号φS
Wが入力される。その他の構成は第5の実施形態(図
8)と同一である。尚、MOSトランジスタT3は、M
OSトランジスタT1,T2,T4,T6と同様、Nチ
ャネルのMOSトランジスタでバックゲートが接地され
ている。又、信号φVPSは、2値的に変化するものと
し、MOSトランジスタT1,T2をサブスレッショル
ド領域で動作させるための電圧をローレベルとし、直流
電圧VPDと略等しい電圧をハイレベルとする。以下これ
らの各場合における動作を説明する。
As shown in FIG. 16, in the present embodiment, similar to the sixth embodiment (FIG. 10), the phototransistor P
A third transistor whose source is connected to the base of Tr and whose drain is connected to the constant current source 9 via the current supply line 8
The configuration is such that an OS transistor T3 is newly provided. The signal φS is applied to the gate of the MOS transistor T3.
W is input. Other configurations are the same as those of the fifth embodiment (FIG. 8). Incidentally, the MOS transistor T3 is
As with the OS transistors T1, T2, T4, and T6, an N-channel MOS transistor has a back gate grounded. The signal φVPS changes in a binary manner, a voltage for operating the MOS transistors T1 and T2 in the subthreshold region is set to a low level, and a voltage substantially equal to the DC voltage VPD is set to a high level. The operation in each of these cases will be described below.

【0113】(1) 光電流を自然対数的に変換して出
力する場合 (1−a)撮像動作 まず、ローレベルの信号φSWをMOSトランジスタT
3のゲートに与えることで、MOSトランジスタT3を
OFFにして、フォトトランジスタPTrのベースをフ
ローティング状態にする。このとき、フォトトランジス
タPTr及びMOSトランジスタT1,T2,T4,T
6が、第5の実施形態と同様の動作を行うことで、対数
変換された出力電流が出力信号線6に出力される。
(1) When the Photocurrent is Naturally Logarithmically Converted and Output (1−a) Imaging Operation First, a low-level signal φSW is applied to the MOS transistor T
By applying the voltage to the gate of the MOS transistor T3, the MOS transistor T3 is turned off, and the base of the phototransistor PTr is brought into a floating state. At this time, the phototransistor PTr and the MOS transistors T1, T2, T4, T
6 performs the same operation as in the fifth embodiment, so that the logarithmically converted output current is output to the output signal line 6.

【0114】即ち、まず、信号φVPSをローレベルと
し、MOSトランジスタT1,T2がサブスレッショル
ド領域で動作するようにバイアスするとともに、信号φ
VRS2をローレベルにして、MOSトランジスタT4は
OFFにする。このとき、フォトトランジスタPTrに
光が入射すると光電流が発生し、MOSトランジスタの
サブスレッショルド特性により、前記光電流を自然対数
的に変換した値の電圧がMOSトランジスタT1,T2
のゲートに発生する。この電圧により、MOSトランジ
スタT2に、前記光電流を自然対数的に変換した値と同
等のドレイン電流が流れようとする。
That is, first, the signal φVPS is set to low level to bias the MOS transistors T1 and T2 so that they operate in the subthreshold region.
VRS2 is set to low level, and the MOS transistor T4 is turned off. At this time, when light is incident on the phototransistor PTr, a photocurrent is generated. Due to the subthreshold characteristic of the MOS transistor, a voltage obtained by natural logarithmic conversion of the photocurrent is applied to the MOS transistors T1 and T2.
Occurs at the gate. With this voltage, a drain current equivalent to a value obtained by natural logarithmically converting the photocurrent tends to flow through the MOS transistor T2.

【0115】次に、MOSトランジスタT6のゲートに
パルス信号φVを与えて、MOSトランジスタT6をO
Nにすると、MOSトランジスタT2のゲートにかかる
電圧に比例したドレイン電流がMOSトランジスタT
2,T6を通って出力信号線6に導出される。よって、
出力信号線6に導出される電流は前記光電流の積分値を
自然対数的に変換した値となる。このようにして入射光
量の対数値に比例した信号(出力電流)を読み出すと、
MOSトランジスタT6をOFFにする。
Next, a pulse signal φV is applied to the gate of MOS transistor T6 to turn on MOS transistor T6.
N, the drain current proportional to the voltage applied to the gate of the MOS transistor T2 becomes
2, and is led to the output signal line 6 through T6. Therefore,
The current led out to the output signal line 6 is a value obtained by natural logarithmically converting the integrated value of the photocurrent. When a signal (output current) proportional to the logarithmic value of the incident light amount is read out in this manner,
The MOS transistor T6 is turned off.

【0116】(1−b)画素の感度バラツキ検出 画素の感度バラツキ検出動作について、図17を参照し
て説明する。上記のようにパルス信号φVを与えて出力
電流を出力すると、まず、ハイレベルの信号φSWをM
OSトランジスタT3のゲートに与えてMOSトランジ
スタT3をONにして、フォトトランジスタPTrのベ
ースに定電流源9より電流供給線8を介して定電流が流
れるようにする。
(1-b) Detection of Variation in Sensitivity of Pixels The operation of detecting variation in sensitivity of pixels will be described with reference to FIG. When the output current is output by giving the pulse signal φV as described above, first, the high-level signal φSW is set to M
The MOS transistor T3 is turned on by being applied to the gate of the OS transistor T3 so that a constant current flows from the constant current source 9 via the current supply line 8 to the base of the phototransistor PTr.

【0117】このように、各画素に定電流源9より一定
の電流が流れると、この定電流源9より与えられる電流
によって決定される光電流がフォトトランジスタPTr
より流れる。このときの光電流の値が、感度のバラツキ
の原因となるフォトトランジスタPTrの増幅率を表
す。よって、MOSトランジスタT1,T2のゲート
に、定電流源9によって決定された光電流を対数変換し
た値の電圧が現れる。この電圧により、前記光電流に対
して自然対数的に比例した値のドレイン電流がMOSト
ランジスタT2を流れようとする。
As described above, when a constant current flows from the constant current source 9 to each pixel, the photocurrent determined by the current supplied from the constant current source 9 becomes the phototransistor PTr.
More flowing. The value of the photocurrent at this time indicates the amplification factor of the phototransistor PTr which causes the variation in sensitivity. Therefore, a voltage having a value obtained by logarithmically converting the photocurrent determined by the constant current source 9 appears at the gates of the MOS transistors T1 and T2. With this voltage, a drain current having a value that is proportional to the logarithm of the photocurrent in a natural logarithm tends to flow through the MOS transistor T2.

【0118】そして、MOSトランジスタT6のゲート
に信号φVを与えてONとすると、前記光電流に対して
自然対数的に比例した値のドレイン電流が、MOSトラ
ンジスタT2,T6を通して出力信号線6に導出され
る。この光電流が感度のバラツキの原因となるフォトト
ランジスタPTrの増幅率を表すため、出力信号線6に
出力される出力信号が、各画素の感度のバラツキを表し
た信号となる。このように、パルス信号φVを与えて、
各画素の感度バラツキが検出されると、信号φSWをロ
ーレベルにして、再び、MOSトランジスタT3をOF
Fにして、次の撮像動作に備える。尚、このとき、MO
SトランジスタT4はOFFの状態である。
When the signal φV is applied to the gate of the MOS transistor T6 and turned on, a drain current having a value proportional to the logarithm of the photocurrent is derived to the output signal line 6 through the MOS transistors T2 and T6. Is done. Since this photocurrent indicates the amplification factor of the phototransistor PTr causing the variation in sensitivity, the output signal output to the output signal line 6 is a signal representing the variation in sensitivity of each pixel. Thus, by giving the pulse signal φV,
When the sensitivity variation of each pixel is detected, the signal φSW is set to low level, and the MOS transistor T3 is turned off again.
Set to F to prepare for the next imaging operation. At this time, MO
The S transistor T4 is off.

【0119】(2) 光電流を線形的に変換して出力す
る場合 (2−a)撮像動作 まず、ローレベルの信号φSWをMOSトランジスタT
3のゲートに与えることで、MOSトランジスタT3を
OFFにして、フォトトランジスタPTrのベースをフ
ローティング状態にする。このとき、フォトトランジス
タPTr及びMOSトランジスタT1,T2,T4,T
6が、第5の実施形態と同様の動作を行うことで、線形
変換された出力電流が出力信号線6に出力される。
(2) In the case where photocurrent is linearly converted and output (2-a) Imaging operation First, a low-level signal φSW is applied to the MOS transistor T
By applying the voltage to the gate of the MOS transistor T3, the MOS transistor T3 is turned off, and the base of the phototransistor PTr is brought into a floating state. At this time, the phototransistor PTr and the MOS transistors T1, T2, T4, T
6 performs the same operation as in the fifth embodiment, so that the output current that has been linearly converted is output to the output signal line 6.

【0120】即ち、まず、信号φVPSをハイレベルとし
て、MOSトランジスタT1をカットオフ状態にすると
ともに、MOSトランジスタT4のゲートにローレベル
の信号φVRS2を与えて、MOSトランジスタT4はO
FFとする。このとき、フォトトランジスタPTrに光
が入射して光電流が発生すると、光電流による電荷がM
OSトランジスタT1のゲート及びドレインなどに蓄積
されることによって、MOSトランジスタT1,T2の
ゲート電圧が前記光電流を積分した値に比例した値にな
る。
That is, first, the signal φVPS is set to the high level, the MOS transistor T1 is cut off, and the low-level signal φVRS2 is applied to the gate of the MOS transistor T4.
FF. At this time, when light enters the phototransistor PTr to generate a photocurrent, the charge due to the photocurrent becomes M
By being stored in the gate and the drain of the OS transistor T1, the gate voltage of the MOS transistors T1 and T2 becomes a value proportional to the integrated value of the photocurrent.

【0121】次に、MOSトランジスタT6のゲートに
パルス信号φVを与えて、MOSトランジスタT6をO
Nにすると、MOSトランジスタT2のゲートにかかる
電圧に比例したドレイン電流がMOSトランジスタT
2,T6を通って出力信号線6に導出される。このよう
にして入射光量に比例した信号(出力電流)を読み出す
ことができる。信号読み出し後は、MOSトランジスタ
T6をOFFにする。
Next, a pulse signal φV is applied to the gate of MOS transistor T6 to turn on MOS transistor T6.
N, the drain current proportional to the voltage applied to the gate of the MOS transistor T2 becomes
2, and is led to the output signal line 6 through T6. In this way, a signal (output current) proportional to the amount of incident light can be read. After reading the signal, the MOS transistor T6 is turned off.

【0122】(2−b)画素の感度バラツキ検出 画素の感度バラツキ検出動作について、図18を参照し
て説明する。上記のようにパルス信号φVを与えて出力
電流を出力すると、まず、パルス信号φVRS2を与えて
MOSトランジスタT4をONすることで、MOSトラ
ンジスタT1などのリセットを行う。そして、ハイレベ
ルの信号φSWをMOSトランジスタT3のゲートに与
えてMOSトランジスタT3をONにして、フォトトラ
ンジスタPTrのベースに定電流源9より電流供給線8
を介して定電流が流れるようにする。
(2-b) Detection of Variation in Sensitivity of Pixel The operation of detecting variation in sensitivity of a pixel will be described with reference to FIG. When the pulse signal φV is applied to output an output current as described above, first, the pulse signal φVRS2 is applied to turn on the MOS transistor T4, thereby resetting the MOS transistor T1 and the like. Then, a high-level signal φSW is applied to the gate of the MOS transistor T3 to turn on the MOS transistor T3, and the current supply line 8 is supplied from the constant current source 9 to the base of the phototransistor PTr.
To allow a constant current to flow.

【0123】このように、各画素に定電流源9より一定
の電流が流れると、この定電流源9より与えられる電流
によって決定される光電流がフォトトランジスタPTr
より流れる。このときの光電流の値が、感度のバラツキ
の原因となるフォトトランジスタPTrの増幅率を表
す。よって、MOSトランジスタT1,T2のゲート
に、定電流源9によって決定された光電流を線形変換し
た値の電圧が現れる。この電圧により、前記光電流に対
して線形的に比例した値のドレイン電流がMOSトラン
ジスタT2を流れようとする。
As described above, when a constant current flows from the constant current source 9 to each pixel, the photocurrent determined by the current supplied from the constant current source 9 becomes the phototransistor PTr.
More flowing. The value of the photocurrent at this time indicates the amplification factor of the phototransistor PTr which causes the variation in sensitivity. Therefore, a voltage having a value obtained by linearly converting the photocurrent determined by the constant current source 9 appears at the gates of the MOS transistors T1 and T2. With this voltage, a drain current having a value linearly proportional to the photocurrent tends to flow through the MOS transistor T2.

【0124】そして、MOSトランジスタT6のゲート
に信号φVを与えてONとすると、前記光電流に対して
線形的に比例した値のドレイン電流が、MOSトランジ
スタT2,T6を通して出力信号線6に導出される。こ
の光電流が感度のバラツキの原因となるフォトトランジ
スタPTrの増幅率を表すため、出力信号線6に出力さ
れる出力信号が、各画素の感度のバラツキを表した信号
となる。
When the signal φV is applied to the gate of the MOS transistor T6 to turn it on, a drain current having a value linearly proportional to the photocurrent is led out to the output signal line 6 through the MOS transistors T2 and T6. You. Since this photocurrent indicates the amplification factor of the phototransistor PTr causing the variation in sensitivity, the output signal output to the output signal line 6 is a signal representing the variation in sensitivity of each pixel.

【0125】このように、パルス信号φVを与えて、各
画素の感度バラツキが検出されると、信号φSWをロー
レベルにして、再び、MOSトランジスタT3をOFF
にする。その後、パルス信号φVRS2を与えてMOSト
ランジスタT1などをリセットすることによって、次の
撮像動作に備える。
As described above, when the variation in sensitivity of each pixel is detected by applying the pulse signal φV, the signal φSW is set to low level, and the MOS transistor T3 is turned off again.
To Thereafter, the pulse signal φVRS2 is applied to reset the MOS transistor T1 and the like, thereby preparing for the next imaging operation.

【0126】尚、本実施形態において、第1又は第2の
実施形態のように、MOSトランジスタT2のソースに
一端が接続されたキャパシタC(図3又は図5参照)、
及びMOSトランジスタT2のソースにゲートが接続さ
れるとともにMOSトランジスタT6のドレインにソー
スが接続されたMOSトランジスタT7(図3又は図5
参照)を設けて、出力側に積分回路を設けた構成にして
も構わない。又、本実施形態において、第4の実施形態
のように、MOSトランジスタT1のゲート及びドレイ
ンの接続ノードにソースが接続されるとともにMOSト
ランジスタT2のゲートにドレインが接続されたMOS
トランジスタT5(図7参照)を設けても構わない。
In this embodiment, as in the first or second embodiment, a capacitor C (see FIG. 3 or FIG. 5) having one end connected to the source of the MOS transistor T2,
And a MOS transistor T7 whose gate is connected to the source of the MOS transistor T2 and whose source is connected to the drain of the MOS transistor T6 (FIG. 3 or FIG. 5).
) And an integration circuit on the output side. In the present embodiment, as in the fourth embodiment, a MOS transistor in which the source is connected to the connection node between the gate and the drain of the MOS transistor T1 and the drain is connected to the gate of the MOS transistor T2.
A transistor T5 (see FIG. 7) may be provided.

【0127】尚、上述した第6〜第9の実施形態におい
て、画素毎に、その感度バラツキを検出したときの信号
を出力信号線6に出力すると、この検出時の信号がシリ
アルに出力され、後続回路においてメモリに画素毎の補
正データとして記憶しておく。そして、実際の撮像時の
信号を前記記憶されている補正データで画素毎に補正す
れば、出力信号から画素毎のバラツキを取り除くことが
できる。この補正方法はラインメモリなどのメモリを素
子内に設けることによっても実現できる。
In the above-described sixth to ninth embodiments, when a signal when the variation in sensitivity is detected is output to the output signal line 6 for each pixel, the signal at the time of this detection is serially output. In a subsequent circuit, correction data for each pixel is stored in a memory. Then, if the signal at the time of actual imaging is corrected for each pixel using the stored correction data, it is possible to remove variations for each pixel from the output signal. This correction method can also be realized by providing a memory such as a line memory in the element.

【0128】尚、第1〜第9の実施形態において、各画
素からの信号読み出しは電荷結合素子(CCD)を用い
て行うようにしてもかまわない。この場合、行選択用の
スイッチとなるMOSトランジスタT6に相当するポテ
ンシャルレベルを可変としたポテンシャルの障壁を設け
ることにより、CCDへの電荷読み出しを行えばよい。
In the first to ninth embodiments, the signal reading from each pixel may be performed using a charge-coupled device (CCD). In this case, the charge can be read out to the CCD by providing a potential barrier having a variable potential level corresponding to the MOS transistor T6 serving as a row selection switch.

【0129】又、MOSトランジスタT1〜T9をNチ
ャネルのMOSトランジスタとするとともに、フォトト
ランジスタPTrをnpn型トランジスタとしたが、M
OSトランジスタT1〜T9をPチャネルのMOSトラ
ンジスタとするとともに、フォトトランジスタPTrを
pnp型トランジスタとした構成としても構わない。ま
た、このとき、図1又は図9の画素構成において、MO
SトランジスタQ1,Q2もPチャネルのMOSトラン
ジスタで構成される。このように、PチャネルのMOS
トランジスタ及びpnp型トランジスタで固体撮像装置
を構成したとき、その構成及び動作が逆となるものの、
実質的には同一の構成となる。
The MOS transistors T1 to T9 are N-channel MOS transistors, and the phototransistor PTr is an npn transistor.
The OS transistors T1 to T9 may be P-channel MOS transistors, and the phototransistor PTr may be a pnp transistor. At this time, in the pixel configuration of FIG. 1 or FIG.
S transistors Q1 and Q2 are also formed of P-channel MOS transistors. Thus, the P-channel MOS
When a solid-state imaging device is configured by a transistor and a pnp-type transistor, although the configuration and operation are reversed,
The configuration is substantially the same.

【0130】[0130]

【発明の効果】本願請求項1及び請求項2の固体撮像装
置によると、光電変換手段の感光素子にフォトトランジ
スタを用いることにより、光電流が増幅されて電気信号
として出力されるので高感度な撮像を行うことが可能と
なる。しかも、光電変換手段の出力状態を、被写体の輝
度とは独立して、自然対数的出力状態と線形的出力状態
とに自由に設定できるので、例えば、輝度範囲の広い被
写体の撮像には自然対数的出力状態を選択し、低輝度の
被写体や輝度範囲の狭い被写体の撮像には線形的出力状
態を選択するという使い分けができる。従って、低輝度
から高輝度までの幅広い被写体を高品位に撮像できる。
According to the solid-state imaging device of the present invention, the photocurrent is amplified and output as an electric signal by using a phototransistor as the photosensitive element of the photoelectric conversion means, so that high sensitivity is obtained. Imaging can be performed. In addition, the output state of the photoelectric conversion means can be freely set to a natural logarithmic output state and a linear output state independently of the luminance of the subject. For example, a linear output state can be selectively used for selecting a target output state and imaging a low-luminance subject or a subject having a narrow luminance range. Therefore, a wide range of subjects from low luminance to high luminance can be imaged with high quality.

【0131】本願請求項8及び請求項9の固体撮像装置
によると、感光素子にフォトトランジスタを用い、この
フォトトランジスタの第2電極に、第1MOSトランジ
スタの第1電極とゲート電極とを接続し、第1MOSト
ランジスタのゲート電極に、第2MOSトランジスタの
ゲート電極を接続するとともに、第1MOSトランジス
タをサブスレッショルド領域で動作させてフォトトラン
ジスタからの電気信号を自然対数的に変換して第2MO
Sトランジスタの第2電極から出力するようにしたこと
により、簡素で且つ設計の自由度の高い回路構成で、高
感度でダイナミックレンジの広い固体撮像装置を得るこ
とができる。特に、本願請求項9の固体撮像装置による
と、フォトトランジスタのベース電極に定電流を流す定
電流源が設けられることによって、各画素のフォトトラ
ンジスタの制御電極に同一の定電流を流すことでそのフ
ォトトランジスタの増幅率を表す出力信号が得られる。
そのため、従来のように、一様光を与えることなく、こ
のフォトトランジスタの増幅率のバラツキに起因する画
素のバラツキを検出することができる。従って、画素感
度のバラツキがキャンセルされた高品位な撮像を行うこ
とができる。
According to the solid-state imaging device of the present invention, a phototransistor is used as the photosensitive element, and the first electrode and the gate electrode of the first MOS transistor are connected to the second electrode of the phototransistor. The gate electrode of the second MOS transistor is connected to the gate electrode of the first MOS transistor, and the first MOS transistor is operated in the sub-threshold region to convert the electrical signal from the phototransistor into a natural logarithm, thereby obtaining the second MO transistor.
Since the output is made from the second electrode of the S transistor, a solid-state imaging device having a high sensitivity and a wide dynamic range can be obtained with a simple circuit configuration and a high degree of freedom in design. In particular, according to the solid-state imaging device of claim 9 of the present application, by providing a constant current source for supplying a constant current to the base electrode of the phototransistor, the same constant current is supplied to the control electrode of the phototransistor of each pixel. An output signal indicating the amplification factor of the phototransistor is obtained.
Therefore, it is possible to detect a variation in pixels due to a variation in the amplification factor of the phototransistor without giving uniform light as in the related art. Therefore, it is possible to perform high-quality imaging in which variation in pixel sensitivity is canceled.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態である二次元固体撮像装置
の全体の構成を説明するためのブロック回路図。
FIG. 1 is a block circuit diagram for explaining the overall configuration of a two-dimensional solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の一部の回路図。FIG. 2 is a circuit diagram of a part of FIG. 1;

【図3】本発明の第1の実施形態の1画素の構成を示す
回路図。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施形態の1画素の別の構成を
示す回路図。
FIG. 4 is a circuit diagram showing another configuration of one pixel according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施形態の1画素の構成を示す
回路図。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel according to a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3の実施形態の1画素の構成を示す
回路図。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel according to a third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第4の実施形態の1画素の構成を示す
回路図。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel according to a fourth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第5の実施形態の1画素の構成を示す
回路図。
FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel according to a fifth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の一実施形態である二次元固体撮像装置
の全体の構成を説明するためのブロック回路図。
FIG. 9 is a block circuit diagram for explaining the overall configuration of a two-dimensional solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第6の実施形態の1画素の構成を示
す回路図。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel according to a sixth embodiment of the present invention.

【図11】第6の実施形態で使用する画素の各素子に与
える信号のタイミングチャート。
FIG. 11 is a timing chart of a signal applied to each element of a pixel used in the sixth embodiment.

【図12】本発明の第7の実施形態の1画素の構成を示
す回路図。
FIG. 12 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel according to a seventh embodiment of the present invention.

【図13】第7の実施形態で使用する画素の各素子に与
える信号のタイミングチャート。
FIG. 13 is a timing chart of a signal applied to each element of a pixel used in the seventh embodiment.

【図14】本発明の第8の実施形態の1画素の構成を示
す回路図。
FIG. 14 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel according to an eighth embodiment of the present invention.

【図15】第8の実施形態で使用する画素の各素子に与
える信号のタイミングチャート。
FIG. 15 is a timing chart of signals applied to each element of a pixel used in the eighth embodiment.

【図16】本発明の第9の実施形態の1画素の構成を示
す回路図。
FIG. 16 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel according to a ninth embodiment of the present invention.

【図17】第9の実施形態で使用する画素の各素子に与
える信号のタイミングチャート。
FIG. 17 is a timing chart of signals applied to each element of a pixel used in the ninth embodiment.

【図18】第9の実施形態で使用する画素の各素子に与
える信号のタイミングチャート。
FIG. 18 is a timing chart of signals applied to each element of a pixel used in the ninth embodiment.

【図19】従来例の1画素の構成を示す回路図。FIG. 19 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel in a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

G11〜Gmn 画素 2 垂直走査回路 3 水平走査回路 4−1〜4−n 行選択線 6−1〜6−m 出力信号線 7 信号線 8−1〜8−m 電流供給線 9−1〜9−m 定電流源 10 直流電圧線 11 ライン PTr フォトトランジスタ T1〜T8 第1〜第8MOSトランジスタ C キャパシタ G11 to Gmn pixel 2 vertical scanning circuit 3 horizontal scanning circuit 4-1 to 4-n row selection line 6-1 to 6-m output signal line 7 signal line 8-1 to 8-m current supply line 9-1 to 9 −m Constant current source 10 DC voltage line 11 line PTr Phototransistors T1 to T8 First to eighth MOS transistors C Capacitor

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入射した光量に応じた電気信号を発生す
る感光素子を有する光電変換手段と、該光電変換手段の
出力信号を出力信号線へ導出する導出路とを備えた固体
撮像装置において、 前記感光素子が、制御電極に入射された光量に応じた光
電流を増幅して前記電気信号を発生するフォトトランジ
スタであるとともに、 前記光電変換手段が、前記フォトトランジスタより発生
された前記電気信号を線形的に変換する第1状態と、自
然対数的に変換する第2状態とに切り換え可能としたこ
とを特徴とする固体撮像装置。
1. A solid-state imaging device comprising: a photoelectric conversion unit having a photosensitive element for generating an electric signal corresponding to an amount of incident light; and a lead-out path for leading an output signal of the photoelectric conversion unit to an output signal line. The photosensitive element is a phototransistor that amplifies a photocurrent according to the amount of light incident on the control electrode to generate the electric signal, and the photoelectric conversion unit converts the electric signal generated by the phototransistor into an electric signal. A solid-state imaging device capable of switching between a first state in which linear conversion is performed and a second state in which natural logarithm conversion is performed.
【請求項2】 入射した光量に応じた電気信号を発生す
る感光素子を有する光電変換手段と該光電変換手段の出
力信号を出力信号線へ導出する導出路とを備えた画素を
マトリクス状に配してなる二次元の固体撮像装置におい
て、 前記感光素子が、制御電極に入射された光量に応じた光
電流を増幅して前記電気信号を発生するフォトトランジ
スタであるとともに、 前記光電変換手段が、前記フォトトランジスタより発生
された前記電気信号を線形的に変換する第1状態と、自
然対数的に変換する第2状態とに切り換え可能としたこ
とを特徴とする固体撮像装置。
2. A pixel comprising a photoelectric conversion means having a photosensitive element for generating an electric signal corresponding to the amount of incident light and a lead-out path for leading an output signal of the photoelectric conversion means to an output signal line. In the two-dimensional solid-state imaging device, the photosensitive element is a phototransistor that amplifies a photocurrent according to a light amount incident on a control electrode to generate the electric signal, and the photoelectric conversion unit includes: A solid-state imaging device, wherein a first state in which the electric signal generated by the phototransistor is converted linearly and a second state in which the electric signal is converted logarithmically are switchable.
【請求項3】 前記光電変換手段が前記第1状態で動作
して電気信号を前記出力信号線へ出力した後に前記光電
変換手段を初期化するためのリセット手段が設けられた
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の固体撮
像装置。
3. A reset unit for initializing the photoelectric conversion unit after the photoelectric conversion unit operates in the first state and outputs an electric signal to the output signal line is provided. The solid-state imaging device according to claim 1.
【請求項4】 前記各画素が、前記光電変換手段の出力
信号を増幅する増幅用トランジスタを有しており、該増
幅用トランジスタの出力信号を前記導出路を介して前記
出力信号線へ出力することを特徴とする請求項2に記載
の固体撮像装置。
4. Each of the pixels has an amplifying transistor for amplifying an output signal of the photoelectric conversion means, and outputs an output signal of the amplifying transistor to the output signal line via the output path. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein:
【請求項5】 前記出力信号線に接続された負荷抵抗又
は定電流源を有し、前記負荷抵抗又は定電流源の総数が
全画素数より少ないことを特徴とする請求項4に記載の
固体撮像装置。
5. The solid according to claim 4, further comprising a load resistor or a constant current source connected to the output signal line, wherein the total number of the load resistors or the constant current sources is smaller than the total number of pixels. Imaging device.
【請求項6】 前記光電変換手段が、 制御電極がフローティング状態にされるとともに、第1
電極に直流電圧が印加され、制御電極に入射された光量
によって発生した光電流を増幅する前記フォトトランジ
スタと、 第1電極と第2電極と制御電極とを備え、該フォトトラ
ンジスタの第2電極に第1電極及び制御電極が接続さ
れ、前記フォトトランジスタからの出力電流が流れ込む
第1トランジスタと、 第1電極と第2電極と制御電極とを備え、第1電極に直
流電圧が印加されるとともに制御電極が前記第1トラン
ジスタの制御電極に接続され、第2電極から電気信号を
出力する第2トランジスタとから構成され、 前記第1トランジスタをサブスレッショルド領域で動作
させることによって、前記フォトトランジスタから流れ
る出力電流を自然対数的に変換することを特徴とする請
求項1〜請求項5のいずれかに記載の固体撮像装置。
6. The photoelectric conversion means, wherein a control electrode is set in a floating state,
A phototransistor to which a DC voltage is applied to the electrode and amplifies a photocurrent generated by the amount of light incident on the control electrode; and a first electrode, a second electrode, and a control electrode. A first transistor to which a first electrode and a control electrode are connected and into which an output current from the phototransistor flows; and a first electrode, a second electrode, and a control electrode, wherein a DC voltage is applied to the first electrode and control is performed. An electrode connected to a control electrode of the first transistor, and a second transistor for outputting an electric signal from a second electrode; operating the first transistor in a sub-threshold region to generate an output flowing from the phototransistor; The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the current is converted into a natural logarithm.
【請求項7】 定電流源が設けられるとともに、 前記光電変換手段が、 第1電極に直流電圧が印加され、制御電極に入射された
光量によって発生した光電流を増幅する前記フォトトラ
ンジスタと、 第1電極と第2電極と制御電極とを備え、該フォトトラ
ンジスタの第2電極に第1電極及び制御電極が接続さ
れ、前記フォトトランジスタからの出力電流が流れ込む
第1トランジスタと、 第1電極と第2電極と制御電極とを備え、第1電極に直
流電圧が印加されるとともに制御電極が前記第1トラン
ジスタの制御電極に接続され、第2電極から電気信号を
出力する第2トランジスタと、 前記フォトトランジスタの制御電極と前記定電流源との
間に接続されるとともに、前記フォトトランジスタの制
御電極と前記定電流源との接続を電気的に接離する第1
スイッチと、から構成され、 撮像動作を行うときは、前記第1スイッチをOFFにす
るとともに、前記第1トランジスタをサブスレッショル
ド領域で動作させることによって、前記フォトトランジ
スタから流れる出力電流を自然対数的に変換し、 又、前記光電変換手段の感度のバラツキを検出するとき
は前記第1スイッチをONにすることを特徴とする請求
項1〜請求項5のいずれかに記載の固体撮像装置。
7. A photo-transistor, wherein a constant current source is provided, and wherein the photoelectric conversion unit is configured to apply a DC voltage to a first electrode and amplify a photocurrent generated by an amount of light incident on a control electrode; A first transistor having a first electrode, a second electrode, and a control electrode, wherein the first electrode and the control electrode are connected to the second electrode of the phototransistor, and an output current from the phototransistor flows; A second transistor including a two-electrode and a control electrode, wherein a DC voltage is applied to the first electrode, the control electrode is connected to the control electrode of the first transistor, and an electric signal is output from the second electrode; It is connected between the control electrode of the transistor and the constant current source, and electrically connects and disconnects the control electrode of the phototransistor and the constant current source. That the first
When performing an imaging operation, the first switch is turned off and the first transistor is operated in a sub-threshold region, so that the output current flowing from the phototransistor is logarithmically calculated. The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 5, wherein the first switch is turned on when converting and detecting a variation in sensitivity of the photoelectric conversion unit.
【請求項8】 画素をマトリクス状に配してなる二次元
の固体撮像装置において、 各画素が、 ベース電極がフローティング状態にされるとともに、第
1電極に直流電圧が印加され、ベース電極に入射された
光量によって発生した光電流を増幅するフォトトランジ
スタと、 該フォトトランジスタの第2電極に第1電極とゲート電
極が接続された第1MOSトランジスタと、 該第1MOSトランジスタのゲート電極にゲート電極が
接続された第2MOSトランジスタと、を有し、 前記第1MOSトランジスタを閾値以下のサブスレッシ
ョルド領域で動作させることで、前記フォトトランジス
タから出力される電気信号を自然対数的に変換して前記
第2MOSトランジスタの第2電極から出力させること
を特徴とする固体撮像装置。
8. In a two-dimensional solid-state imaging device having pixels arranged in a matrix, each pixel has a base electrode in a floating state, a DC voltage is applied to a first electrode, and a light is applied to the base electrode. A phototransistor that amplifies a photocurrent generated by the generated light amount, a first MOS transistor having a first electrode and a gate electrode connected to a second electrode of the phototransistor, and a gate electrode connected to a gate electrode of the first MOS transistor And operating the first MOS transistor in a sub-threshold region equal to or less than a threshold value, thereby converting an electric signal output from the phototransistor into a natural logarithm, and converting the electric signal output from the phototransistor into a natural logarithm. A solid-state imaging device for outputting from a second electrode.
【請求項9】 画素をマトリクス状に配してなる二次元
の固体撮像装置において、 各画素に定電流を供給する定電流源を有するとともに、 各画素が、 第1電極に直流電圧が印加され、ベース電極に入射され
た光量によって発生した光電流を増幅するフォトトラン
ジスタと、 該フォトトランジスタの第2電極に第1電極とゲート電
極が接続された第1MOSトランジスタと、 該第1MOSトランジスタのゲート電極にゲート電極が
接続された第2MOSトランジスタと、 前記定電流源に第1電極が接続されるとともに、前記フ
ォトトランジスタのベース電極に第2電極が接続された
第3MOSトランジスタと、 を有し、 撮像動作を行うときは、前記第3MOSトランジスタに
OFFとするとともに、前記第1MOSトランジスタを
閾値以下のサブスレッショルド領域で動作させること
で、前記フォトトランジスタから出力される電気信号を
自然対数的に変換して前記第2MOSトランジスタの第
2電極から出力させ、 前記画素の感度のバラツキを検出するときは前記第3M
OSトランジスタをONにすることを特徴とする固体撮
像装置。
9. A two-dimensional solid-state imaging device having pixels arranged in a matrix, comprising a constant current source for supplying a constant current to each pixel, and each pixel having a DC voltage applied to a first electrode. A phototransistor that amplifies a photocurrent generated by the amount of light incident on a base electrode; a first MOS transistor having a first electrode and a gate electrode connected to a second electrode of the phototransistor; a gate electrode of the first MOS transistor And a third MOS transistor having a first electrode connected to the constant current source and a second electrode connected to a base electrode of the phototransistor. When performing the operation, the third MOS transistor is turned off and the first MOS transistor is set to a threshold or less. By operating in a sub-threshold region, an electrical signal output from the phototransistor is converted into a natural logarithm and output from the second electrode of the second MOS transistor. When detecting variation in sensitivity of the pixel, 3M
A solid-state imaging device characterized by turning on an OS transistor.
【請求項10】 前記画素が、 前記第1MOSトランジスタのゲート電極に第1電極が
接続され、第2電極が直流電圧に接続されるとともに、
ゲート電極に入力される電圧のレベルの切り換えによっ
て、前記第1MOSトランジスタのゲート電極に蓄積さ
れた電荷を放出してリセットする第4MOSトランジス
タを有し、 前記フォトトランジスタから出力される電気信号を自然
対数的に変換して前記第2MOSトランジスタの第2電
極から出力させるときは、前記第1MOSトランジスタ
を閾値以下のサブスレッショルド領域で動作させ、 一方、前記フォトトランジスタから出力される電気信号
を線形的に変換して前記第2MOSトランジスタの第2
電極から出力させるときは、前記第1MOSトランジス
タの第2電極と前記フォトトランジスタの第1電極の電
位を接近させることにより前記第1MOSトランジスタ
を不作動状態とするとともに、電気信号を出力した後、
前記第4MOSトランジスタのゲート電極に入力する電
圧のレベルを切り換えることによって前記第4MOSト
ランジスタを導通させて、少なくとも前記第1MOSト
ランジスタの第1電極及びゲート電極に蓄積された電荷
を放出してリセットすることを特徴とする請求項8又は
請求項9に記載の固体撮像装置。
10. The pixel, wherein a first electrode is connected to a gate electrode of the first MOS transistor, a second electrode is connected to a DC voltage,
A fourth MOS transistor that resets by discharging the charge accumulated in the gate electrode of the first MOS transistor by switching the level of the voltage input to the gate electrode; When the first MOS transistor is output from the second electrode of the second MOS transistor, the first MOS transistor is operated in a sub-threshold region equal to or less than a threshold value, while the electric signal output from the phototransistor is linearly converted. And the second MOS transistor
When outputting from the electrode, the first MOS transistor is inactivated by bringing the potential of the second electrode of the first MOS transistor close to the potential of the first electrode of the phototransistor, and after outputting an electric signal,
Switching the level of the voltage input to the gate electrode of the fourth MOS transistor to make the fourth MOS transistor conductive, releasing at least the electric charge accumulated in the first electrode and the gate electrode of the first MOS transistor, and resetting the same; The solid-state imaging device according to claim 8 or 9, wherein:
【請求項11】 前記画素が、 前記第1MOSトランジスタの第1電極とゲート電極と
の接続ノードに第1電極が接続されるとともに、前記第
2MOSトランジスタのゲート電極に第2電極が接続さ
れた第5MOSトランジスタを有し、 前記固体撮像装置内に設けられた各画素内の前記第5M
OSトランジスタが、同一のタイミングで動作すること
によって、同一時間に撮像した電気信号が前記各画素か
ら出力されることを特徴とする請求項8又は請求項9に
記載の固体撮像装置。
11. The pixel according to claim 1, wherein a first electrode is connected to a connection node between a first electrode and a gate electrode of the first MOS transistor, and a second electrode is connected to a gate electrode of the second MOS transistor. A fifth MOS transistor in each pixel provided in the solid-state imaging device.
The solid-state imaging device according to claim 8, wherein the OS transistor operates at the same timing to output an electric signal captured at the same time from each of the pixels.
【請求項12】 前記画素が、第1電極が前記第2MO
Sトランジスタの第2電極に接続され、第2電極が出力
信号線に接続され、ゲート電極が行選択線に接続された
第6MOSトランジスタを有することを特徴とする請求
項8〜請求項11のいずれかに記載の固体撮像装置。
12. The pixel according to claim 1, wherein the first electrode is the second MO.
12. The semiconductor device according to claim 8, further comprising a sixth MOS transistor connected to a second electrode of the S transistor, the second electrode connected to an output signal line, and a gate electrode connected to a row selection line. A solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 3.
【請求項13】 前記画素が、 第1電極が直流電圧に接続され、ゲート電極が前記第2
MOSトランジスタの第2電極に接続されるとともに、
前記第2MOSトランジスタの第2電極から出力される
出力信号を増幅する第7MOSトランジスタと、 第1電極が前記第7MOSトランジスタの第2電極に接
続され、第2電極が出力信号線に接続され、ゲート電極
が行選択線に接続された第6MOSトランジスタと、 を有することを特徴とする請求項8〜請求項10のいず
れかに記載の固体撮像装置。
13. The pixel, wherein a first electrode is connected to a DC voltage and a gate electrode is connected to the second electrode.
Connected to the second electrode of the MOS transistor,
A seventh MOS transistor for amplifying an output signal output from a second electrode of the second MOS transistor; a first electrode connected to a second electrode of the seventh MOS transistor; a second electrode connected to an output signal line; The solid-state imaging device according to any one of claims 8 to 10, further comprising: a sixth MOS transistor whose electrode is connected to a row selection line.
【請求項14】 前記画素が、前記第2MOSトランジ
スタの第2電極に一端が接続され他端が前記第1MOS
トランジスタの第2電極が接続される信号線に接続され
るとともに、前記第2MOSトランジスタの第1電極に
リセット電圧が与えられたときに前記第2MOSトラン
ジスタを介してリセットされるキャパシタを有すること
を特徴とする請求項13に記載の固体撮像装置。
14. The pixel has one end connected to a second electrode of the second MOS transistor and the other end connected to the first MOS transistor.
A capacitor is connected to a signal line to which a second electrode of the transistor is connected, and is reset via the second MOS transistor when a reset voltage is applied to a first electrode of the second MOS transistor. The solid-state imaging device according to claim 13.
【請求項15】 前記第2MOSトランジスタの第1電
極が直流電圧に接続されるとともに、 前記画素が、 前記第2MOSトランジスタの第2電極に第1電極が接
続され第2電極に直流電圧が接続された第8MOSトラ
ンジスタと、 前記第2MOSトランジスタの第2電極に一端が接続さ
れ他端が前記第1MOSトランジスタの第2電極が接続
される信号線に接続されるとともに、前記第8MOSト
ランジスタのゲート電極にリセット電圧が与えられたと
きに前記第8MOSトランジスタを介してリセットされ
るキャパシタと、 を有することを特徴とする請求項13に記載の固体撮像
装置。
15. A first electrode of the second MOS transistor is connected to a DC voltage, and the pixel has a first electrode connected to a second electrode of the second MOS transistor, and a DC voltage connected to a second electrode. An eighth MOS transistor, one end of which is connected to a second electrode of the second MOS transistor, and the other end of which is connected to a signal line to which a second electrode of the first MOS transistor is connected, and to a gate electrode of the eighth MOS transistor. The solid-state imaging device according to claim 13, further comprising: a capacitor that is reset via the eighth MOS transistor when a reset voltage is applied.
【請求項16】 前記画素に対し前記出力信号線を介し
て接続された負荷抵抗又は定電流源を成すMOSトラン
ジスタを備えていることを特徴とする請求項8〜請求項
15のいずれかに記載の固体撮像装置。
16. The device according to claim 8, further comprising a MOS transistor forming a load resistor or a constant current source connected to said pixel via said output signal line. Solid-state imaging device.
【請求項17】 前記MOSトランジスタが全てNチャ
ネルのMOSトランジスタであるとともに、前記フォト
トランジスタがnpn型のフォトトランジスタであるこ
とを特徴とする請求項8〜請求項16のいずれかに記載
の固体撮像装置。
17. The solid-state imaging device according to claim 8, wherein said MOS transistors are all N-channel MOS transistors, and said phototransistors are npn-type phototransistors. apparatus.
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