JP2008042827A - Solid-state imaging element - Google Patents

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Takahiko Murata
隆彦 村田
Takumi Yamaguchi
琢己 山口
Shigetaka Kasuga
繁孝 春日
Takayoshi Yamada
隆善 山田
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that power consumption tends to increase as a driving signal for charge transfer increases, since a CCD transfer path for accumulating and transferring image information (electric charges) is added to a normal CCD type solid-state imaging element. <P>SOLUTION: The solid-state imaging element has a pixel section with matrix-like light reception units comprising a plurality of light receiving elements which generate electric signals corresponding to light intensities of received light beams, amplifying parts which amplify output signals of the light receiving elements, a plurality of storage parts which store the electric signals amplified by the amplifiers, and a signal output part which reads the electric signals out of the plurality of storage parts. Differences between the electric signals from the light receiving elements 1 and a reference electric signal are defined as outputs. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体撮像素子に関し、特に高速度撮影を行う技術に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a technique for performing high-speed imaging.

(a)車両の衝突試験、(b)製品の落下試験・強度試験、(c)内燃機関の燃焼状態、(d)化学反応などの物理化学の分野における現象、などの解析のために高速度カメラが用いられている。
これに関して特許文献1では、高速度撮影可能なCCD型の撮像素子として、光電変換素子の各々の周囲に複数の電荷蓄積素子を配置し、書き込み時には上記電荷蓄積素子に書き込むことで高速度撮影を実現できるとしている。
High speed for analysis of (a) vehicle crash test, (b) product drop test / strength test, (c) combustion state of internal combustion engine, (d) phenomena in the field of physical chemistry such as chemical reaction, etc. A camera is used.
In this regard, in Patent Document 1, as a CCD type imaging device capable of high-speed shooting, a plurality of charge storage elements are arranged around each photoelectric conversion element, and writing to the charge storage elements is performed at the time of writing. It can be realized.

図8は特許文献1記載の固体撮像素子である。まず連続上書き撮影時の操作について説明する。フォトダイオード230aで発生した画像情報(電荷)は電荷収集井戸231aに集められ、インプットゲート232aからCCD転送路233aに転送され、CCD転送路233a上を下方に転送される。CCD転送路233a上の電荷の転送は標準的な23相駆動で行う。CCD転送路233aはインプットゲート232aと下の画素のインプットゲート232bを結ぶ垂直線240に平行ではなく、図8において左に傾斜している。この傾斜のために、下の画素のインプットゲート232bから出るCCD転送路233bを受光面内に組み入れることができる。CCD転送路233aは6画素分の距離を、下方斜めに直線的に延びる。最下端にはドレーンゲート235aとドレーン236aを設けている。画像情報はCCD転送路233a上を転送されたのち、ドレーン236aから素子外に排出される。後述のごとくドレーンゲート235aは読み出しゲートと併用している。
特開2000-165750号公報
FIG. 8 shows a solid-state imaging device described in Patent Document 1. First, operations during continuous overwriting will be described. Image information (charge) generated by the photodiode 230a is collected in the charge collection well 231a, transferred from the input gate 232a to the CCD transfer path 233a, and transferred downward on the CCD transfer path 233a. The charge transfer on the CCD transfer path 233a is performed by standard 23-phase driving. The CCD transfer path 233a is not parallel to the vertical line 240 connecting the input gate 232a and the input gate 232b of the lower pixel, but is inclined to the left in FIG. Because of this inclination, the CCD transfer path 233b that exits from the input gate 232b of the lower pixel can be incorporated in the light receiving surface. The CCD transfer path 233a linearly extends diagonally downward for a distance of 6 pixels. A drain gate 235a and a drain 236a are provided at the lowermost end. After the image information is transferred on the CCD transfer path 233a, the image information is discharged out of the device from the drain 236a. As will be described later, the drain gate 235a is used in combination with the read gate.
JP 2000-165750 A

しかしながら、特許文献1に記載の技術は、画像情報(電荷)を蓄積し、転送するCCD転送路を通常のCCD型固体撮像素子に追加しているため、電荷転送用駆動信号が増加して消費電力が増大する傾向にある。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであって、消費電力の著しい増大のない、しかも高品質な高速度撮影が可能なMOS型などの固体撮像素子を提供することを目的とする。
However, the technique described in Patent Document 1 adds a CCD transfer path for accumulating and transferring image information (charges) to a normal CCD solid-state imaging device, so that the charge transfer drive signal increases and is consumed. Power tends to increase.
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a MOS type solid-state imaging device that does not significantly increase power consumption and that can perform high-quality high-speed shooting. .

上記目的を達成するために、本発明の固体撮像素子は、受光した光強度に応じた電気信号を発生する複数の受光素子と、前記受光素子からの前記電気信号とノイズ信号を記憶する複数の記憶部とからなる画素部がマトリクス配置された受光部を構成する固体撮像素子であって、前記受光素子からの電気信号(以下、受光信号と呼ぶ。)とノイズ信号の差分信号を得る。   In order to achieve the above object, a solid-state imaging device of the present invention includes a plurality of light receiving elements that generate electrical signals according to received light intensity, and a plurality of light signals that store the electrical signals and noise signals from the light receiving elements. A solid-state imaging device that constitutes a light receiving unit in which pixel units including a storage unit are arranged in a matrix, and obtains a differential signal between an electrical signal (hereinafter referred to as a light receiving signal) from the light receiving device and a noise signal.

本発明の固体撮像素子によれば、受光信号とノイズ信号の差分信号が得られ、高品質な高速度撮影が可能となり、特許文献1のような転送動作が不要で消費電力の増大なく高速度撮影が可能になる。
本発明の固体撮像素子は、前記画素部内の前記受光素子と前記記憶部の間に差分回路を有し、前記差分回路で前記受光信号と前記ノイズ信号の差分信号を得た後、前記記憶部に蓄積する。
According to the solid-state imaging device of the present invention, a differential signal between a received light signal and a noise signal can be obtained, high-quality high-speed shooting is possible, transfer operation as in Patent Document 1 is unnecessary, and high-speed without increasing power consumption. Shooting is possible.
The solid-state imaging device of the present invention has a difference circuit between the light receiving element in the pixel unit and the storage unit, and after obtaining the difference signal of the light reception signal and the noise signal by the difference circuit, the storage unit To accumulate.

本発明の固体撮像素子によれば、差分回路で受光信号とノイズ信号の差分信号が得られ、ノイズの少ない高品質な高速度撮影が可能となる。
本発明の固体撮像素子は、前記画素部内の前記記憶部は受光信号とノイズ信号の差分機能を有する。
本発明の固体撮像素子によれば、記憶部で受光信号とノイズ信号の差分信号が得られ、ノイズの少ない高品質な高速度撮影が可能となる。また、差分回路が省略できる。このことにより省略した差分回路のスペースを受光素子面積の増大に使え感度向上に貢献できる。また、スペースが省略できるためチップサイズが小さくなることにも貢献できる。
According to the solid-state imaging device of the present invention, a difference signal between a received light signal and a noise signal can be obtained by a difference circuit, and high-quality high-speed shooting with less noise can be performed.
In the solid-state imaging device of the present invention, the storage unit in the pixel unit has a difference function between a light reception signal and a noise signal.
According to the solid-state imaging device of the present invention, a difference signal between a received light signal and a noise signal is obtained in the storage unit, and high-quality high-speed shooting with less noise is possible. Also, the difference circuit can be omitted. As a result, the space of the difference circuit omitted can be used to increase the area of the light receiving element, thereby contributing to improvement in sensitivity. Further, since the space can be omitted, the chip size can be reduced.

本発明の固体撮像素子によれば、前記画素部内の前記受光素子の後段に増幅部を有する。
本発明の固体撮像素子によれば、受光信号とノイズ信号が増幅されるためS/Nの大きい出力信号が得られ、ノイズの少ない高品質な高速度撮影が可能となる。
本発明の固体撮像素子は、前記記憶部に蓄積された前記受光信号、前記ノイズ信号を読み出す出力回路部を有し、前記出力回路部前段に増幅部を有する。
According to the solid-state imaging device of the present invention, the amplification unit is provided after the light receiving element in the pixel unit.
According to the solid-state imaging device of the present invention, since the light reception signal and the noise signal are amplified, an output signal having a large S / N can be obtained, and high-quality high-speed shooting with less noise can be performed.
The solid-state imaging device according to the present invention includes an output circuit unit that reads the received light signal and the noise signal accumulated in the storage unit, and includes an amplification unit in the previous stage of the output circuit unit.

本発明の固体撮像素子によれば、記憶部から読み出す際に蓄積電荷が保持されるため、出力低下がなくS/Nの大きい出力信号が得られ、ノイズの少ない高品質な高速度撮影が可能となる。
本発明の固体撮像素子は、前記差分回路は前記ノイズ信号と第1の基準信号の電圧差を保持手段に保持し、前記電圧差に前記受光信号の電圧レベルを印加すること、または、前記受光素子と第1の基準信号の電圧差を保持手段に保持し、前記電圧差に前記ノイズ信号の電圧レベルを印加することによって前記ノイズ信号と前記受光信号の差分を得る。
According to the solid-state imaging device of the present invention, accumulated charges are held when reading from the storage unit, so that an output signal with a large S / N can be obtained without a decrease in output, and high-quality high-speed shooting with less noise is possible. It becomes.
In the solid-state imaging device of the present invention, the difference circuit holds a voltage difference between the noise signal and the first reference signal in a holding unit, and applies a voltage level of the light reception signal to the voltage difference, or the light reception A voltage difference between the element and the first reference signal is held in a holding unit, and a voltage level of the noise signal is applied to the voltage difference to obtain a difference between the noise signal and the light reception signal.

本発明の固体撮像素子によれば、差分回路で受光信号と基準信号の差分信号を得る駆動が実現できる。
本発明の固体撮像素子は、前記記憶部は容量を有し、前記容量の受光素子側端子に前記受光信号を、前記受光素子側端子と反対の端子に第2の基準信号を蓄積した後、前記受光素子側端子からノイズ信号を印加すること、または、前記容量の受光素子側端子に前記ノイズ信号を、前記受光素子側端子と反対の端子に第2の基準信号を蓄積した後、前記受光素子側端子から受光信号を印加することにより、前記受光信号と前記ノイズ信号の差分電圧を得る。
According to the solid-state imaging device of the present invention, it is possible to realize driving for obtaining a difference signal between a light reception signal and a reference signal by a difference circuit.
In the solid-state imaging device of the present invention, the storage unit has a capacitor, the light receiving signal is accumulated in the light receiving element side terminal of the capacitor, and the second reference signal is accumulated in the terminal opposite to the light receiving element side terminal. Applying a noise signal from the light receiving element side terminal, or accumulating the noise signal in the light receiving element side terminal of the capacitor and storing a second reference signal in a terminal opposite to the light receiving element side terminal, By applying a light reception signal from the element side terminal, a differential voltage between the light reception signal and the noise signal is obtained.

本発明の固体撮像素子によれば、記憶部で受光信号と基準信号の差分信号を得る駆動が実現できる。
本発明の固体撮像素子は、前記受光信号や前記ノイズ信号の書き込みと読み出しとが同じ側である前記記憶部を有する。
本発明の固体撮像素子によれば、受光素子部と出力回路部間に容量を並列構成することによる簡単な回路構成で記憶部が実現できる。
According to the solid-state imaging device of the present invention, it is possible to realize driving for obtaining a difference signal between the light reception signal and the reference signal in the storage unit.
The solid-state imaging device of the present invention includes the storage unit on which the light reception signal and the noise signal are written and read out on the same side.
According to the solid-state imaging device of the present invention, a storage unit can be realized with a simple circuit configuration by configuring a capacitor in parallel between the light receiving element unit and the output circuit unit.

本発明の固体撮像素子によれば、前記受光信号や前記ノイズ信号の書き込みと読み出しとが異なる側である前記記憶部を有する。
本発明の固体撮像素子によれば、受光素子部と出力回路部間に容量を直列構成することにより記憶部で差分機能を有するため、差分回路が省略できる。このことにより省略した差分回路のスペースを受光素子面積の増大に使え感度向上に貢献できる。また、スペースが省略できるためチップサイズが小さくなることにも貢献できる。
According to the solid-state imaging device of the present invention, the storage unit is provided on a side where writing and reading of the light reception signal and the noise signal are different.
According to the solid-state imaging device of the present invention, the differential circuit can be omitted because the storage unit has a differential function by configuring a capacitor in series between the light receiving element unit and the output circuit unit. As a result, the space of the difference circuit omitted can be used to increase the area of the light receiving element, thereby contributing to improvement in sensitivity. Further, since the space can be omitted, the chip size can be reduced.

なお、本発明は、このような固体撮像素子として実現することができるだけでなく、このような固体撮像素子を含むノイズの少ない高速度撮影が可能なカメラとして実現することもできる。   Note that the present invention can be realized not only as such a solid-state image sensor but also as a camera capable of high-speed shooting with less noise including such a solid-state image sensor.

本発明の固体撮像素子によれば、消費電力の著しい増大のない、しかも高品質な高速度撮影が可能なMOS型固体撮像素子が実現できる。   According to the solid-state imaging device of the present invention, it is possible to realize a MOS type solid-state imaging device that does not significantly increase power consumption and can perform high-quality high-speed shooting.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1に係る固体撮像素子について図を参照しながら説明する。
図1は、固体撮像素子の概略構成を示す図である。
図1において1は受光素子、2は受光素子1の電荷を転送する転送MOSトランジスタ、3は転送MOSトランジスタ2のゲート、4はリセットMOSトランジスタ、5はリセットMOSトランジスタ4のゲートであり、リセットMOSトランジスタ4のドレインは所望の電圧VRに設定されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
A solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a solid-state imaging device.
In FIG. 1, 1 is a light receiving element, 2 is a transfer MOS transistor for transferring the charge of the light receiving element 1, 3 is a gate of the transfer MOS transistor 2, 4 is a reset MOS transistor, and 5 is a gate of the reset MOS transistor 4. The drain of the transistor 4 is set to a desired voltage VR.

MOSトランジスタ6、MOSトランジスタ7でソースフォロアを形成しており、MOSトランジスタ6のドレインは電源VDDに接続され、ソースはMOSトランジスタ7のドレインに接続される。MOSトランジスタ7のゲート8にはバイアス電圧を供給する。
20はMOSトランジスタで21はMOSトランジスタ20のゲート、22は容量である、23、24はMOSトランジスタでソースフォロアを形成して、25は出力ノードである。MOSトランジスタ24のゲート26にはバイアス電圧を供給する。
The MOS transistor 6 and the MOS transistor 7 form a source follower. The drain of the MOS transistor 6 is connected to the power supply VDD, and the source is connected to the drain of the MOS transistor 7. A bias voltage is supplied to the gate 8 of the MOS transistor 7.
Reference numeral 20 is a MOS transistor, 21 is a gate of the MOS transistor 20, 22 is a capacitor, 23 and 24 are MOS transistors that form a source follower, and 25 is an output node. A bias voltage is supplied to the gate 26 of the MOS transistor 24.

9はMOSトランジスタで、10はMOSトランジスタ9のゲート受光信号であり、ノイズ信号を記憶部に蓄積する場合は導通し、受光信号、ノイズ信号を読み出す場合は非導通となる。11はMOSトランジスタで、12はMOSトランジスタ11のゲート、MOSトランジスタ11のドレインは所望の電圧VBに設定されている。MOSトランジスタ11のソースはMOSトランジスタ9のソースとMOSトランジスタ13のゲートに接続されている(M点と呼ぶ)。MOSトランジスタ11を導通することでM点をVBに設定する。   Reference numeral 9 denotes a MOS transistor, and reference numeral 10 denotes a gate light reception signal of the MOS transistor 9, which is turned on when a noise signal is stored in the storage unit and is turned off when a light reception signal and a noise signal are read. 11 is a MOS transistor, 12 is a gate of the MOS transistor 11, and a drain of the MOS transistor 11 is set to a desired voltage VB. The source of the MOS transistor 11 is connected to the source of the MOS transistor 9 and the gate of the MOS transistor 13 (referred to as point M). By turning on the MOS transistor 11, the point M is set to VB.

MOSトランジスタ13、MOSトランジスタ14はソースフォロアを形成し、MOSトランジスタ13のドレインは電源VDDに接続され、ソースはMOSトランジスタ14のドレインに接続される。MOSトランジスタ14のゲート15にはバイアス電圧を供給する。
MOSトランジスタ13のソースフォロアとMOSトランジスタ14のドレインの接続点が出力で出力ノード16である。M点には記憶部が接続される。
The MOS transistors 13 and 14 form a source follower, the drain of the MOS transistor 13 is connected to the power supply VDD, and the source is connected to the drain of the MOS transistor 14. A bias voltage is supplied to the gate 15 of the MOS transistor 14.
A connection point between the source follower of the MOS transistor 13 and the drain of the MOS transistor 14 is an output node 16 at the output. A storage unit is connected to point M.

記憶部内の17−1、17−2、17−3、17−4、17−nはMOSトランジスタでそのドレインはそれぞれM点に接続され、ソースはそれぞれ容量19−1、19−2、19−3、19−4、19−nに接続される。18−1、18−2、18−3、18−4、18−nはそれぞれMOSトランジスタ17−1、17−2、17−3、17−4、17−nのゲートである。   Reference numerals 17-1, 17-2, 17-3, 17-4, 17-n in the storage section are MOS transistors, their drains are connected to the M point, and the sources are capacitors 19-1, 19-2, 19-, respectively. 3, 19-4, 19-n. Reference numerals 18-1, 18-2, 18-3, 18-4, and 18-n denote gates of the MOS transistors 17-1, 17-2, 17-3, 17-4, and 17-n, respectively.

また容量19−1、19−2、19−3、19−4、19−nの他方の端子は接地されている。この構成ではnフレームの高速度撮影が可能となる。また、M点に接続されている容量C0は浮遊容量である。容量22とMOSトランジスタ20で構成する差分回路で得る受光信号とノイズ信号の差分信号を記憶部19に蓄積する。その後MOSトランジスタ13、14で構成するソースフォロアで出力ノード16に差分信号を出力する。   The other terminals of the capacitors 19-1, 19-2, 19-3, 19-4, 19-n are grounded. With this configuration, high-speed shooting of n frames is possible. Further, the capacitor C0 connected to the point M is a stray capacitance. A difference signal between a light reception signal and a noise signal obtained by a difference circuit composed of a capacitor 22 and a MOS transistor 20 is accumulated in the storage unit 19. Thereafter, a differential signal is output to the output node 16 by a source follower composed of the MOS transistors 13 and 14.

以下、本実施の形態1の固体撮像素子の動作について説明する。図2は、本実施の形態1の固体撮像素子のタイミング図である。
図中期間Aは受光信号を記憶部に蓄積する期間で、期間Bは記憶部に蓄積した受光信号を読み出す期間である。
30はMOSトランジスタ9のゲート10に印加する信号で受光信号を記憶部に蓄積する期間AではHIGHレベルを印加して導通状態に、読み出す期間BではLOWレベルを印加して非道通状態にする。
Hereinafter, the operation of the solid-state imaging device of the first embodiment will be described. FIG. 2 is a timing chart of the solid-state imaging device according to the first embodiment.
In the figure, period A is a period for accumulating the received light signal in the storage unit, and period B is a period for reading the received light signal accumulated in the storage unit.
Reference numeral 30 denotes a signal applied to the gate 10 of the MOS transistor 9. In the period A in which the received light signal is accumulated in the storage unit, the HIGH level is applied to make it conductive, and in the reading period B, the LOW level is applied to make it non-conductive.

31はMOSトランジスタ11のゲート12に印加する信号であり、蓄積期間AではLOWレベルを印加して非道通状態にし、読み出す期間Bでは期間t7、t9、t11でHIGHレベルを印加してM点の電位を初期化する(VBレベルにする)。
32はMOSトランジスタ4のゲート5に印加する信号であり、期間t1、t3、t5にHIGHレベルを印加してMOSトランジスタ6のゲートを初期化する(VRレベルにする)。
31 is a signal to be applied to the gate 12 of the MOS transistor 11, and in the accumulation period A, the LOW level is applied to make the circuit non-passable, and in the reading period B, the HIGH level is applied in the periods t7, t9, t11 and the M point. The potential is initialized (set to VB level).
A signal 32 is applied to the gate 5 of the MOS transistor 4, and a HIGH level is applied during periods t1, t3, and t5 to initialize the gate of the MOS transistor 6 (set to the VR level).

33はMOSトランジスタ2のゲート3に印加する信号であり、期間t2、t4、t6にHIGHレベルを印加して受光素子の電荷をMOSトランジスタ6のゲートに転送する。
34はMOSトランジスタ20のゲート21に印加する信号であり、期間t1、t3、t5にHIGHレベルを印加して容量22の端子電圧をVREFにする。
A signal 33 is applied to the gate 3 of the MOS transistor 2, and a HIGH level is applied during the periods t 2, t 4 and t 6 to transfer the charge of the light receiving element to the gate of the MOS transistor 6.
A signal 34 is applied to the gate 21 of the MOS transistor 20, and a HIGH level is applied during the periods t1, t3, and t5 to set the terminal voltage of the capacitor 22 to VREF.

35は記憶部のMOSトランジスタ17−1のゲート18−1に印加する信号であり、期間t2、t8にHIGHレベルを印加して期間t2では差分信号を容量19−1に蓄積し、期間t8では容量19−1の信号を読み出す。
36は記憶部のMOSトランジスタ17−2のゲート18−2に印加する信号であり、期間t4、t10にHIGHレベルを印加して期間t4では差分信号を容量19−2に蓄積し、期間t10では容量19−2の信号を読み出す。
Reference numeral 35 denotes a signal applied to the gate 18-1 of the MOS transistor 17-1 of the memory unit. A HIGH level is applied in the periods t2 and t8, and the difference signal is accumulated in the capacitor 19-1 in the period t2, and in the period t8. Read the signal of the capacitor 19-1.
A signal 36 is applied to the gate 18-2 of the MOS transistor 17-2 of the memory unit. A HIGH level is applied during the periods t4 and t10, and the difference signal is accumulated in the capacitor 19-2 during the period t4. Read the signal of the capacitor 19-2.

37は記憶部のMOSトランジスタ17−nのゲート18−nに印加する信号であり、期間t6、t12にHIGHレベルを印加して期間t6では差分信号を容量19−nに蓄積し、期間t12では容量19−nの信号を読み出す。
以下図1、図2を用いて動作の説明をする。
期間t1においてMOSトランジスタ4、20、9が導通しており、初期化レベル(VR)がソースフォロアを介して容量22の端子に印加される(電位VRSF)。容量22の他の端子はMOSトランジスタ20が導通しているためVREF電位になる。したがって、容量22はVREFとVRSFの差分が保存される。また、ソースフォロアの出力ノード25には(VREF−Vt降下分)が出力される。
Reference numeral 37 denotes a signal applied to the gate 18-n of the MOS transistor 17-n of the memory unit. A HIGH level is applied during the periods t6 and t12, and the difference signal is accumulated in the capacitor 19-n during the period t6. Read the signal of the capacitor 19-n.
The operation will be described below with reference to FIGS.
In the period t1, the MOS transistors 4, 20, and 9 are turned on, and the initialization level (VR) is applied to the terminal of the capacitor 22 through the source follower (potential VRSF). The other terminal of the capacitor 22 is at the VREF potential because the MOS transistor 20 is conductive. Therefore, the capacity 22 stores the difference between VREF and VRSF. Further, (VREF−Vt drop) is output to the output node 25 of the source follower.

期間t2ではMOSトランジスタ2、9、17−1が導通している。受光素子1の電荷をMOSトランジスタ2を介してMOSトランジスタのゲート6に転送する動作をする。受光素子1からの電荷移動でMOSトランジスタ6のゲートの電位がΔV降下したとするとMOSトランジスタ6、7で形成するソースフォロアの出力はΔV1(ΔVのVt降下分)下がることになる。容量22はVREFとVRSFの差分が保存されているため、MOSトランジスタ23のゲートはΔV1が降下し、出力ノード25はさらに(ΔVのVt降下分)降下する。   In the period t2, the MOS transistors 2, 9, 17-1 are conductive. The operation of transferring the charge of the light receiving element 1 to the gate 6 of the MOS transistor through the MOS transistor 2 is performed. If the gate potential of the MOS transistor 6 drops by ΔV due to charge transfer from the light receiving element 1, the output of the source follower formed by the MOS transistors 6 and 7 will drop by ΔV1 (Vt drop of ΔV). Since the difference between VREF and VRSF is stored in the capacitor 22, the gate of the MOS transistor 23 is decreased by ΔV1, and the output node 25 is further decreased (by Vt of ΔV).

出力ノード25の電位変化は期間t1では(VREF−(Vt降下分))、期間t2では(VREF−(Vt降下分)―(ΔV1のVt降下分))となる。
ここで出力ノード25は基準電圧と信号電圧の差分の(ΔV1のVt降下分)が変化する。期間t2ではMOSトランジスタ9、17−1も導通しているため、容量19-1に(VREF−(Vt降下分)―(ΔV1のVt降下分))が記録される。
The potential change of the output node 25 is (VREF− (Vt drop)) in the period t1, and (VREF− (Vt drop) − (Vt drop of ΔV1)) in the period t2.
Here, the output node 25 changes in the difference between the reference voltage and the signal voltage (Vt drop of ΔV1). Since the MOS transistors 9 and 17-1 are also conductive during the period t2, (VREF− (Vt drop) − (Vt drop of ΔV1)) is recorded in the capacitor 19-1.

同様に期間t3、t4、期間t5、t6において容量17−2から17−nまで上記の差分電圧が記録される。
次に期間t7においてMOSトランジスタ11が導通するためM点のレベルがVBに設定される。
期間t8では記憶部のMOSトランジスタ17−1が導通するため容量19−1に蓄積されている差分電圧が容量19−1と浮遊容量C0との分圧電圧がM点に生じ、MOSトランジスタ13、14で構成するソースフォロアを介して出力ノード16に出力される。
Similarly, in the periods t3 and t4 and the periods t5 and t6, the above differential voltage is recorded from the capacitors 17-2 to 17-n.
Next, since the MOS transistor 11 becomes conductive in the period t7, the level at the point M is set to VB.
In the period t8, the MOS transistor 17-1 of the storage unit is turned on, so that the differential voltage accumulated in the capacitor 19-1 is generated at the point M by dividing the voltage between the capacitor 19-1 and the stray capacitor C0. 14 is output to the output node 16 via the source follower constituted by 14.

同様に期間t9では再びMOSトランジスタ11が導通するためM点のレベルがVBに設定される。
期間t10では記憶部のMOSトランジスタ17−2が導通するため容量19−2に蓄積されている差分電圧が容量19−2と浮遊容量C0との分圧電圧がM点に生じ、MOSトランジスタ13、14で構成するソースフォロアを介して出力ノード16に出力される。同様に期間t11では再びMOSトランジスタ11が導通するためM点のレベルがVBに設定される。期間t12では記憶部のMOSトランジスタ17−nが導通するため容量19−nに蓄積されている差分電圧が容量19−nと浮遊容量C0との分圧電圧がM点に生じ、MOSトランジスタ13、14で構成するソースフォロアを介して出力ノード16に出力される。
Similarly, in the period t9, the MOS transistor 11 becomes conductive again, so that the level at the point M is set to VB.
In the period t10, the MOS transistor 17-2 of the storage unit is turned on, so that a differential voltage accumulated in the capacitor 19-2 is generated at a point M between the capacitor 19-2 and the stray capacitor C0. 14 is output to the output node 16 via the source follower constituted by 14. Similarly, in the period t11, the MOS transistor 11 becomes conductive again, so that the level at the point M is set to VB. During the period t12, the MOS transistor 17-n of the storage unit is turned on, so that the differential voltage stored in the capacitor 19-n is generated at the M point by the divided voltage of the capacitor 19-n and the floating capacitor C0. 14 is output to the output node 16 via the source follower constituted by 14.

以上、画素部内の記憶部のn個の容量を設け、受光素子からの受光信号を10000フレームレイト以上の高速度でノイズの少ない高品質な画像で高速度撮影できる。なお、説明ではMOSトランジスタ6、7で構成する増幅部を用いているがこの増幅部がない場合でも同様の効果がある。
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2に係る固体撮像素子について図を参照しながら説明する。
As described above, n capacitors of the storage unit in the pixel unit are provided, and the light reception signal from the light receiving element can be photographed at high speed with a high-quality image with low noise at a high speed of 10,000 frame rates or more. In the description, an amplifying unit composed of the MOS transistors 6 and 7 is used, but the same effect can be obtained even without this amplifying unit.
(Embodiment 2)
A solid-state imaging device according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to the drawings.

図3は実施の形態1のMOSトランジスタ23、24で形成するソースフォロアをインバータに変更し、MOSトランジスタ23のゲートに接続していた容量22の端子をMOSトランジスタ24のゲートに接続している。また、MOSトランジスタ20はMOSトランジスタ24のゲートと出力ノード25に接続されている。
以下、本実施の形態2の固体撮像素子の動作について説明する。実施の形態2においては、タイミングは図2と変わらず、34でMOSトランジスタ20のゲート21に印加する信号で期間t1、t3、t5にHIGHレベルを印加するのは変わらない・
もっとも、作用面において、MOSトランジスタ24のドレインとゲートを短絡してインバータの動作点を設定する点が実施の形態1と異なる。
In FIG. 3, the source follower formed by the MOS transistors 23 and 24 of the first embodiment is changed to an inverter, and the terminal of the capacitor 22 connected to the gate of the MOS transistor 23 is connected to the gate of the MOS transistor 24. The MOS transistor 20 is connected to the gate of the MOS transistor 24 and the output node 25.
Hereinafter, the operation of the solid-state imaging device of the second embodiment will be described. In the second embodiment, the timing is the same as in FIG. 2, and the application of the HIGH level in the periods t1, t3, and t5 with the signal applied to the gate 21 of the MOS transistor 20 at 34 is the same.
However, it differs from the first embodiment in that the operating point of the inverter is set by short-circuiting the drain and gate of the MOS transistor 24 in terms of operation.

期間t1で基準信号がソースフォロアから出力され、MOSトランジスタ20が導通してMOSトランジスタ24のゲートとドレインが短絡され、動作点が設定される。
期間t2で受光信号がソースフォロアに出力されると容量22を介して基準信号と受光信号の差分電圧がインバータで増幅されて記憶部容量17に蓄積される。実施の形態1との違いは、基準信号と受光信号の差分電圧が増幅されて記憶部容量に蓄積されることである。
In a period t1, a reference signal is output from the source follower, the MOS transistor 20 is turned on, the gate and drain of the MOS transistor 24 are short-circuited, and the operating point is set.
When the light reception signal is output to the source follower during the period t2, the differential voltage between the reference signal and the light reception signal is amplified by the inverter via the capacitor 22 and accumulated in the storage unit capacitor 17. The difference from the first embodiment is that the differential voltage between the reference signal and the received light signal is amplified and stored in the storage unit capacity.

図4は、実施の形態1,2に係る固体撮像素子の構成を示す機能ブロック図である。
50−1−1から50−L−Mは図1の画素であり、L×Mのマトリクス配置されている。各画素の出力ノード16はMOSトランジスタ51に接続され、MOSトランジスタ51は共通垂直信号線52に接続される。共通垂直信号線52は各列にMOSトランジスタ54を介して共通信号線55に接続されている。56は垂直走査回路であり、出力57はMOSトランジスタ51のゲートに接続されている。58は水平走査回路であり、出力59はMOSトランジスタ54のゲートに接続されている。
FIG. 4 is a functional block diagram showing the configuration of the solid-state imaging device according to the first and second embodiments.
50-1-1 to 50-LM are pixels in FIG. 1, and are arranged in an L × M matrix. The output node 16 of each pixel is connected to a MOS transistor 51, and the MOS transistor 51 is connected to a common vertical signal line 52. The common vertical signal line 52 is connected to the common signal line 55 via the MOS transistor 54 in each column. Reference numeral 56 denotes a vertical scanning circuit, and an output 57 is connected to the gate of the MOS transistor 51. Reference numeral 58 denotes a horizontal scanning circuit, and an output 59 is connected to the gate of the MOS transistor 54.

以下図4を用いて動作の説明をする。垂直走査回路の出力57−1が出力されるとMOSトランジスタ51が導通となり画素50−1−1から50−L−1の出力ノード16の信号が共通垂直信号線52に伝わる状態となる。58は水平走査回路で出力線59にその出力が印加されるとMOSトランジスタ54が導通して共通信号線55に時系列的に出力される。この動作がt10、t12まで繰り返される。   The operation will be described below with reference to FIG. When the output 57-1 of the vertical scanning circuit is output, the MOS transistor 51 becomes conductive, and the signal of the output node 16 of the pixels 50-1-1 to 50-L-1 is transmitted to the common vertical signal line 52. Reference numeral 58 denotes a horizontal scanning circuit. When the output is applied to the output line 59, the MOS transistor 54 is turned on and is output to the common signal line 55 in time series. This operation is repeated until t10 and t12.

次に垂直走査回路の出力57−2が印加されると画素50−1−2から50−L−2の受光信号が共通信号線55に出力される。最終的に画素50−1−Mから50−L−Mまで繰り返され、L×Mの画素、nフレームの受光信号が高速度に得られる。
以上、画素部内の記憶部のn個の容量を設け、受光素子からの受光信号を10000フレームレイト以上の高速度で基準信号と受光信号の差分信号を作成して記憶部に蓄積することでノイズの少ない高品質な画像で高速度撮影できる。なお、説明ではMOSトランジスタ6、7で構成する増幅部を用いているがこの増幅部がない場合でも同様の効果がある。
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3に係る固体撮像素子について図を参照しながら説明する。
Next, when the output 57-2 of the vertical scanning circuit is applied, the light reception signals of the pixels 50-1-2 to 50-L-2 are output to the common signal line 55. Finally, the pixels 50-1-M to 50-LM are repeated, and L × M pixels, n frames of light reception signals are obtained at high speed.
As described above, n capacitors of the storage unit in the pixel unit are provided, noise is generated by generating a difference signal between the reference signal and the received light signal at a high speed of 10,000 frame rates or more and storing the received light signal from the light receiving element in the storage unit. High-speed images can be taken with high-quality images with little. In the description, an amplifying unit composed of the MOS transistors 6 and 7 is used, but the same effect can be obtained even without this amplifying unit.
(Embodiment 3)
A solid-state imaging device according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to the drawings.

図5は、固体撮像素子の概略構成を示す図である。
図5において1は受光素子、2は受光素子1の電荷を転送する転送MOSトランジスタ、3は転送MOSトランジスタ2のゲート、4はリセットMOSトランジスタ、5はリセットMOSトランジスタ4のゲートであり、リセットMOSトランジスタ4のドレインは所望の電圧VRに設定されている。
FIG. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of the solid-state imaging device.
In FIG. 5, 1 is the light receiving element, 2 is the transfer MOS transistor for transferring the charge of the light receiving element 1, 3 is the gate of the transfer MOS transistor 2, 4 is the reset MOS transistor, and 5 is the gate of the reset MOS transistor 4. The drain of the transistor 4 is set to a desired voltage VR.

MOSトランジスタ6、MOSトランジスタ7でソースフォロアを形成しており、MOSトランジスタ6のドレインは電源VDDに接続され、ソースはMOSトランジスタ7のドレインに接続される。MOSトランジスタ7のゲート8にはバイアス電圧を供給する。ソースフォロアの出力は出力ノードMに接続される。
MOSトランジスタ13、MOSトランジスタ14はインバータを形成し、MOSトランジスタ13のゲートはドレインに接続され、ソースはMOSトランジスタ14のドレインに接続される。MOSトランジスタ13のソースとMOSトランジスタ14のドレインの接続点が出力で出力ノード16である。
The MOS transistor 6 and the MOS transistor 7 form a source follower. The drain of the MOS transistor 6 is connected to the power supply VDD, and the source is connected to the drain of the MOS transistor 7. A bias voltage is supplied to the gate 8 of the MOS transistor 7. The output of the source follower is connected to the output node M.
The MOS transistor 13 and the MOS transistor 14 form an inverter, the gate of the MOS transistor 13 is connected to the drain, and the source is connected to the drain of the MOS transistor 14. A connection point between the source of the MOS transistor 13 and the drain of the MOS transistor 14 is an output and an output node 16.

61はMOSトランジスタで出力ノード16とMOSトランジスタ14のゲートに接続される。62はMOSトランジスタ61のゲートであり、C0は浮遊容量である。ソースフォロアの出力ノードMにはMOSトランジスタ17−1、17−2、17−nのドレインが接続される。MOSトランジスタ17−1、17−2、17−nのソースはそれぞれ容量19−1、19−2、19−nに接続されている。MOSトランジスタ60−1、60−2、60−nのドレインはそれぞれ容量19−1、19−2、19−nに接続され、ソースはそれぞれN点に接続される。   A MOS transistor 61 is connected to the output node 16 and the gate of the MOS transistor 14. 62 is a gate of the MOS transistor 61, and C0 is a stray capacitance. The drains of the MOS transistors 17-1, 17-2, 17-n are connected to the output node M of the source follower. The sources of the MOS transistors 17-1, 17-2, and 17-n are connected to capacitors 19-1, 19-2, and 19-n, respectively. The drains of the MOS transistors 60-1, 60-2, 60-n are respectively connected to the capacitors 19-1, 19-2, 19-n, and the sources are respectively connected to the N points.

18−1はMOSトランジスタ17−1、MOSトランジスタ60−1の共通ゲート端子である。同様に18−2はMOSトランジスタ17−2、MOSトランジスタ60−2の共通ゲート端子、18−nはMOSトランジスタ17−n、MOSトランジスタ60−nの共通ゲート端子である。N点はMOSトランジスタ61のドレインとMOSトランジスタ14のゲートに接続されている。   Reference numeral 18-1 denotes a common gate terminal for the MOS transistors 17-1 and 60-1. Similarly, 18-2 is a common gate terminal of the MOS transistors 17-2 and 60-2, and 18-n is a common gate terminal of the MOS transistors 17-n and 60-n. The N point is connected to the drain of the MOS transistor 61 and the gate of the MOS transistor 14.

容量19の受光素子側に受光信号を、MOSトランジスタ13、14で構成するインバータ側にインバータの動作点電圧を印加して、容量19に受光信号と動作点電圧を保持する。その後、受光素子側にノイズ信号を印加することで受光素子とノイズ信号の差分が得られ、出力ノード16に出力される。
以下、本実施形態の固体撮像素子の動作について説明する。図6は、本実施の形態3の固体撮像素子のタイミング図である。
A light receiving signal is applied to the light receiving element side of the capacitor 19, and an operating point voltage of the inverter is applied to the inverter side constituted by the MOS transistors 13 and 14, and the light receiving signal and the operating point voltage are held in the capacitor 19. Thereafter, by applying a noise signal to the light receiving element side, a difference between the light receiving element and the noise signal is obtained and output to the output node 16.
Hereinafter, the operation of the solid-state imaging device of the present embodiment will be described. FIG. 6 is a timing chart of the solid-state imaging device according to the third embodiment.

図中期間Aは受光信号を記憶部に蓄積する期間で、期間Bは記憶部に蓄積した受光信号を読み出す期間である。
70はMOSトランジスタ61のゲート62に印加する信号であり、受光信号を記憶部に蓄積する期間AでHIGHレベルを印加して導通状態する。
71はMOSトランジスタ4のゲート5に印加する信号であり、蓄積期間AではLOWレベルを印加して非道通状態にし、読み出す期間BではHIGHレベルを印加してM点の電位を初期化する(VBレベルにする)。
In the figure, period A is a period for accumulating the received light signal in the storage unit, and period B is a period for reading the received light signal accumulated in the storage unit.
Reference numeral 70 denotes a signal applied to the gate 62 of the MOS transistor 61. The HIGH level is applied during the period A in which the received light signal is accumulated in the storage unit, and the conductive state is established.
Reference numeral 71 denotes a signal applied to the gate 5 of the MOS transistor 4. In the accumulation period A, the LOW level is applied to make the circuit non-passable, and in the reading period B, the HIGH level is applied to initialize the potential at the point M (VB Level).

72はMOSトランジスタ2のゲート3に印加する信号であり、期間t1、t2、t3にHIGHレベルを印加して受光素子の電荷をMOSトランジスタ6のゲートに転送する。
73はゲート端子18−1に印加する信号であり、期間t1、t4にHIGHレベルを印加して受光信号を容量19−1に蓄積と読み出しを行う。
A signal 72 is applied to the gate 3 of the MOS transistor 2, and a HIGH level is applied during the periods t 1, t 2, and t 3 to transfer the charge of the light receiving element to the gate of the MOS transistor 6.
A signal 73 is applied to the gate terminal 18-1, and a HIGH level is applied during periods t1 and t4 to store and read the received light signal in the capacitor 19-1.

74はゲート端子18−2に印加する信号であり、期間t2、t5にHIGHレベルを印加して受光信号を容量19−2に蓄積と読み出しを行う。
75はゲート端子18−nに印加する信号であり、期間t3、t6にHIGHレベルを印加して受光信号を容量19−nに蓄積と読み出しを行う。期間AではMOSトランジスタ61が導通するためMOSトランジスタ13、14で構成するインバータの入力と出力が等しい動作点が設定され、その電圧値(V0)がMOSトランジスタ60−1、60−2、60−nに伝わる。
A signal 74 is applied to the gate terminal 18-2, and a HIGH level is applied during periods t2 and t5 to store and read the received light signal in the capacitor 19-2.
A signal 75 is applied to the gate terminal 18-n. A HIGH level is applied during periods t3 and t6 to store and read the received light signal in the capacitor 19-n. In the period A, the MOS transistor 61 becomes conductive, so that an operating point where the input and output of the inverter constituted by the MOS transistors 13 and 14 are equal is set, and the voltage value (V0) is set to the MOS transistors 60-1, 60-2, 60-. to n.

期間t1ではMOSトランジスタ61、2、17−1、60−1が導通するため受光信号がMOSトランジスタ6、7で構成するソースフォロアを介して容量19−1に受光信号に対応した電圧値(VP1)が伝わる。すなわち容量19−1には(VP1−V0)値が蓄積保持される。
期間t2ではMOSトランジスタ61、2、17−2、60−2が導通するため受光信号がMOSトランジスタ6、7で構成するソースフォロアを介して容量19−2に受光信号に対応した電圧値(VP2)が伝わる。すなわち容量19−2には(VP2−V0)値が蓄積保持される。
In the period t1, since the MOS transistors 61, 2, 17-1, and 60-1 are turned on, the light reception signal is supplied to the capacitor 19-1 via the source follower composed of the MOS transistors 6 and 7 (VP1). ) Is transmitted. That is, the (VP1-V0) value is accumulated and held in the capacitor 19-1.
In the period t2, the MOS transistors 61, 2, 17-2, 60-2 are turned on, so that the light reception signal is supplied to the capacitor 19-2 via the source follower constituted by the MOS transistors 6, 7 (VP2). ) Is transmitted. That is, the (VP2-V0) value is accumulated and held in the capacitor 19-2.

期間t3ではMOSトランジスタ61、2、17−n、60−nが導通するため受光信号がMOSトランジスタ6、7で構成するソースフォロアを介して容量19−nに受光信号に対応した電圧値(VPn)が伝わる。すなわち容量19−nには(VPn−V0)値が蓄積保持される。
期間t4ではMOSトランジスタ4、61、17−1、60−1が導通し、MOSトランジスタ61が非導通となる。この時、基準電位がMOS17−1から容量19−1のM点側の端子に印加される。この電圧を(VR0)とする。したがって、容量19−1のM点側電位はVP1からVR0に変化する。一般にはVR0>VP1であるから容量19−1のN点側電位はV0から(VR0−VP1)だけ増加する。これが受光信号に相当し、MOSトランジスタ13、14で形成されたインバータに入力され、出力が出力ノード16に生じる。
In the period t3, the MOS transistors 61, 2, 17-n, and 60-n are turned on, so that the light reception signal is sent to the capacitor 19-n via the source follower constituted by the MOS transistors 6 and 7 (VPn) corresponding to the light reception signal. ) Is transmitted. That is, the (VPn−V0) value is accumulated and held in the capacitor 19-n.
In the period t4, the MOS transistors 4, 61, 17-1, and 60-1 are turned on, and the MOS transistor 61 is turned off. At this time, the reference potential is applied from the MOS 17-1 to the terminal on the M point side of the capacitor 19-1. This voltage is set to (VR0). Accordingly, the M point side potential of the capacitor 19-1 changes from VP1 to VR0. In general, since VR0> VP1, the potential at the point N of the capacitor 19-1 increases from V0 by (VR0-VP1). This corresponds to the light reception signal, which is input to the inverter formed by the MOS transistors 13 and 14, and an output is generated at the output node 16.

同様に期間t5ではMOSトランジスタ4、61、17−2、60−2が導通し、MOSトランジスタ61が非導通となる。この時、基準電位がMOS17−2から容量19−2のM点側の端子に印加される。この電圧を(VR0)とする。したがって、容量19−2のM点側電位はVP2からVR0に変化する。一般にはVR0>VP2であるから容量19−2のN点側電位はV0から(VR0−VP2)だけ増加する。これが受光信号に相当し、MOSトランジスタ13、14で形成されたインバータに入力され、出力が出力ノード16に生じる。   Similarly, in the period t5, the MOS transistors 4, 61, 17-2, 60-2 are turned on, and the MOS transistor 61 is turned off. At this time, the reference potential is applied from the MOS 17-2 to the terminal on the M point side of the capacitor 19-2. This voltage is set to (VR0). Therefore, the M point side potential of the capacitor 19-2 changes from VP2 to VR0. In general, since VR0> VP2, the potential at the N-point side of the capacitor 19-2 increases from V0 by (VR0-VP2). This corresponds to the light reception signal, which is input to the inverter formed by the MOS transistors 13 and 14, and an output is generated at the output node 16.

同様に期間t6ではMOSトランジスタ4、61、17−n、60−nが導通し、MOSトランジスタ61が非導通となる。この時、基準電位がMOS17−nから容量19−nのM点側の端子に印加される。この電圧を(VR0)とする。したがって、容量19−nのM点側電位はVPnからVR0に変化する。一般にはVR0>VPnであるから容量19−nのN点側電位はV0から(VR0−VPn)だけ増加する。これが受光信号に相当し、MOSトランジスタ13、14で形成されたインバータに入力され、出力が出力ノード16に生じる。   Similarly, in the period t6, the MOS transistors 4, 61, 17-n, 60-n are turned on, and the MOS transistor 61 is turned off. At this time, the reference potential is applied from the MOS 17-n to the terminal on the M point side of the capacitor 19-n. This voltage is set to (VR0). Therefore, the M point side potential of the capacitor 19-n changes from VPn to VR0. In general, since VR0> VPn, the N-point side potential of the capacitor 19-n increases from V0 by (VR0-VPn). This corresponds to the light reception signal, which is input to the inverter formed by the MOS transistors 13 and 14, and an output is generated at the output node 16.

以下図7を用いて動作の説明をする。垂直走査回路の出力57−1が出力されるとMOSトランジスタ51が導通となり画素90−1−1から90−L−1の出力ノード16の信号が共通垂直信号線52に伝わる状態となる。58は水平走査回路で出力線59にその出力が印加されるとMOSトランジスタ54が導通して共通信号線55に時系列的に出力される。   The operation will be described below with reference to FIG. When the output 57-1 of the vertical scanning circuit is output, the MOS transistor 51 becomes conductive, and the signal of the output node 16 of the pixels 90-1-1 to 90-L-1 is transmitted to the common vertical signal line 52. Reference numeral 58 denotes a horizontal scanning circuit. When the output is applied to the output line 59, the MOS transistor 54 is turned on and is output to the common signal line 55 in time series.

この動作がt10、t12まで繰り返される。次に垂直走査回路の出力57−2が印加されると画素90−1−2から90−L−2の受光信号が共通信号線55に出力される。最終的に画素90−1−Mから90−L−Mまで繰り返され、L×Mの画素、nフレームの受光信号が高速度に得られる。
以上、画素部内の記憶部のn個の容量を設け、受光素子からの受光信号を10000フレームレイト以上の高速度で基準信号と受光信号を記憶部で差分信号を作成することでノイズの少ない高品質な画像で高速度撮影できる。なお、説明ではMOSトランジスタ6、7で構成する増幅部を用いているがこの増幅部がない場合でも同様の効果がある。
This operation is repeated until t10 and t12. Next, when the output 57-2 of the vertical scanning circuit is applied, the light reception signals of the pixels 90-1-2 to 90-L-2 are output to the common signal line 55. Finally, the pixels 90-1-M to 90-LM are repeated, and L × M pixels, n-frame light reception signals are obtained at high speed.
As described above, n capacitors of the storage unit in the pixel unit are provided, and the light reception signal from the light receiving element is generated at a high speed of 10,000 frame rates or more, and the reference signal and the light reception signal are generated in the storage unit, thereby reducing noise. High-speed shooting with high quality images. In the description, an amplifying unit composed of the MOS transistors 6 and 7 is used, but the same effect can be obtained even without this amplifying unit.

本発明の実施の形態1〜3の固体撮像素子を用いてカメラを作成することで、ノイズの少ない高品質な画像で高速度撮影が可能となる。   By creating a camera using the solid-state imaging device according to Embodiments 1 to 3 of the present invention, high-speed shooting can be performed with a high-quality image with less noise.

本発明に係る固体撮像素子によれば、低い消費電力で高速度撮影が可能であるため有用である。   The solid-state imaging device according to the present invention is useful because high-speed shooting is possible with low power consumption.

本発明の実施の形態1係る固体撮像素子の概略構成を示す図。1 is a diagram showing a schematic configuration of a solid-state imaging element according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1に係る固体撮像素子のタイミング図。FIG. 3 is a timing diagram of the solid-state imaging element according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1,2に係る固体撮像素子の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the solid-state image sensor which concerns on Embodiment 1, 2 of this invention. 本発明の実施の形態2の実施形態に係るマトリクス配置の個体撮像素子を示す図。The figure which shows the solid-state image sensor of the matrix arrangement | positioning which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る固体撮像素子の概略構成を示す図。FIG. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of a solid-state imaging element according to a third embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態3に係る固体撮像素子のタイミング図。FIG. 9 is a timing diagram of a solid-state imaging element according to Embodiment 3 of the present invention. 本発明の実施の形態3に係るマトリクス配置の個体撮像素子を示す図。The figure which shows the solid-state image sensor of the matrix arrangement | positioning which concerns on Embodiment 3 of this invention. 特許文献1記載の固体撮像素子の図。The figure of the solid-state image sensor of patent documents 1.

符号の説明Explanation of symbols

1 受光素子
2 転送MOSトランジスタ
3 転送MOSトランジスタ2のゲート
4 リセットMOSトランジスタ
5 リセットMOSトランジスタのゲート
6 MOSトランジスタ
7 MOSトランジスタ
8 MOSトランジスタ7のゲート
9 MOSトランジスタ
10 MOSトランジスタ9のゲート
11 MOSトランジスタ
12 MOSトランジスタ11のゲート
13 MOSトランジスタ
14 MOSトランジスタ
15 MOSトランジスタ14のゲート
16 出力ノード
17 MOSトランジスタ
18 MOSトランジスタ17のゲート
19 容量
20 MOSトランジスタ
21 MOSトランジスタ20のゲート
22 容量
23 MOSトランジスタ
24 MOSトランジスタ
25 出力ノード
26 MOSトランジスタ24のゲート
30 MOSトランジスタ9のゲート10に印加する信号
31 MOSトランジスタ11のゲート12に印加する信号
32 MOSトランジスタ4のゲート5に印加する信号
33 MOSトランジスタ2のゲート3に印加する信号
34 MOSトランジスタ20のゲート21に印加する信号
35 記憶部のMOSトランジスタ17−1のゲート18−1に印加する信号
36 記憶部のMOSトランジスタ17−2のゲート18−2に印加する信号
37 記憶部のMOSトランジスタ17−nのゲート18−nに印加する信号
50 画素
60 MOSトランジスタ
61 MOSトランジスタ
62 MOSトランジスタ61のゲート
63 容量
64 MOSトランジスタ
65 MOSトランジスタ64のゲート
70 MOSトランジスタ61のゲート62に印加する信号
71 MOSトランジスタ4のゲート5に印加する信号
72 MOSトランジスタ2のゲート3に印加する信号
73 ゲート端子18−1に印加する信号
74 ゲート端子18−2に印加する信号
75 ゲート端子18−nに印加する信号
90 画素
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light receiving element 2 Transfer MOS transistor 3 Gate of transfer MOS transistor 2 4 Reset MOS transistor 5 Gate of reset MOS transistor 6 MOS transistor 7 MOS transistor 8 Gate of MOS transistor 7 9 MOS transistor 10 Gate of MOS transistor 9 MOS transistor 12 MOS transistor Gate of transistor 11 MOS transistor 14 MOS transistor 15 Gate 16 of MOS transistor 14 Output node 17 MOS transistor 18 Gate of MOS transistor 17 Capacitance 20 MOS transistor 21 Gate 22 of MOS transistor 20 Capacitance 23 MOS transistor 24 MOS transistor 25 Output node 26 Gate of MOS transistor 24 30 MOS transistor A signal 31 applied to the gate 10 of the MOS transistor 11 A signal 32 applied to the gate 12 of the MOS transistor 11 A signal 33 applied to the gate 5 of the MOS transistor 4 A signal 34 applied to the gate 3 of the MOS transistor 2 applied to the gate 21 of the MOS transistor 20 A signal 35 applied to the gate 18-1 of the MOS transistor 17-1 in the storage unit A signal 37 applied to the gate 18-2 in the MOS transistor 17-2 in the storage unit The gate 18 of the MOS transistor 17-n in the storage unit Signal applied to -n 50 Pixel 60 MOS transistor 61 MOS transistor 62 Gate 63 of MOS transistor 61 Capacitance 64 MOS transistor 65 Gate 70 of MOS transistor 64 Signal 71 applied to gate 62 of MOS transistor 61 MOS transistor 4 Signal 72 applied to gate 5 of MOS transistor 2 Signal 73 applied to gate 3 of MOS transistor 2 Signal 74 applied to gate terminal 18-1 Signal 75 applied to gate terminal 18-2 Signal 90 applied to gate terminal 18-n Pixel

Claims (10)

受光した光強度に応じた電気信号を発生する複数の受光素子と、前記受光素子からの前記電気信号とノイズ信号を記憶する複数の記憶部とからなる画素部がマトリクス配置された受光部を構成する固体撮像素子であって、前記受光素子からの電気信号(以下、受光信号と呼ぶ。)とノイズ信号の差分信号を得ることを特徴とする固体撮像素子。   A light receiving section in which a plurality of light receiving elements that generate electrical signals according to received light intensity and a plurality of storage sections that store the electrical signals and noise signals from the light receiving elements are arranged in a matrix is configured. What is claimed is: 1. A solid-state image pickup device that obtains a differential signal between an electric signal (hereinafter referred to as a light-receiving signal) from the light-receiving element and a noise signal. 前記画素部内の前記受光素子と前記記憶部の間に差分回路を有し、前記差分回路で前記受光信号と前記ノイズ信号の差分信号を得た後、前記記憶部に蓄積することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。    A difference circuit is provided between the light receiving element in the pixel portion and the storage portion, and after the difference signal between the light reception signal and the noise signal is obtained by the difference circuit, the difference circuit stores the difference signal in the storage portion. The solid-state imaging device according to claim 1. 前記画素部内の前記記憶部は受光信号とノイズ信号の差分機能を有することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the storage unit in the pixel unit has a difference function between a light reception signal and a noise signal. 前記画素部内の前記受光素子の後段に増幅部を有することを特徴とする請求項1から3に記載の固体撮像素子。    4. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising an amplifying unit downstream of the light receiving element in the pixel unit. 5. 前記記憶部に蓄積された前記受光信号、前記ノイズ信号を読み出す出力回路部を有し、前記出力回路部前段に増幅部を有することを特徴とする請求項1から3に記載の固体撮像素子。   4. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising: an output circuit unit that reads the light reception signal and the noise signal accumulated in the storage unit, and an amplification unit disposed in front of the output circuit unit. 5. 前記差分回路は前記ノイズ信号と第1の基準信号の電圧差を保持手段に保持し、前記電圧差に前記受光信号の電圧レベルを印加すること、または、前記受光素子と第1の基準信号の電圧差を保持手段に保持し、前記電圧差に前記ノイズ信号の電圧レベルを印加することによって前記ノイズ信号と前記受光信号の差分を得ることを特徴とする請求項2に記載の固体撮像素子。   The difference circuit holds a voltage difference between the noise signal and the first reference signal in a holding unit, and applies a voltage level of the light receiving signal to the voltage difference, or between the light receiving element and the first reference signal. 3. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein a difference between the noise signal and the light reception signal is obtained by holding a voltage difference in a holding unit and applying a voltage level of the noise signal to the voltage difference. 前記記憶部は容量を有し、前記容量の受光素子側端子に前記受光信号を、前記受光素子側端子と反対の端子に第2の基準信号を蓄積した後、前記受光素子側端子からノイズ信号を印加すること、または、前記容量の受光素子側端子に前記ノイズ信号を、前記受光素子側端子と反対の端子に第2の基準信号を蓄積した後、前記受光素子側端子から受光信号を印加することにより、前記受光信号と前記ノイズ信号の差分電圧を得ることを特徴とする請求項3に記載の固体撮像素子。   The storage unit has a capacitor, and after storing the light reception signal in a light receiving element side terminal of the capacitor and a second reference signal in a terminal opposite to the light receiving element side terminal, a noise signal is transmitted from the light receiving element side terminal. Or the noise signal is accumulated in the light receiving element side terminal of the capacitor, and the second reference signal is accumulated in the terminal opposite to the light receiving element side terminal, and then the light receiving signal is applied from the light receiving element side terminal. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein a differential voltage between the light reception signal and the noise signal is obtained. 前記受光信号や前記ノイズ信号の書き込みと読み出しとが同じ側である前記記憶部を有することを特徴とする請求項1から2、4から6のいずれかに記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 2, and 4 to 6, further comprising the storage unit on which writing and reading of the light reception signal and the noise signal are on the same side. 前記受光信号や前記ノイズ信号の書き込みと読み出しとが異なる側である前記記憶部を有することを特徴とする請求項1、3から5、7のいずれかに記載の固体撮像素子。   8. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising the storage unit on a side where writing and reading of the light reception signal and the noise signal are different. 9. 請求項1から9記載の固体撮像素子を用いたことを特徴とするカメラ。   A camera using the solid-state imaging device according to claim 1.
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