JP3474700B2 - Solid-state imaging device - Google Patents

Solid-state imaging device

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JP3474700B2
JP3474700B2 JP05628496A JP5628496A JP3474700B2 JP 3474700 B2 JP3474700 B2 JP 3474700B2 JP 05628496 A JP05628496 A JP 05628496A JP 5628496 A JP5628496 A JP 5628496A JP 3474700 B2 JP3474700 B2 JP 3474700B2
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良平 宮川
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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、固体撮像装置に係
わり、特に増幅型MOS型センサを用いた固体撮像装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image pickup device, and more particularly to a solid-state image pickup device using an amplification type MOS sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、固体撮像装置の一つとして、増幅
型MOSセンサを用いた固体撮像装置が提案されてい
る。この固体撮像装置は、各セル毎にフォトダイオード
で検出した信号をトランジスタで増幅するものであり、
高感度という特徴を持つ。
2. Description of the Related Art In recent years, a solid-state image pickup device using an amplification type MOS sensor has been proposed as one of solid-state image pickup devices. This solid-state imaging device amplifies the signal detected by the photodiode for each cell with a transistor,
It has the characteristic of high sensitivity.

【0003】図20は、この種の固体撮像装置の従来例
を示す回路構成図である。フォトダイオード1−1−
1,1−1−2,〜,1−2−2の信号を増幅する増幅
トランジスタ2−1−1,2−1−2,〜,2−2−
2、信号を読み出すラインを選択する垂直選択トランジ
スタ3−1−1,3−1−2,〜,3−2−2、信号電
荷をリセットするリセットトランジスタ4−1−1,4
−1−2,〜,4−2−2からなる単位セルが2×2個
ほど2次元状に配列されている。なお実際には、これよ
り多くの単位セルが配列される。
FIG. 20 is a circuit diagram showing a conventional example of this type of solid-state image pickup device. Photodiode 1-1-
Amplification transistors 2-1-1, 2-1-2, ..., 2-2- for amplifying signals of 1, 1-1-2, ..., 1-2-2
2, vertical selection transistors 3-1-1, 3-1-2, ..., 3-2-2 for selecting a line for reading a signal, reset transistors 4-1-1, 4 for resetting a signal charge
About 2 × 2 unit cells each including -1-2, ..., 4-2-2 are two-dimensionally arranged. Actually, more unit cells are arranged.

【0004】垂直シフトレジスタ5から水平方向に配線
されている水平アドレス線6−1,6−2は、垂直選択
トランジスタのゲートに結線され、信号を読み出すライ
ンを決めている。リセット線7−1,7−2は、リセッ
トトランジスタのゲートに結線されている。増幅トラン
ジスタのソースは、垂直信号線8−1,8−2に結線さ
れ、その一端には負荷トランジスタ9−1,9−2が設
けられている。垂直信号線8−1,8−2の他端は、1
ライン(1行)分の信号を取り込む信号取り込みトラン
ジスタ10−1,10−2を介して、1ライン(1行)
分の信号を蓄積する増幅信号蓄積容量11−1,11−
2に図のように結合され、水平シフトレジスタ13から
供給される選択パルスにより選択される水平選択トラン
ジスタ12−1,12−2を介して水平信号線50に結
線されている。
The horizontal address lines 6-1 and 6-2 wired in the horizontal direction from the vertical shift register 5 are connected to the gates of the vertical selection transistors to determine the lines from which signals are read. The reset lines 7-1 and 7-2 are connected to the gate of the reset transistor. The source of the amplification transistor is connected to the vertical signal lines 8-1 and 8-2, and the load transistors 9-1 and 9-2 are provided at one end thereof. The other ends of the vertical signal lines 8-1 and 8-2 are 1
1 line (1 row) via the signal capturing transistors 10-1 and 10-2 that captures signals for 1 line (1 row)
Minute signal storage capacitors 11-1 and 11- for storing minute signals
2 as shown in the drawing, and is connected to the horizontal signal line 50 via the horizontal selection transistors 12-1 and 12-2 selected by the selection pulse supplied from the horizontal shift register 13.

【0005】図21は、このデバイスを駆動するパルス
信号のタイミング図である。水平アドレス線6−1をハ
イレベルにするアドレスパルス101を印加すると、こ
のラインの選択トランジスタ3−1−1,3−1−2の
みONし、この行の増幅トランジスタ2−1−1,2−
1−2と負荷トランジスタ9−1,9−2でソースフォ
ロア回路が構成され、増幅トランジスタのゲート電圧、
即ちフォトダイオードの電圧とほぼ同等の電圧が垂直信
号線8−1,8−2に現れる。このとき、信号取り込み
トランジスタ10−1,10−2の共通ゲート49に信
号取り込みパルス103を印加し、増幅信号蓄積容量1
1−1,11−2に垂直信号線に現れた電圧とその容量
の積の増幅された信号電荷を蓄積する。
FIG. 21 is a timing diagram of pulse signals for driving this device. When the address pulse 101 which makes the horizontal address line 6-1 high level is applied, only the selection transistors 3-1-1 and 3-1-2 of this line are turned on, and the amplification transistors 2-1-1 and 2-1-1 of this row −
A source follower circuit is composed of 1-2 and the load transistors 9-1 and 9-2, and the gate voltage of the amplification transistor,
That is, a voltage substantially equal to the voltage of the photodiode appears on the vertical signal lines 8-1 and 8-2. At this time, the signal capture pulse 103 is applied to the common gate 49 of the signal capture transistors 10-1 and 10-2, and the amplified signal storage capacitor 1
The amplified signal charges of the product of the voltage appearing on the vertical signal line and its capacitance are stored in 1-1 and 11-2.

【0006】増幅信号蓄積容量11−1,11−2に信
号が蓄積された後、リセットトランジスタ4−1−1,
4−1−2に信号リセットパルス102−1を印加し、
フォトダイオード1−1−1,1−1−2に蓄積された
信号電荷をリセットする。
After the signals are stored in the amplified signal storage capacitors 11-1 and 11-2, the reset transistors 4-1-1 and
Applying the signal reset pulse 102-1 to 4-1-2,
The signal charges accumulated in the photodiodes 1-1-1, 1-1-2 are reset.

【0007】次に、水平シフトレジスタ13から水平選
択パルス104−1,104−2を水平選択トランジス
タ12−1,12−2に順次印加し、水平信号線50か
ら1行分の出力信号105−1,105−2を順次取り
出す。
Next, horizontal selection pulses 104-1 and 104-2 are sequentially applied from the horizontal shift register 13 to the horizontal selection transistors 12-1 and 12-2, and the output signal 105- for one row is output from the horizontal signal line 50. 1, 105-2 are sequentially taken out.

【0008】この動作を、次のライン次のラインと順次
続けることにより、2次元状の全ての信号を読み出すこ
とができる。
By continuing this operation sequentially for the next line and the next line, all two-dimensional signals can be read.

【0009】しかしながら、この種の固体撮像装置にあ
っては、次のような問題があった。一つは、図20の9
−1,9−2を負荷トランジスタとするソースフォロア
回路に常に電流が流れているので、消費電力が大きいこ
とである。テレビカメラに応用することを考えると、水
平方向のセルの数は少なくとも600個以上になるた
め、1つのセルに流れる電流が小さくても全体では非常
に大きな電流になる。なお、ソースフォロアにおけるレ
スポンスは定電流源の電流量により決まるため、レスポ
ンスを速くしようとすると電流を増やす必要があり、そ
のために消費電力が大きくなるのである。
However, this type of solid-state image pickup device has the following problems. One is 9 in FIG.
This means that the current is constantly flowing through the source follower circuit using -1, 9-2 as load transistors, resulting in high power consumption. Considering application to a television camera, since the number of cells in the horizontal direction is at least 600 or more, even if the current flowing through one cell is small, the total current becomes very large. Since the response in the source follower is determined by the current amount of the constant current source, it is necessary to increase the current in order to speed up the response, which increases power consumption.

【0010】ソースフォロアの電流は垂直信号線8−
1,8−2の容量と増幅信号蓄積容量10−1,10−
2を駆動するために使われるが、通常のセンサでは垂直
信号線と増幅信号蓄積容量の約1pFの容量を十分に駆
動するためには、少なくとも50マイクロアンペアの電
流が必要である。そのため、全体では少なくとも30ミ
リアンペアの電流が必要で、電源電圧が3.3Vとする
と少なくとも100ミリワットの電力を消費してしま
う。今後、ビデオカメラ応用を考慮すると、センサ全体
で100ミリワット以下にしたいので、撮像デバイスだ
けで100ミリワットの消費電力はとても許容できる値
ではない。
The current of the source follower is the vertical signal line 8-
1, 8-2 capacity and amplified signal storage capacity 10-1, 10-
It is used to drive 2 but a normal sensor requires a current of at least 50 microamps to fully drive the vertical signal line and the amplified signal storage capacitance of about 1 pF. Therefore, a total current of at least 30 milliamperes is required, and if the power supply voltage is 3.3V, at least 100 milliwatts of power will be consumed. In the future, considering the application of a video camera, since it is desired to reduce the total sensor to 100 milliwatts or less, the power consumption of 100 milliwatts only with the imaging device is not an acceptable value.

【0011】もう一つは、ソースフォロア動作をすると
負荷トランジスタ・増幅トランジスタで電圧降下があ
り、信号を取り扱える範囲が狭くなる。100マイクロ
アンペアの電流を流すと、集積回路に用いられる通常の
トランジスタでソース・ゲートチャネル間電圧が約0.
6V、ゲートチャネル・ドレイン間電圧が約0.6V必
要である。負荷トランジスタと増幅トランジスタでそれ
ぞれこれらの電圧が必要になるため、3.3−2×
(0.6+0.6)=0.9Vの動作範囲しかない。こ
の様子を、図22に電位図を用いて示す。それぞれのト
ランジスタのしきい値電圧の製造バラツキが±0.2V
とすると、動作できる範囲が0.1Vしかなくなってし
まう。
The other is that the source follower operation causes a voltage drop in the load transistor / amplification transistor, which narrows the range in which a signal can be handled. When a current of 100 microamperes is passed, the source-gate channel voltage is about 0.
6V and a gate-channel / drain voltage of about 0.6V are required. Since these voltages are required for the load transistor and the amplification transistor respectively, 3.3-2 ×
There is only an operating range of (0.6 + 0.6) = 0.9V. This state is shown in FIG. 22 using a potential diagram. Manufacturing variation of threshold voltage of each transistor is ± 0.2V
Then, the operable range becomes only 0.1V.

【0012】負荷トランジスタのソース・ゲートチャネ
ル間電圧0.6Vに対してしきい値電圧の製造バラツキ
が±0.2Vもあると、ソースフォロア回路の電流が4
倍程度ばらつくので製品設計としては使えない。このバ
ラツキを抑えるために実際は、負荷トランジスタのゲー
ト幅ゲート長比(W/L比)を小さく(0.5できれば
0.2以下)し、このバラツキの影響を小さくする。こ
のようにすると、さらに負荷トランジスタのソースゲー
トチャネル間電圧が大きくなり、動作範囲が小さくな
る。
If there is a manufacturing variation of the threshold voltage of ± 0.2V with respect to the source-gate channel voltage of 0.6V of the load transistor, the current of the source follower circuit becomes 4V.
It cannot be used as a product design because it fluctuates about twice. In order to suppress this variation, in practice, the gate width / gate length ratio (W / L ratio) of the load transistor is made small (0.5 or less, 0.2 or less) to reduce the influence of this variation. This further increases the source-gate channel voltage of the load transistor and reduces the operating range.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】このように従来、増幅
型の固体撮像装置においては、ソースフォロアのレスポ
ンスを速くすると消費電力が大きくなる問題があった。
As described above, conventionally, in the amplification type solid-state imaging device, there has been a problem that the power consumption becomes large when the response of the source follower is fast.

【0014】また、単位セルの増幅トランジスタと負荷
トランジスタで形成されるソースフォロア回路に常に電
流が流れているので、消費電力が大きい。さらに、ソー
スフォロア動作をすると負荷トランジスタと増幅トラン
ジスタで電圧降下があり、このために動作範囲が狭くな
る問題があった。
Further, since current always flows through the source follower circuit formed by the amplification transistor and the load transistor of the unit cell, power consumption is large. Further, when the source follower operation is performed, there is a voltage drop between the load transistor and the amplification transistor, which causes a problem that the operating range is narrowed.

【0015】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、消費電力の増大を招く
ことなく、ソースフォロアのレスポンスを速くできる固
体撮像装置を提供することにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a solid-state image pickup device capable of quick response of a source follower without increasing power consumption. is there.

【0016】また、本発明の他の目的は、増幅型MOS
センサを用いた構成において、消費電力の低減と共に動
作範囲の拡大をはかり得る固体撮像装置を提供すること
にある。
Another object of the present invention is an amplification type MOS.
An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device that can reduce the power consumption and expand the operating range in a configuration using a sensor.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

(構成)上記課題を解決するために本発明は、次のよう
な構成を採用している。
(Structure) In order to solve the above problems, the present invention employs the following structures.

【0018】即ち、本発明(請求項1)は、半導体基板
上に光電変換のためのフォトダイオード,このフォトダ
イオードの出力をゲートに入力する増幅トランジスタ,
フォトダイオードをリセットするリセットトランジスタ
を含む単位セルを行列2次元状に配列してなる撮像領域
と、この撮像領域の読み出し行を選択する垂直選択手段
と、増幅トランジスタの出力を読み出す列方向に配され
た複数の垂直信号線の端に設けられた負荷トランジスタ
と、垂直信号線の信号を列毎に設けられた増幅信号蓄積
容量に読み出す信号取り込みトランジスタとを備え、負
荷トランジスタと増幅トランジスタとを結合してソース
フォロア或いはエミッタフォロア増幅器を構成する固体
撮像装置において、前記垂直選択手段による信号読み出
し期間内で前記垂直信号線の電位を一時的に低く制御す
る電位制御トランジスタを設けたことを特徴とする。
That is, according to the present invention (claim 1), a photodiode for photoelectric conversion on a semiconductor substrate, an amplification transistor for inputting the output of the photodiode to a gate,
An image pickup region formed by arranging unit cells including reset transistors for resetting the photodiodes in a two-dimensional matrix, a vertical selection unit for selecting a read row of the image pickup region, and a column direction for reading the output of the amplification transistor are arranged. Load transistors provided at the ends of multiple vertical signal lines
When amplified signal accumulation signals vertical signal lines provided for each column
In a solid-state image pickup device comprising a signal acquisition transistor for reading out to a capacitance and forming a source follower or emitter follower amplifier by coupling a load transistor and an amplification transistor, signal reading by the vertical selection means
It is characterized in that a potential control transistor for temporarily controlling the potential of the vertical signal line to be lowered within the period is provided.

【0019】また、本発明(請求項4)は、半導体基板
上に光電変換のためのフォトダイオード,このフォトダ
イオードの出力をゲートに入力する増幅トランジスタ,
フォトダイオードをリセットするリセットトランジスタ
を含む単位セルを行列2次元状に配列してなる撮像領域
と、この撮像領域の読み出し行を選択する垂直選択手段
と、増幅トランジスタの出力を読み出す列方向に配され
た複数の垂直信号線の端に設けられた負荷トランジスタ
と、垂直信号線の信号を列毎に設けられた増幅信号蓄積
容量に読み出す信号取り込みトランジスタとを備え、負
荷トランジスタと増幅トランジスタとを結合してソース
フォロア或いはエミッタフォロア増幅器を構成する固体
撮像装置において、前記垂直選択手段による信号読み出
し期間内に、前記負荷トランジスタのゲートに該トラン
ジスタを完全にオンさせるための第1の電圧を印加した
後に、第1の電圧よりも低い第2の電圧を印加すること
を特徴とする。
According to the present invention (claim 4), a photodiode for photoelectric conversion on a semiconductor substrate, an amplification transistor for inputting the output of the photodiode to a gate,
An image pickup region formed by arranging unit cells including reset transistors for resetting the photodiodes in a two-dimensional matrix, a vertical selection unit for selecting a read row of the image pickup region, and a column direction for reading the output of the amplification transistor are arranged. Load transistors provided at the ends of multiple vertical signal lines
When amplified signal accumulation signals vertical signal lines provided for each column
And a signal acquisition transistor for reading out the capacity, in the solid-state imaging device which constitutes a source follower or an emitter follower amplifier by combining the amplification transistor and the load transistor, in the signal readout period by the vertical selection means, a gate of said load transistor To the tran
It is characterized in that a second voltage lower than the first voltage is applied after the first voltage for completely turning on the transistor is applied.

【0020】また、本発明(請求項5)は、半導体基板
上に光電変換のためのフォトダイオード,このフォトダ
イオードの出力をゲートに入力する増幅トランジスタ,
フォトダイオードをリセットするリセットトランジスタ
を含む単位セルを行列2次元状に配列してなる撮像領域
と、この撮像領域の読み出し行を選択する垂直選択手段
と、増幅トランジスタの出力を読み出す列方向に配され
た複数の垂直信号線の端に設けられた負荷トランジスタ
と、垂直信号線の信号を列毎に設けられた増幅信号蓄積
容量に読み出す信号取り込みトランジスタとを備え、負
荷トランジスタと増幅トランジスタとを結合してソース
フォロア或いはエミッタフォロア増幅器を構成する固体
撮像装置において、前記垂直信号線の電位を制御する電
位制御トランジスタを設け、前記垂直選択手段による信
号読み出し期間内に、前記電位制御トランジスタのゲー
トに接地電位Vssと電源電位Vddとの間の第1の電
圧を印加した後に、前記負荷トランジスタのゲートに第
1の電圧と接地電位Vssとの間の第2の電圧を印加す
ことを特徴とする。
The present invention (claim 5) provides a semiconductor substrate.
The photodiode for photoelectric conversion, this photodiode
Amplifying transistor that inputs the output of iodine to the gate,
Reset transistor that resets the photodiode
Image area formed by arranging unit cells containing
And a vertical selection means for selecting the readout row of this imaging region
And arranged in the column direction to read the output of the amplification transistor.
Load transistors provided at the ends of multiple vertical signal lines
And the signal of the vertical signal line is stored in each column
It is equipped with a signal acquisition transistor for reading the capacitance and
Load transistor and amplification transistor are combined and source
Solids that make up a follower or emitter follower amplifier
In the image pickup device, an electric signal that controls the potential of the vertical signal line is used.
Position control transistor is provided, and the signal by the vertical selection means is provided.
Signal reading period, the potential control transistor gate
The first voltage between the ground potential Vss and the power supply potential Vdd.
After applying the voltage, a second voltage is applied to the gate of the load transistor.
A second voltage between the voltage of 1 and the ground potential Vss is applied.
Characterized in that that.

【0021】また、本発明(請求項)は、半導体基板
上に光電変換のためのフォトダイオード,このフォトダ
イオードの出力をゲートに入力する増幅トランジスタ,
フォトダイオードをリセットするリセットトランジスタ
を含む単位セルを行列2次元状に配列してなる撮像領域
と、この撮像領域の読み出し行を選択する垂直選択手段
と、増幅トランジスタの出力を読み出す列方向に配され
た複数の垂直信号線の端に設けられた負荷トランジスタ
と、垂直信号線の信号を列毎に設けられた増幅信号蓄積
容量に読み出す信号取り込みトランジスタとを備え、負
荷トランジスタと増幅トランジスタとを結合してソース
フォロア或いはエミッタフォロア増幅器を構成する固体
撮像装置において、前記垂直選択手段による信号読み出
し期間内に、前記負荷トランジスタのゲートに接地電位
Vssと電源電位Vddとの間の中間電圧を印加し、信
号読み出し期間以外は前記負荷トランジスタのゲート電
圧を前記中間電圧よりも低くすることを特徴とする。
Further, the present invention (claim 6 ) provides a photodiode for photoelectric conversion on a semiconductor substrate, and the photodiode.
Amplifying transistor that inputs the output of iodine to the gate,
Reset transistor that resets the photodiode
Image area formed by arranging unit cells containing
And a vertical selection means for selecting the readout row of this imaging region
And arranged in the column direction to read the output of the amplification transistor.
Load transistors provided at the ends of multiple vertical signal lines
And the signal of the vertical signal line is stored in each column
It is equipped with a signal acquisition transistor for reading the capacitance and
Load transistor and amplification transistor are combined and source
Solids that make up a follower or emitter follower amplifier
In the image pickup device, signal reading by the vertical selection means
The ground potential is applied to the gate of the load transistor within
By applying an intermediate voltage between Vss and the power supply potential Vdd,
Except during the signal readout period, the gate voltage of the load transistor is
The pressure is set to be lower than the intermediate voltage .

【0022】(作用)本発明によれば、電圧制御トラン
ジスタにより増幅トランジスタの動作点を制御する(ソ
ースにつながる信号線の電位を低くする)ことにより、
増幅トランジスタのレスポンスを速くすることができ
る。そしてこの場合、信号線の電位を低くするのは垂直
選択手段による読み出し期間内のみであるから、これに
よる消費電流の増大は少ない。従って、ソースフォロア
の速いレスポンスを実現しながら従来に比べて消費電力
を小さくできる。
(Operation) According to the present invention, the voltage control transistor controls the operating point of the amplification transistor (lowers the potential of the signal line connected to the source).
The response of the amplification transistor can be increased. In this case, the potential of the signal line is lowered only during the reading period by the vertical selection means, so that the increase in current consumption is small. Therefore, the power consumption can be reduced as compared with the conventional one while realizing the quick response of the source follower.

【0023】また、前述した問題は、全て負荷トランジ
スタと増幅トランジスタからなるソースフォロア回路に
垂直信号線を駆動するための比較的大きな電流が流れて
いることにある。
The above-mentioned problem is that a relatively large current for driving the vertical signal line flows through the source follower circuit which is composed of the load transistor and the amplification transistor.

【0024】この問題を解決するには2つの方法があ
る。一つはフォトダイオードの信号を垂直信号線に取り
出すときに負荷トランジスタに電流を流し信号を垂直信
号線に取り出さないとき電流を流さないか又は小さい電
流を流す方法である。この方法は、消費電力の問題は解
決するが、信号取り扱い範囲の問題は解決できない。
There are two ways to solve this problem. One is a method in which a current is passed through the load transistor when the signal of the photodiode is taken out to the vertical signal line, and a current is not passed or a small current is passed when the signal is not taken out to the vertical signal line. Although this method solves the problem of power consumption, it does not solve the problem of signal handling range.

【0025】消費電力と信号取り扱い範囲の2つの問題
を同時に解決するには以下のような対策を行うとよい。
To solve the two problems of power consumption and signal handling range at the same time, the following measures should be taken.

【0026】負荷トランジスタを、垂直信号線に電荷を
注入しその電位をリセットできる垂直信号線リセットト
ランジスタとすることにより問題は解決する。増幅型撮
像装置に用いる負荷トランジスタのゲート幅ゲート長比
(W/L比)は流れる少ない電流を安定化するために一
般にW/L比を小さくとる。上記のように50マイクロ
アンペア程度では上述のように製造バラツキを考慮する
とW/L=0.2以下に設計する。
The problem is solved by making the load transistor a vertical signal line reset transistor capable of injecting charges into the vertical signal line and resetting its potential. The gate width / gate length ratio (W / L ratio) of the load transistor used in the amplification type image pickup device is generally set to be small in order to stabilize a small current flowing. As described above, at about 50 microamperes, W / L = 0.2 or less is designed in consideration of manufacturing variations as described above.

【0027】一方、垂直信号線リセットトランジスタは
垂直信号線の容量約1pFをなるべく高速に(できれば
50ナノ秒以下で)ソース電圧にリセットしたいのでW
/L比を1以上できれば3以上で設計する。負荷トラン
ジスタのしきい値電圧のバラツキを小さくするためにW
/L比を小さくするのとは逆の設計になる。
On the other hand, since the vertical signal line reset transistor wants to reset the vertical signal line capacitance of about 1 pF to the source voltage as fast as possible (preferably within 50 nanoseconds or less), W
If the / L ratio can be 1 or more, design with 3 or more. In order to reduce the variation in the threshold voltage of the load transistor, W
The design is the reverse of reducing the / L ratio.

【0028】1本の垂直選択線に対応するセルの信号を
読み出す期間にその垂直選択線に対応する増幅トランジ
スタが活性化されている期間を、垂直信号線リセットト
ランジスタのゲートにパルスの高レベル電圧が印加され
たときの垂直信号線ドライブ期間と低レベルが印加され
た時の信号電圧検出期間の2つの期間に分割して駆動す
る。基本的に垂直信号線リセットトランジスタに低レベ
ルが印加されているときに、即ち増幅トランジスタに殆
ど電流が流れていないときに信号を取り出すので、消費
電力と信号取り扱い範囲の2つの問題が解決できる。
The high level voltage of the pulse is applied to the gate of the vertical signal line reset transistor during the period in which the amplification transistor corresponding to the vertical selection line is activated during the period for reading the signal of the cell corresponding to one vertical selection line. Are driven in a divided manner into a vertical signal line drive period when a low voltage is applied and a signal voltage detection period when a low level is applied. Basically, a signal is taken out when a low level is applied to the vertical signal line reset transistor, that is, when almost no current flows in the amplification transistor, so that two problems of power consumption and signal handling range can be solved.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.

【0030】(第1の実施形態)図1は、本発明の第1
の実施形態に係わる固体撮像装置を示す回路構成図であ
る。フォトダイオード1(1−1−1,1−1−2,
〜,1−3−3)の検出信号を増幅する増幅トランジス
タ2(2−1−1,2−1−2,〜,2−3−3)、信
号を読み出すラインを選択する垂直選択トランジスタ3
(3−1−1,3−1−2,〜,3−3−3)、信号電
荷をリセットするリセットトランジスタ4(4−1−
1,4−1−2,〜,4−3−3)からなる単位セルが
行列2次元状に配列されている。なお、図では3×3個
のセルが配列されているが、実際にはこれより多くの単
位セルが配列されている。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit configuration diagram showing a solid-state imaging device according to the embodiment. Photodiode 1 (1-1-1, 1-1-2,
~, 1-3-3) amplifying transistor 2 (2-1-1, 1-2-2, ~, 2-3-3) for amplifying the detection signal, and vertical selection transistor 3 for selecting a line for reading the signal.
(3-1-1, 3-1-2, ..., 3-3-3), reset transistor 4 for resetting signal charges (4-1-
1, 4-1-2, ..., 4-3-3) are arranged in a two-dimensional matrix. Although 3 × 3 cells are arranged in the figure, more unit cells are actually arranged.

【0031】垂直シフトレジスタ5から水平方向に配線
されている水平アドレス線6(6−1,6−2,6−
3)は垂直選択トランジスタ3のゲートに接続され、信
号を読み出すラインを決めている。同様に、垂直シフト
レジスタ5から水平方向に配線されているリセット線7
(7−1,7−2,7−3)は、リセットトランジスタ
4のゲートに接続されている。増幅トランジスタ2のソ
ースは列方向に配置された垂直信号線8(8−1,8−
2,8−3)に接続され、その一端には負荷トランジス
タ14(14−1,14−2,14−3)が設けられて
いる。
Horizontal address lines 6 (6-1, 6-2, 6-) are wired in the horizontal direction from the vertical shift register 5.
3) is connected to the gate of the vertical selection transistor 3 and determines a line for reading a signal. Similarly, the reset line 7 wired in the horizontal direction from the vertical shift register 5
(7-1, 7-2, 7-3) is connected to the gate of the reset transistor 4. The source of the amplification transistor 2 is a vertical signal line 8 (8-1, 8-) arranged in the column direction.
2, 8-3), and a load transistor 14 (14-1, 14-2, 14-3) is provided at one end thereof.

【0032】垂直信号線8の他端には、サンプルホール
ドトランジスタ10(10−1,10−2,10−
3)、サンプルホールド容量11(11−1,11−
2,11−3)からなる雑音除去回路が接続されてい
る。そして、この雑音除去回路は、水平シフトレジスタ
14から供給される選択パルスにより駆動される水平選
択トランジスタ12(12−1,12−2,12−3)
を介して水平信号線50に接続されている。
At the other end of the vertical signal line 8, a sample hold transistor 10 (10-1, 10-2, 10-) is provided.
3), sample and hold capacitors 11 (11-1, 11-
2, 11-3) is connected to the noise elimination circuit. Then, this noise elimination circuit includes horizontal selection transistors 12 (12-1, 12-2, 12-3) driven by the selection pulse supplied from the horizontal shift register 14.
It is connected to the horizontal signal line 50 via.

【0033】ここまでの構成は従来と同様であるが、本
実施形態ではこれに加えて電位制御トランジスタを設け
ている。即ち、増幅トランジスタ2のソースにつながる
垂直信号線に、増幅トランジスタ2とソースフォロア増
幅器を構成する定電流源の負荷トランジスタ14と共
に、この信号線の電位を制御する電位制御トランジスタ
40(40−1,40−2,40−3)が接続されてい
る。ここで、電位制御トランジスタ40のゲートには高
レベルの電圧が印加され、負荷トランジスタ14には中
間レベルの電圧が印加されるものとなっている。
The structure up to this point is the same as the conventional one, but in this embodiment, a potential control transistor is additionally provided. That is, in the vertical signal line connected to the source of the amplification transistor 2, along with the load transistor 14 of the constant current source that constitutes the amplification transistor 2 and the source follower amplifier, the potential control transistor 40 (40-1, 40-1 that controls the potential of this signal line). 40-2, 40-3) are connected. Here, a high level voltage is applied to the gate of the potential control transistor 40, and an intermediate level voltage is applied to the load transistor 14.

【0034】図2は、ソースフォロアの電位図を示す。
図2(a)より分るように、増幅トランジスタ2のソー
スにつながる垂直信号線の電位の始状態が終状態よりも
高いとソースフォロア増幅器のレスポンスは負荷トラン
ジスタ14から電子が流れ込み信号線の電位を終状態に
まで低くするまでの時間となる。従って、レスポンス時
間は負荷トランジスタ14の電流量によって決まる。と
ころが、図2(b)のように信号線の電位の始状態が終
状態よりも低い場合は、信号線に蓄積された電子が増幅
トランジスタ2を流れる。この過度的な電流は負荷トラ
ンジスタ14により供給される電流よりも大きいため、
(a)に比べて増幅器のレスポンスを速くできる。
FIG. 2 shows a potential diagram of the source follower.
As can be seen from FIG. 2A, when the start state of the potential of the vertical signal line connected to the source of the amplification transistor 2 is higher than the end state, the response of the source follower amplifier is such that electrons flow from the load transistor 14 and the potential of the signal line. It will be the time until it is lowered to the final state. Therefore, the response time depends on the current amount of the load transistor 14. However, when the starting state of the potential of the signal line is lower than the ending state as shown in FIG. 2B, the electrons accumulated in the signal line flow through the amplification transistor 2. This transient current is greater than the current provided by the load transistor 14, so
The response of the amplifier can be made faster than in (a).

【0035】(a)の場合はレスポンスを速くするため
には定常的に流れる負荷トランジスタ14の電流を大き
くする必要がある。このため、当然のことながら消費電
力が大きくなる。ところが、(b)の場合は初期に信号
線から増幅トランジスタ2に流れる電子による電流は信
号線の電位が終状態に落ち着くまで過度的な電流である
ので、この過度的電流による消費電力は小さい。従っ
て、(b)では(a)に比べて低消費電力で増幅器の速
いレスポンスが得られる。
In the case of (a), it is necessary to increase the current of the load transistor 14 which constantly flows in order to speed up the response. Therefore, power consumption naturally increases. However, in the case of (b), the current caused by the electrons flowing from the signal line to the amplification transistor 2 in the initial stage is an excessive current until the potential of the signal line is settled to the final state, so the power consumption by the excessive current is small. Therefore, in (b), a faster response of the amplifier can be obtained with lower power consumption than in (a).

【0036】このことから、垂直信号線の電位制御する
手段により信号線の電位を制御して(b)のような電位
関係でソースフォロア増幅器を駆動することにより、低
消費電力で速い増幅器のレスポンスが得られる。
From the above, the potential of the signal line is controlled by the means for controlling the potential of the vertical signal line to drive the source follower amplifier in the potential relationship as shown in FIG. Is obtained.

【0037】このように速い増幅器のレスポンスを得る
ためには、電位制御トランジスタのW/L比は増幅トラ
ンジスタのW/Lの比よりも大きくとることが望まし
い。その理由は、電位制御トランジスタをオンにして信
号線の電位を始状態にするのに必要な時間を増幅トラン
ジスタに電流が流れることによって信号線が始状態から
終状態になる時間よりも短くして、増幅器のレスポンス
が信号線が始状態から終状態になる時間によって決まる
ようにする必要があるためである。また、垂直信号線を
始状態にする時は、電位制御トランジスタがオンされて
電位制御トランジスタのソース電位にほぼ信号線の電位
がリセットされる。このように、信号線の電位を制御す
るために増幅トランジスタよりも電位制御トランジスタ
の方が電流を流し易くする必要があるため、電位制御ト
ランジスタのW/L比を増幅トランジスタのW/L比よ
りも大きくする必要がある。
In order to obtain a fast response of the amplifier as described above, it is desirable that the W / L ratio of the potential control transistor is set larger than the W / L ratio of the amplification transistor. The reason is that the time required to turn on the potential control transistor and set the potential of the signal line to the start state is shorter than the time required for the signal line to change from the start state to the end state by the current flowing through the amplification transistor. This is because it is necessary to make the response of the amplifier depend on the time from the start state to the end state of the signal line. Further, when the vertical signal line is set to the starting state, the potential control transistor is turned on and the potential of the signal line is reset to the source potential of the potential control transistor. As described above, in order to control the potential of the signal line, it is necessary for the potential control transistor to flow a current more easily than for the amplification transistor. Therefore, the W / L ratio of the potential control transistor is set to be higher than that of the amplification transistor. Also needs to be larger.

【0038】図3は、本実施形態における信号読み出し
時の駆動方法を示すタイミング図である。図3(a)に
示すように、垂直選択トランジスタ3がONしている信
号読み出し期間に、電位制御トランジスタ40をONし
た後に、負荷トランジスタ14をONし、信号読み出し
期間に電位制御トランジスタ40をOFFする。また、
図3(b)に示すように、信号読み出し期間に、負荷ト
ランジスタ14は常にONしておき、電位制御トランジ
スタ40をONした後にOFFする。
FIG. 3 is a timing chart showing a driving method at the time of reading a signal in this embodiment. As shown in FIG. 3A, after the potential control transistor 40 is turned on in the signal read period in which the vertical selection transistor 3 is turned on, the load transistor 14 is turned on and the potential control transistor 40 is turned off in the signal read period. To do. Also,
As shown in FIG. 3B, the load transistor 14 is always turned on during the signal reading period, and the potential control transistor 40 is turned on and then turned off.

【0039】このような駆動により、図2(b)に示し
た電位分布で信号読み出しを行うことができ、低消費電
力と速いレスポンスを実現することができる。
By such driving, the signal can be read with the potential distribution shown in FIG. 2B, and low power consumption and fast response can be realized.

【0040】また、ソースフォロア増幅器の速いレスポ
ンスは、負荷トランジスタ14のソースとゲートの電位
を時間的に制御することによって得られる。即ち、図3
(c)に示すように、負荷トランジスタ14のソースの
電位を信号線の終状態よりも低い電位にしておく。その
状態でゲートを十分高くして負荷トランジスタ14を完
全にONする。そうすると、信号線の電位はほぼ負荷ト
ランジスタ14のソースに等しくなる。この後、ゲート
の電位を低くし、所望の電流が得られる電位にする。こ
のことにより、増幅器は図2(b)の電位関係で動作す
るためレスポンスが速くなる。この場合、電位制御トラ
ンジスタ40は省略することができる。
The fast response of the source follower amplifier is obtained by temporally controlling the potentials of the source and gate of the load transistor 14. That is, FIG.
As shown in (c), the source potential of the load transistor 14 is set to a potential lower than that in the final state of the signal line. In that state, the gate is made sufficiently high to completely turn on the load transistor 14. Then, the potential of the signal line becomes substantially equal to the source of the load transistor 14. After that, the potential of the gate is lowered so that a desired current can be obtained. As a result, the amplifier operates in the potential relationship shown in FIG. 2B, so that the response becomes faster. In this case, the potential control transistor 40 can be omitted.

【0041】なお、実施形態ではMOSトランジスタを
用いて増幅トランジスタと負荷トランジスタでソースフ
ォロアを構成したが、バイポーラトランジスタを用いて
エミッタフォロアを構成してもよい。
In the embodiment, the source follower is composed of the amplifying transistor and the load transistor using the MOS transistor, but the emitter follower may be composed of the bipolar transistor.

【0042】(第2の実施形態)本発明の第2の実施形
態を説明する。フォトダイオードの信号を垂直信号線に
取り出すときに負荷トランジスタに電流を流し、信号を
取り出さないとき電流を流さないか又は小さい電流にす
る場合は、図4に示すように負荷トランジスタ14−
1,14−2のゲート電極51を独立に取り出す構成に
し、図5に示すタイミングチャートで駆動する。フォト
ダイオードの信号を垂直信号線から増幅信号蓄積容量に
取り出す期間201の間は、負荷トランジスタ14−
1,14−2の共通ゲート電極51に負荷トランジスタ
活性パルス106を印加し、負荷トランジスタに電流を
流す。それ以外の期間202には、負荷トランジスタの
ゲート電圧を小さくし、その電流を小さくする。
(Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described. When a current is passed through the load transistor when the signal of the photodiode is taken out to the vertical signal line, and a current is not passed or a small current is taken when the signal is not taken out, as shown in FIG.
The gate electrodes 51 of 1 and 14-2 are independently taken out, and are driven according to the timing chart shown in FIG. During the period 201 in which the signal of the photodiode is taken out from the vertical signal line to the amplified signal storage capacitor, the load transistor 14-
The load transistor activation pulse 106 is applied to the common gate electrodes 51 of 1 and 14-2, and a current is passed through the load transistors. In the other period 202, the gate voltage of the load transistor is reduced and the current thereof is reduced.

【0043】こうすることにより、消費電力を小さくで
きる。但しこの方法は、消費電力の問題は解決するが、
信号取り扱い範囲の問題は解決できない。
By doing so, the power consumption can be reduced. However, this method solves the problem of power consumption,
The problem of signal coverage cannot be solved.

【0044】消費電力と信号取り扱い範囲の2つの問題
が解決する実施形態を、図6に示す。垂直信号線に従来
の負荷トランジスタとはW/Lの異なる垂直信号線リセ
ットトランジスタ15−1,15−2を接続している。
垂直信号線リセットトランジスタを垂直信号線の水平信
号線50側に設けている理由は、垂直信号線の抵抗が高
い場合垂直信号線のリセットが確実に行われるという利
点があるためである。抵抗の高い垂直信号線のリセット
をさらに速くするには、垂直信号線の上下に垂直信号線
リセットトランジスタを設ける方法もある。ソースフォ
ロア回路の負荷トランジスタでは上下両端に設ける利点
はない。
FIG. 6 shows an embodiment in which the two problems of power consumption and signal handling range are solved. Vertical signal line reset transistors 15-1 and 15-2 different in W / L from the conventional load transistor are connected to the vertical signal line.
The reason why the vertical signal line reset transistor is provided on the horizontal signal line 50 side of the vertical signal line is that there is an advantage that the vertical signal line is reliably reset when the resistance of the vertical signal line is high. There is also a method of providing vertical signal line reset transistors above and below the vertical signal line in order to further quickly reset the vertical signal line having high resistance. The load transistor of the source follower circuit has no advantage provided at the upper and lower ends.

【0045】図6の装置における動作タイミングチャー
トを図7に示す。
FIG. 7 shows an operation timing chart in the apparatus of FIG.

【0046】垂直信号線リセットトランジスタ15−
1,15−2の共通ゲート電極52に電荷注入パルス1
07を印加する。このとき、垂直信号線8−1,8−2
に垂直信号線リセットトランジスタの共通ソース53か
ら電荷が注入され、ほぼソース電位にプリセットされ
る。電荷注入パルスがOFFされると、アドレスされた
行の増幅トランジスタを通り注入された電荷の一部が排
出され、垂直信号線の電位が変化し、増幅トランジスタ
のゲート電位にほぼ一致するようになる。
Vertical signal line reset transistor 15-
Charge injection pulse 1 to common gate electrode 52 of 1, 15-2
07 is applied. At this time, the vertical signal lines 8-1, 8-2
Electric charges are injected from the common source 53 of the vertical signal line reset transistor to the preset signal and are almost preset to the source potential. When the charge injection pulse is turned off, a part of the injected charge is discharged through the amplification transistor of the addressed row, the potential of the vertical signal line changes, and the potential of the vertical signal line almost matches the gate potential of the amplification transistor. .

【0047】その様子を、図8(b)に示す。即ち、フ
ォトダイオードの信号電圧がかかっている増幅トランジ
スタのゲート電圧の信号が垂直信号線に伝達される。こ
の電圧と同等の電圧が増幅信号蓄積容量に正確に伝達さ
れるには、電荷注入パルス107と信号取り込みパルス
103の位相関係は重要である。電荷注入パルス107
がOFFした後垂直信号線に信号電荷に対応した電圧が
現れるので、最終的に増幅信号蓄積容量11−1,11
−2の電位を決める信号取り込みパルス103の後縁
は、電荷注入パルス107の後縁より時間的に後にあ
る。
This state is shown in FIG. 8 (b). That is, the signal of the gate voltage of the amplification transistor, which receives the signal voltage of the photodiode, is transmitted to the vertical signal line. The phase relationship between the charge injection pulse 107 and the signal acquisition pulse 103 is important for accurately transmitting a voltage equivalent to this voltage to the amplified signal storage capacitor. Charge injection pulse 107
Since the voltage corresponding to the signal charge appears on the vertical signal line after the power is turned off, finally the amplified signal storage capacitors 11-1 and 11
The trailing edge of the signal acquisition pulse 103 that determines the −2 potential is later than the trailing edge of the charge injection pulse 107 in time.

【0048】これは、図4及び5で説明した負荷トラン
ジスタパルス駆動と全く異なる。負荷トランジスタパル
ス駆動の場合は、負荷トランジスタ活性パルスがONの
時増幅トランジスタと構成するソースフォロア回路が動
作するため、このとき垂直信号線に信号が乗っており、
負荷トランジスタ活性パルスがONの期間に信号取り込
みパルス103をOFFする必要があるためである。
This is completely different from the load transistor pulse driving described with reference to FIGS. In the case of load transistor pulse driving, when the load transistor activation pulse is ON, the source follower circuit that constitutes the amplification transistor operates, so at this time, the signal is on the vertical signal line,
This is because it is necessary to turn off the signal capture pulse 103 while the load transistor activation pulse is on.

【0049】信号取り込みパルス103の前縁について
は、電荷注入パルスがOFFし垂直信号線の電位が増幅
トランジスタのゲート電位にほぼ等しくなった後、即ち
増幅トランジスタが弱反転状態になってから信号取り込
みパルスを印加すると、垂直信号線に溜まった電荷が垂
直信号線と増幅信号蓄積容量の容量の比で分割されるた
め、増幅信号蓄積容量の電圧が本来現れるべき信号電圧
より小さくなってしまう。そのため、信号取り込みパル
ス103の前縁は、電荷注入パルス107の後縁より時
間的に前になければならない。
Regarding the leading edge of the signal capture pulse 103, the signal capture pulse is turned off and the potential of the vertical signal line becomes almost equal to the gate potential of the amplification transistor, that is, after the amplification transistor is in the weak inversion state. When the pulse is applied, the charge accumulated in the vertical signal line is divided by the ratio of the capacitance of the vertical signal line and the capacitance of the amplified signal storage capacitor, so that the voltage of the amplified signal storage capacitor becomes smaller than the signal voltage that should originally appear. Therefore, the leading edge of the signal acquisition pulse 103 must precede the trailing edge of the charge injection pulse 107 in time.

【0050】もう少し詳細に述べると、電荷注入パルス
107がOFFした直後図8(a)のAの期間は図8
(b)のAで示すように、まだ増幅トランジスタに強反
転領域の電流が流れており容量のドライブ能力を持って
いるため、この期間に信号取り込みパルス103の前縁
108があっても増幅信号蓄積容量には本来の信号が蓄
積できる。
More specifically, the period A in FIG. 8A immediately after the charge injection pulse 107 is turned off is shown in FIG.
As indicated by A in (b), since the current in the strong inversion region still flows in the amplification transistor and has the capacity drive capacity, even if there is the leading edge 108 of the signal acquisition pulse 103 in this period, the amplification signal The original signal can be stored in the storage capacitor.

【0051】この動作では垂直信号線リセットトランジ
スタに電流を流す期間が短いため消費電力が小さくなる
ことは容易に分る。
In this operation, it is easy to understand that the power consumption is small because the period for supplying the current to the vertical signal line reset transistor is short.

【0052】垂直信号線リセット動作で信号取り扱い範
囲が広がることを、図で説明する。セルの増幅トランジ
スタと垂直信号線リセットトランジスタで構成される回
路の電位図を、図9(a)〜(c)に示す。
The fact that the signal handling range is widened by the vertical signal line resetting operation will be described with reference to the drawings. 9 (a) to 9 (c) are potential diagrams of a circuit composed of a cell amplification transistor and a vertical signal line reset transistor.

【0053】電荷注入パルスが印加されたときは、図9
(a)に示すように、垂直信号線の電位はほぼ垂直信号
線リセットトランジスタのソース電位になる。この状態
に素早くなるために上述したように垂直信号線リセット
トランジスタはW/L比を大きくとる。電荷注入パルス
がOFFになった直後は、図9(b)に示すように垂直
信号線に注入された電荷の一部が増幅トランジスタに流
れ、その後図9(c)に示すように垂直信号線の電位が
増幅トランジスタのゲートの電位とほぼ同じ電位にな
る。
When the charge injection pulse is applied, as shown in FIG.
As shown in (a), the potential of the vertical signal line becomes almost the source potential of the vertical signal line reset transistor. In order to quickly reach this state, the vertical signal line reset transistor has a large W / L ratio as described above. Immediately after the charge injection pulse is turned off, a part of the charges injected into the vertical signal line flows into the amplification transistor as shown in FIG. 9B, and then the vertical signal line as shown in FIG. 9C. Becomes almost the same as the potential of the gate of the amplification transistor.

【0054】図9(c)の状態が実際に信号を増幅信号
蓄積容量に取り込み終わったときの電位図である。この
図から分るように、増幅トランジスタにも垂直信号線リ
セットトランジスタにも殆ど電流が流れていないので、
そこでの電圧降下がなく、電源電圧が3.3Vの場合信
号取り扱い範囲が2.7Vと非常に広くとれることが分
る。
The state of FIG. 9C is a potential diagram when the signal is actually taken into the amplified signal storage capacitor. As can be seen from this figure, almost no current flows in the amplification transistor or the vertical signal line reset transistor.
It can be seen that there is no voltage drop there and the signal handling range is 2.7 V, which is very wide when the power supply voltage is 3.3 V.

【0055】垂直信号線リセットトランジスタのW/L
比は増幅トランジスタのW/L比よりも大きくとること
が望ましい。その理由は、垂直信号線を垂直信号線リセ
ットトランジスタのソース電位にリセットするために増
幅トランジスタよりもリセットトランジスタの方が電流
を流し易くする必要があるためである。また、垂直信号
線の電位のリセットから増幅トランジスタのゲートの電
位までに必要な時間よりも短くする必要があり、このた
めリセットトランジスタのW/L比を増幅トランジスタ
のW/L比よりも大きくする必要がある。
W / L of vertical signal line reset transistor
It is desirable that the ratio be larger than the W / L ratio of the amplification transistor. The reason is that in order to reset the vertical signal line to the source potential of the vertical signal line reset transistor, it is necessary to make it easier for the reset transistor to pass the current than the amplification transistor. Further, it is necessary to shorten the time required from the reset of the potential of the vertical signal line to the potential of the gate of the amplification transistor. Therefore, the W / L ratio of the reset transistor is made larger than the W / L ratio of the amplification transistor. There is a need.

【0056】(第3の実施形態) 以上説明した増幅型の固体撮像装置は増幅トランジスタ
2−1−1,〜,2−2−2のしきい値電圧のバラツキ
が信号に重畳するため、写した画像を再生すると場所的
に固定された固定パターン雑音になるため、図10の信
号取り込みトランジスタと増幅信号蓄積容量の部分にこ
の雑音を抑圧するノイズキャンセラを設ける。ノイズキ
ャンセラとしては、電圧領域で信号と雑音の差分をとる
相関二重サンプリング型と電荷領域で差分を取るスライ
ス型をここでは取り上げる、ノイズキャンセラはこれ
の型には限定されない。
(Third Embodiment) In the amplification type solid-state image pickup device described above, since variations in the threshold voltage of the amplification transistors 2-1-1 to 2-2-2 are superimposed on the signal, the image pickup is performed. to become spatially fixed fixed pattern noise when playing images, providing a noise canceller for suppressing the noise portion of the amplified signal storage capacitance and the signal input transistor of FIG. As the noise canceller, a correlated double sampling type that takes the difference between the signal and noise in the voltage domain and a slice type that takes the difference in the charge domain will be taken up here, but the noise canceller is not limited to this type.

【0057】図10は相関二重サンプリング型と垂直信
号線リセットトランジスタを用いたもの、図14はスラ
イス型と垂直信号線リセットトランジスタを用いたもの
の回路図である。
FIG. 10 is a circuit diagram using a correlated double sampling type and a vertical signal line reset transistor, and FIG. 14 is a circuit diagram using a slice type and a vertical signal line reset transistor.

【0058】ノイズキャンセラについて簡単に構成と原
理を示す。相関二重サンプリング型は図10に示すよう
に垂直信号線8−1,8−2にクランプ容量16−1,
16−2、クランプトランジスタ17−1,17−2、
サンプルホールドトランジスタ18−1,18−2、ホ
ールド容量19−1,19−2が設けられている。
The configuration and principle of the noise canceller will be briefly described. In the correlated double sampling type, as shown in FIG. 10, the vertical signal lines 8-1, 8-2 are connected to the clamp capacitors 16-1,
16-2, clamp transistors 17-1, 17-2,
Sample hold transistors 18-1 and 18-2 and hold capacitors 19-1 and 19-2 are provided.

【0059】図11は図10のセンサの動作タイミング
チャートである。水平アドレス線6−1からアドレスパ
ルス101を印加すると垂直選択トランジスタ3−1−
1,3−1−2がONし、増幅トランジスタ2−1−
1,2−1−2が活性化する。ここで、電荷注入パルス
107を垂直信号線リセットトランジスタの共通ゲート
52に印加し垂直信号線に電荷を注入した後OFFにす
る。
FIG. 11 is an operation timing chart of the sensor of FIG. When the address pulse 101 is applied from the horizontal address line 6-1, the vertical selection transistor 3-1-
1, 3-1-2 turn on, amplification transistor 2-1
1, 1-2-2 is activated. Here, the charge injection pulse 107 is applied to the common gate 52 of the vertical signal line reset transistor to inject charges into the vertical signal line and then turned off.

【0060】注入電荷の一部が活性化された増幅トラン
ジスタのゲートチャネルを通り排出され、垂直信号線8
−1,8−2にフォトダイオードの電圧に対応した信号
電圧が現れる。このとき、クランプトランジスタの共通
ゲート55にクランプパルス109を印加しクランプト
ランジスタ17−1,17−2をONし、クランプ容量
16−1,16−2のクランプトランジスタ側の電圧を
クランプトランジスタの共通ソース54の電圧に固定し
たのちOFFする。
Part of the injected charge is discharged through the gate channel of the activated amplification transistor, and the vertical signal line 8
A signal voltage corresponding to the voltage of the photodiode appears at -1 and 8-2. At this time, the clamp pulse 109 is applied to the common gate 55 of the clamp transistor to turn on the clamp transistors 17-1 and 17-2, and the voltage on the clamp transistor side of the clamp capacitors 16-1 and 16-2 is applied to the common source of the clamp transistor. It is fixed to the voltage of 54 and then turned off.

【0061】次に、リセット線7−1から信号リセット
パルス102−1をリセットトランジスタ4−1−1,
4−1−2に印加し、フォトダイオードの信号電荷を排
出し、雑音検出用電荷注入パルス124を垂直信号線リ
セットトランジスタの共通ゲート52に印加し垂直信号
線に電荷を注入した後OFFにする。すると、垂直信号
線8−1,8−2に増幅トランジスタのしきい値バラツ
キによる雑音電圧が現れる。
Next, the signal reset pulse 102-1 is applied from the reset line 7-1 to the reset transistors 4-1-1 and 4-1-1.
It is applied to 4-1-2 to discharge the signal charge of the photodiode, and the noise detection charge injection pulse 124 is applied to the common gate 52 of the vertical signal line reset transistor to inject charges into the vertical signal line and then turn off. . Then, a noise voltage appears on the vertical signal lines 8-1 and 8-2 due to the threshold variation of the amplification transistor.

【0062】このとき、クランプ容量16−1,16−
2のクランプトランジスタ側の電圧は、垂直信号線の電
圧変化分即ち信号電圧から雑音電圧を差し引いた雑音の
ない信号電圧がクランプトランジスタの共通ソース54
の電圧に重畳され現れる。共通ソースの電圧も雑音を持
っていない。
At this time, the clamp capacitors 16-1, 16-
The voltage on the clamp transistor side of No. 2 is the common source 54 of the clamp transistor, which is the noise-free signal voltage obtained by subtracting the noise voltage from the voltage change of the vertical signal line.
It appears superimposed on the voltage of. The common source voltage also has no noise.

【0063】サンプルホールドトランジスタの共通ゲー
ト56にサンプルホールドパルス110を印加し、この
雑音のない信号電圧をサンプルホールドトランジスタ1
8−1,18−2を介してホールド容量19−1,19
−2に伝える。
A sample-hold pulse 110 is applied to the common gate 56 of the sample-hold transistor, and this noise-free signal voltage is applied to the sample-hold transistor 1.
8-1, 18-2 via the hold capacitors 19-1, 19
-Tell it to 2.

【0064】しかる後、水平選択トランジスタ12−
1,12−2を順次通して雑音のない信号を読み出す。
Then, the horizontal selection transistor 12-
Signals without noise are read out sequentially through 1 and 12-2.

【0065】この型のノイズキャンセラで重要なパルス
であるクランプパルス109とサンプルホールドパルス
110の後縁は電荷注入パルス107及び雑音検出用電
荷注入パルス124がOFFした後の期間にある。その
理由は図4の説明で前述した通りである。
The trailing edges of the clamp pulse 109 and the sample hold pulse 110, which are important pulses in this type of noise canceller, are in the period after the charge injection pulse 107 and the noise detection charge injection pulse 124 are turned off. The reason is as described above in the description of FIG.

【0066】クランプパルス109の前縁については図
5−a)で説明したのと同様に、電荷注入パルス107
の後縁より前にあるかまたは、その後縁直後のアドレス
された行の増幅トランジスタが強反転状態にある期間内
にある。サンプルホールドパルス110の前縁について
も、雑音検出用電荷注入パルス124の後縁に対して同
様なことが要求される。
The leading edge of the clamp pulse 109 is the same as that described in FIG.
Either before the trailing edge or immediately after the trailing edge, the amplifying transistors of the addressed row are in the strong inversion state. The same is required for the leading edge of the sample-hold pulse 110 and the trailing edge of the noise detection charge injection pulse 124.

【0067】図12は図11の改良版で、アドレスパル
スを信号と雑音の検出に合わせて2つに分けている。図
13はダミーのアドレスパルス115−1(115−
2)、ダミーの電荷注入パルス125、ダミーのクラン
プパルス117を加えたものである。これらの方法は上
述したように、雑音・信号の取り込みを決める重要なク
ランプパルス109・サンプルホールドパルス110の
2つの後縁の時刻におけるセルの状態がなるべく同じ条
件になるようにしたものである。
FIG. 12 is an improved version of FIG. 11, in which the address pulse is divided into two parts according to the detection of signal and noise. FIG. 13 shows a dummy address pulse 115-1 (115-
2), a dummy charge injection pulse 125 and a dummy clamp pulse 117 are added. As described above, these methods ensure that the cell states at the two trailing edge times of the important clamp pulse 109 and sample hold pulse 110 that determine the noise and signal capture are in the same conditions as much as possible.

【0068】一方、もう1つのノイズキャンセラである
スライス型ノイズキャンセラについても簡単に構成と原
理を説明する。図14に示すように垂直信号線8−1,
8−2にスライストランジスタ20−1,20−2のゲ
ートが接続されている。スライストランジスタのソース
にはスライス容量21−1,21−2とスライスソース
リセットトランジスタ22−1,22−2が接続されて
いる。ドレインにはスライス電荷蓄積容量24−1,2
4−2とスライスドレインリセットトランジスタ23−
1,23−2が接続されている。
On the other hand, the structure and principle of another noise canceller, a slice type noise canceller, will be briefly described. As shown in FIG. 14, the vertical signal lines 8-1,
The gates of the slice transistors 20-1 and 20-2 are connected to 8-2. Slice capacitors 21-1 and 21-2 and slice source reset transistors 22-1 and 22-2 are connected to the sources of the slice transistors. The drain has slice charge storage capacitors 24-1 and 24-2.
4-2 and slice drain reset transistor 23-
1, 23-2 are connected.

【0069】図15は図14のセンサの動作タイミング
チャートである。水平アドレス線6−1からアドレスパ
ルス101を印加すると垂直選択トランジスタ3−1−
1,3−1−2がONし、増幅トランジスタ2−1−
1,2−1−2が活性化する。ここで電荷注入パルス1
07を垂直信号線リセットトランジスタの共通ゲート5
2に印加し垂直信号線に電荷を注入した後OFFにす
る。
FIG. 15 is an operation timing chart of the sensor of FIG. When the address pulse 101 is applied from the horizontal address line 6-1, the vertical selection transistor 3-1-
1, 3-1-2 turn on, amplification transistor 2-1
1, 1-2-2 is activated. Charge injection pulse 1 here
07 is a common gate 5 of the vertical signal line reset transistor
2 is applied to inject charges into the vertical signal line and then turned off.

【0070】注入電荷の一部が活性化された増幅トラン
ジスタのゲートチャネルを通り排出され、垂直信号線8
−1,8−2にフォトダイオードの電圧に対応した信号
電圧が現れる。このとき、スライスソースリセットトラ
ンジスタ22−1,22−2の共通ゲート58にスライ
スソースリセットパルス118を印加し、予め十分な電
荷が注入されているスライス容量21−1,21−2の
共通端子57に、第1のスライスパルス119を印加
し、スライストランジスタ20−1,20−2のゲート
チャネルを通して余分な電荷をスライストランジスタの
ドレインに排出する。この余分な電荷はスライスドレイ
ンリセットトランジスタ23−1,23−2の共通ゲー
ト61にスライス電荷リセットパルス121を印加する
ことによりスライスドレインリセットトランジスタ23
−1,23−2の共通ドレイン60に排出する。
Part of the injected charge is discharged through the gate channel of the activated amplification transistor, and the vertical signal line 8
A signal voltage corresponding to the voltage of the photodiode appears at -1 and 8-2. At this time, the slice source reset pulse 118 is applied to the common gate 58 of the slice source reset transistors 22-1 and 22-2, and the common terminal 57 of the slice capacitors 21-1 and 21-2 in which sufficient charges have been injected in advance. Then, the first slice pulse 119 is applied, and excess charge is discharged to the drain of the slice transistor through the gate channels of the slice transistors 20-1 and 20-2. The extra charge is applied to the common gate 61 of the slice drain reset transistors 23-1 and 23-2 by applying the slice charge reset pulse 121 to the slice drain reset transistor 23.
-1, 23-2 are discharged to the common drain 60.

【0071】次に、リセット線7−1から信号リセット
パルス102−1をリセットトランジスタ4−1−1,
4−1−2に印加し、フォトダイオードの信号電荷を排
出し、雑音検出用電荷注入パルス124を垂直信号線リ
セットトランジスタの共通ゲート52に印加し垂直信号
線に電荷を注入した後OFFにする。すると垂直信号線
8−1,8−2に増幅トランジスタのしきい値バラツキ
による雑音電圧が現れる。
Next, the signal reset pulse 102-1 is applied from the reset line 7-1 to the reset transistors 4-1-1 and 4-1-1.
It is applied to 4-1-2 to discharge the signal charge of the photodiode, and the noise detection charge injection pulse 124 is applied to the common gate 52 of the vertical signal line reset transistor to inject charges into the vertical signal line and then turn off. . Then, a noise voltage appears on the vertical signal lines 8-1 and 8-2 due to the threshold variation of the amplification transistor.

【0072】このとき、スライス容量21−1,21−
2の共通端子57に第2のスライスパルス120を印加
すると、スライストランジスタ20−1,20−2のゲ
ートに接続された垂直信号線8−1,8−2の電圧の変
化分、即ち信号から雑音を差し引いた雑音成分のない信
号電圧にスライス容量をかけた増幅された信号電荷がス
ライス電荷蓄積容量24−1,24−2に転送される。
At this time, the slice capacities 21-1, 21-
When the second slice pulse 120 is applied to the second common terminal 57, the change amount of the voltage of the vertical signal lines 8-1 and 8-2 connected to the gates of the slice transistors 20-1 and 20-2, that is, the signal is changed. The amplified signal charges obtained by multiplying the slice-capacitance by the noise-free signal voltage having no noise component are transferred to the slice charge storage capacitors 24-1, 24-2.

【0073】しかる後、水平選択トランジスタ12−
1,12−2を順次ONして雑音のない信号を読み出
す。
Then, the horizontal selection transistor 12-
1, 12-2 are sequentially turned on to read out a signal without noise.

【0074】この型のノイズキャンセラで重要なパルス
は、スライス容量の電荷をプリセットする第1のスライ
スパルス119と信号と雑音の差分に比例する電荷をス
ライストランジスタのドレインに転送する第2のスライ
スパルスである。これらのパルスの後縁は負荷トランジ
スタを活性化する負荷トランジスタ活性パルス106が
印加された期間の中にある。特許請求の範囲で記述され
ている第1の雑音抑圧パルスが第1のスライスパルス
に、第2の雑音抑圧パルスが第2のスライスパルスに相
当する。
The important pulses in this type of noise canceller are the first slice pulse 119 for presetting the charge of the slice capacitance and the second slice pulse for transferring the charge proportional to the difference between the signal and noise to the drain of the slice transistor. is there. The trailing edges of these pulses are during the period when the load transistor activation pulse 106 that activates the load transistor is applied. The first noise suppression pulse described in the claims corresponds to the first slice pulse, and the second noise suppression pulse corresponds to the second slice pulse.

【0075】第1のスライスパルス119の前縁は電荷
注入パルス107に対して、相関二重サンプリング型ノ
イズキャンセラのクランプパルスのような制約はない。
理由は垂直信号線8−1,8−2はスライストランジス
タ20−1,20−2のゲートに接続されており増幅信
号になる電荷を垂直信号線から供給する必要がないため
である。即ち、電荷注入パルス107がOFFした後、
第1にスライスパルス119を印加してもよい。第2の
スライスパルス120と雑音検出用電荷注入パルス12
4の関係についても同様のことが成り立つ。
The leading edge of the first slice pulse 119 is not limited to the charge injection pulse 107 unlike the clamp pulse of the correlated double sampling type noise canceller.
The reason is that the vertical signal lines 8-1 and 8-2 are connected to the gates of the slice transistors 20-1 and 20-2, and it is not necessary to supply the charges that become amplified signals from the vertical signal lines. That is, after the charge injection pulse 107 is turned off,
First, the slice pulse 119 may be applied. Second slice pulse 120 and charge injection pulse 12 for noise detection
The same applies to the relationship of 4.

【0076】図16は図15の改良版である。アドレス
パルスが2つに分けてある。図17はさらに改善したも
のである。第1のアドレスパルスの前にダミーのアドレ
スパルス115−1(115−2)を発生している。同
様に電荷注入パルス107の前にダミーの電荷注入パル
ス125を発生する。さらにダミーにアドレスパルス1
15−1(115−2)・ダミーの電荷注入パルス12
5に同期してダミーのスライスパルス122を第1のス
ライスパルス119の前に発生する。スライス電荷リセ
ットパルス121の前にダミーのスライス電荷リセット
パルス123を発生することも可能である。
FIG. 16 is an improved version of FIG. The address pulse is divided into two. FIG. 17 shows a further improvement. A dummy address pulse 115-1 (115-2) is generated before the first address pulse. Similarly, a dummy charge injection pulse 125 is generated before the charge injection pulse 107. Address pulse 1 to dummy
15-1 (115-2) -Dummy charge injection pulse 12
5, a dummy slice pulse 122 is generated before the first slice pulse 119. It is also possible to generate the dummy slice charge reset pulse 123 before the slice charge reset pulse 121.

【0077】[0077]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、電
圧制御トランジスタにより増幅トランジスタの動作点を
制御することにより、消費電力の増大を招くことなく、
ソースフォロアのレスポンスを速くすることができる。
As described in detail above, according to the present invention, the operating point of the amplifying transistor is controlled by the voltage control transistor, so that the power consumption is not increased.
The response of the source follower can be made faster.

【0078】また、フォトダイオードの信号を増幅し垂
直信号線及び増幅信号蓄積容量に伝達する期間のみに負
荷トランジスタに電流を流しそれ以外の時は流れる電流
の量を小さくすることにより、消費電力を下げることが
できる。
In addition, the current is passed through the load transistor only during the period in which the signal of the photodiode is amplified and transmitted to the vertical signal line and the amplified signal storage capacitor, and otherwise the amount of the flowing current is reduced to reduce power consumption. Can be lowered.

【0079】また、垂直信号線リセットトランジスタに
より垂直信号線を短い時間でリセットし、垂直信号線リ
セットトランジスタに電流を流さないときに最終的な信
号の取り込みを行うことにより、消費電力・信号取り扱
い範囲の両方を改善することができる。
Further, the vertical signal line reset transistor resets the vertical signal line in a short time, and the final signal is taken in when no current flows through the vertical signal line reset transistor. Both can be improved.

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

【図1】第1の実施形態に係わる固体撮像装置を示す回
路構成図。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing a solid-state imaging device according to a first embodiment.

【図2】第1の実施形態におけるソースフォロアの電位
図。
FIG. 2 is a potential diagram of a source follower according to the first embodiment.

【図3】第1の本実施形態における信号読み出し時の駆
動タイミング図。
FIG. 3 is a drive timing chart at the time of reading a signal in the first embodiment.

【図4】負荷トランジスタをパルス駆動する増幅型固体
撮像装置を示す回路構成図。
FIG. 4 is a circuit configuration diagram showing an amplification type solid-state imaging device in which a load transistor is pulse-driven.

【図5】図4の負荷トランジスタのパルス駆動における
動作タイミング図。
5 is an operation timing chart in pulse driving of the load transistor of FIG.

【図6】負荷トランジスタのパルス駆動と共に垂直信号
線のリセット駆動を行う増幅型固体撮像装置を示す回路
構成図。
FIG. 6 is a circuit configuration diagram showing an amplification type solid-state imaging device which performs pulse driving of a load transistor and reset driving of a vertical signal line.

【図7】図6のリセット駆動における動作タイミング
図。
7 is an operation timing chart in the reset drive of FIG.

【図8】電荷注入パルスと信号取り込みパルスの位相関
係を説明する図。
FIG. 8 is a diagram illustrating a phase relationship between a charge injection pulse and a signal acquisition pulse.

【図9】垂直信号線リセット駆動で信号取り扱い範囲が
広いことを説明する図。
FIG. 9 is a diagram for explaining that the signal handling range is wide in the vertical signal line reset drive.

【図10】相関二重サンプリング型ノイズキャンセラと
垂直信号線リセットトランジスタを用いた増幅型固体撮
像装置を示す回路構成図。
FIG. 10 is a circuit configuration diagram showing an amplification type solid-state imaging device using a correlated double sampling type noise canceller and a vertical signal line reset transistor.

【図11】図10の駆動タイミングチャートで、信号と
雑音の読み出しに対して1回のアドレスパルスを用いる
もの。
FIG. 11 is a driving timing chart of FIG. 10, in which one address pulse is used for reading a signal and noise.

【図12】図10の駆動タイミングチャートで、信号と
雑音の読み出しに対して別々のアドレスパルスを用いる
もの。
FIG. 12 is a driving timing chart of FIG. 10 in which separate address pulses are used for reading a signal and noise.

【図13】図10の駆動タイミングチャートで、ダミー
のアドレスパルス、ダミーの電荷注入パルス、ダミーの
クランプパルスを用いたもの。
13 is a drive timing chart of FIG. 10 using a dummy address pulse, a dummy charge injection pulse, and a dummy clamp pulse.

【図14】スライス型ノイズキャンセラと垂直信号線リ
セットトランジスタを用いた増幅型固体撮像装置を示す
回路構成図。
FIG. 14 is a circuit configuration diagram showing an amplification type solid-state imaging device using a slice type noise canceller and a vertical signal line reset transistor.

【図15】図14の駆動タイミングチャートで、信号と
雑音の読み出しに対して1回のアドレスパルスを用いる
もの。
FIG. 15 is a drive timing chart of FIG. 14, in which one address pulse is used for reading a signal and noise.

【図16】図14の駆動タイミングチャートで、信号と
雑音の読み出しに対して別々のアドレスパルスを用いる
もの。
16 is a driving timing chart of FIG. 14, in which different address pulses are used for reading a signal and noise.

【図17】図14の駆動タイミングチャートで、ダミー
のアドレスパルス、ダミーの電荷注入パルス、ダミーの
スライスパルス、ダミーのスライス電荷リセットパルス
を用いるもの。
FIG. 17 is a driving timing chart of FIG. 14, in which a dummy address pulse, a dummy charge injection pulse, a dummy slice pulse, and a dummy slice charge reset pulse are used.

【図18】電荷転送トランジスタをもったセルで相関二
重サンプリング型ノイズキャンセラと垂直信号線リセッ
トトランジスタを用いた増幅型固体撮像装置を示す回路
構成図。
FIG. 18 is a circuit configuration diagram showing an amplification type solid-state imaging device using a correlated double sampling type noise canceller and a vertical signal line reset transistor in a cell having a charge transfer transistor.

【図19】電荷転送トランジスタをもったセルでスライ
ス型ノイズキャンセラと垂直信号線リセットトランジス
タを用いた増幅型固体撮像装置を示す回路構成図。
FIG. 19 is a circuit configuration diagram showing an amplification type solid-state imaging device using a slice type noise canceller and a vertical signal line reset transistor in a cell having a charge transfer transistor.

【図20】従来の増幅型固体撮像装置の一例を示す回路
構成図。
FIG. 20 is a circuit configuration diagram showing an example of a conventional amplification type solid-state imaging device.

【図21】図51の固体撮像装置の動作タイミングチャ
ート。
21 is an operation timing chart of the solid-state imaging device of FIG. 51.

【図22】増幅トランジスタと負荷トランジスタで構成
される回路の信号取り扱い範囲が狭いことを説明する
図。
FIG. 22 is a diagram illustrating that a signal handling range of a circuit including an amplification transistor and a load transistor is narrow.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1−1−1,1−1−2,…,1−3−3…フォトダイ
オード 2−1−1,2−1−2,…,2−3−3…増幅トラン
ジスタ 3−1−1,3−1−2,…,3−3−3…垂直選択ト
ランジスタ 4−1−1,4−1−2,…,4−3−3…リセットト
ランジスタ 5…垂直シフトレジスタ 6−1,6−2,6−3…水平アドレス線 7−1,7−2,7−3…リセット線 8−1,8−2,8−3…垂直信号線 9−1,9−2,9−3…負荷トランジスタ 10−1,10−2,10−3…信号取り込みトランジ
スタ 11−1,11−2,11−3…増幅信号蓄積容量 12−1,12−2,12−3…水平選択トランジスタ 13…水平シフトレジスタ 14−1,14−2,14−3…負荷トランジスタ 15−1,15−2…垂直信号線リセットトランジスタ 16−1,16−2…クランプ容量 17−1,17−2…クランプトランジスタ 18−1,18−2…サンプルホールドトランジスタ 19−1,19−2…ホールド容量 20−1,20−2…スライストランジスタ 21−1,21−2…スライス容量 22−1,22−2…スライスソースリセットトランジ
スタ 23−1,23−2…スライスドレインリセットトラン
ジスタ 24−1,24−2…スライス電荷蓄積容量 49…信号取り込みトランジスタの共通ゲート 50…水平信号線 51…パルス駆動する負荷トランジスタの共通ゲート電
極 52…垂直信号線リセットトランジスタの共通ゲート電
極 53…垂直信号線リセットトランジスタの共通ソース 54…クランプトランジスタの共通ソース 55…クランプトランジスタの共通ゲート 56…サンプルホールドトランジスタの共通ゲート 57…スライス容量の共通端子 58…スライスソースリセットトランジスタの共通ゲー
ト 60…スライスドレインリセットトランジスタの共通ド
レイン 61…スライスドレインリセットトランジスタの共通ゲ
ート 101−1,101−2…アドレスパルス 102−1,102−2…信号リセットパルス 103…信号取り込みパルス 104−1,104−2…水平選択パルス 105−1,105−2…出力信号 106…負荷トランジスタ活性パルス 107…電荷注入パルス 108…信号取り込みパルス103の前縁 109…クランプパルス 110…サンプルホールドパルス 111−1,111−2…第1のアドレスパルス 112−1,112−2…第2のアドレスパルス 117…ダミーのクランプパルス 118…スライスソースリセットパルス 119…第1のスライスパルス 120…第2のスライスパルス 121…スライス電荷リセットパルス 122…ダミーのスライスパルス 123…ダミーのスライス電荷リセットパルス 124…雑音検出用電荷注入パルス 125…ダミーの電荷注入パルス 201…検出信号を垂直信号線・増幅信号蓄積容量に取
り出す期間 202…期間201以外の期間
1-1-1, 1-1-2, ..., 1-3-3 ... Photodiode 2-1-1, 2-1-2, ..., 2-3-3 ... Amplifying transistor 3-1-1 3-1-2, ..., 3-3-3 ... Vertical selection transistors 4-1-1, 4-1-2, ..., 4-3-3 ... Reset transistor 5 ... Vertical shift registers 6-1, 6- 2, 6-3 ... Horizontal address lines 7-1, 7-2, 7-3 ... Reset lines 8-1, 8-2, 8-3 ... Vertical signal lines 9-1, 9-2, 9-3 ... Load transistors 10-1, 10-2, 10-3 ... Signal acquisition transistors 11-1, 11-2, 11-3 ... Amplified signal storage capacitors 12-1, 12-2, 12-3 ... Horizontal selection transistor 13 ... Horizontal shift registers 14-1, 14-2, 14-3 ... Load transistors 15-1, 15-2 ... Vertical signal line reset transition 16-1, 16-2 ... Clamp capacitors 17-1, 17-2 ... Clamp transistors 18-1, 18-2 ... Sample and hold transistors 19-1, 19-2 ... Hold capacitors 20-1, 20-2 ... Slice transistors 21-1, 21-2 ... Slice capacitors 22-1, 22-2 ... Slice source reset transistors 23-1, 23-2 ... Slice drain reset transistors 24-1, 24-2 ... Slice charge storage capacitors 49 ... Common gate 50 of signal acquisition transistor ... Horizontal signal line 51 ... Common gate electrode 52 of pulse-driven load transistor ... Common gate electrode 53 of vertical signal line reset transistor ... Common source of vertical signal line reset transistor 54 ... Common source of clamp transistor 55 ... Common gate 5 of clamp transistor ... common gate 57 of sample hold transistor ... common terminal 58 of slice capacitance ... common gate 60 of slice source reset transistor ... common drain 61 of slice drain reset transistor ... common gates 101-1 and 101-2 of slice drain reset transistor ... address Pulses 102-1 and 102-2 ... Signal reset pulse 103 ... Signal acquisition pulse 104-1, 104-2 ... Horizontal selection pulse 105-1, 105-2 ... Output signal 106 ... Load transistor activation pulse 107 ... Charge injection pulse 108 ... Leading edge 109 of signal acquisition pulse 103 ... Clamp pulse 110 ... Sample and hold pulses 111-1, 111-2 ... First address pulses 112-1, 112-2 ... Second address pulse 117 ... Dummy clamp Pulse 118 ... Slice source reset pulse 119 ... First slice pulse 120 ... Second slice pulse 121 ... Slice charge reset pulse 122 ... Dummy slice pulse 123 ... Dummy slice charge reset pulse 124 ... Noise detection charge injection pulse 125 ... dummy charge injection pulse 201 ... period 202 for extracting detection signal to vertical signal line / amplified signal storage capacitor ... period other than period 201

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Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板上に光電変換のためのフォトダ
イオード,このフォトダイオードの出力をゲートに入力
する増幅トランジスタ,フォトダイオードをリセットす
るリセットトランジスタを含む単位セルを行列2次元状
に配列してなる撮像領域と、この撮像領域の読み出し行
を選択する垂直選択手段と、増幅トランジスタの出力を
読み出す列方向に配された複数の垂直信号線の端に設け
られた負荷トランジスタと、垂直信号線の信号を列毎に
設けられた増幅信号蓄積容量に読み出す信号取り込み
ランジスタとを備え、負荷トランジスタと増幅トランジ
スタとを結合してソースフォロア或いはエミッタフォロ
ア増幅器を構成する固体撮像装置において、前記垂直選択手段による信号読み出し期間内で 前記垂直
信号線の電位を一時的に低く制御する電位制御トランジ
スタを設けたことを特徴とする固体撮像装置。
1. Unit cells including a photodiode for photoelectric conversion, an amplification transistor for inputting the output of the photodiode to a gate, and a reset transistor for resetting the photodiode are arranged in a two-dimensional matrix on a semiconductor substrate. an imaging region formed of a vertical selection means for selecting a read row of the imaging area, a load transistor provided in a plurality of end of vertical signal lines disposed in a column direction to read the output of the amplifying transistor, vertical signal lines Signal for each column
And a signal acquisition preparative <br/> transistor for reading the amplified signal storage capacitor provided in the solid-state imaging device which constitutes a source follower or an emitter follower amplifier by combining the amplification transistor and the load transistor, by the vertical selection means A solid-state imaging device comprising a potential control transistor for temporarily controlling the potential of the vertical signal line to be low during a signal reading period .
【請求項2】前記垂直選択手段による信号読み出し期間
内に、前記電位制御トランジスタをONした後に前記負
荷トランジスタをONし、さらに読み出し期間内に前記
電位制御トランジスタをOFFすることを特徴とする請
求項1記載の固体撮像装置。
2. The load control transistor is turned on after the potential control transistor is turned on within the signal read period by the vertical selection means, and the potential control transistor is turned off within the read period. 1. The solid-state imaging device according to 1.
【請求項3】前記垂直選択手段による信号読み出し期間
内に、前記負荷トランジスタはON状態にしておき、前
記電位制御トランジスタをONした後にOFFすること
を特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
3. The solid-state image pickup device according to claim 1, wherein the load transistor is kept in an ON state during a signal reading period by the vertical selection means, and the potential control transistor is turned on and then turned off.
【請求項4】半導体基板上に光電変換のためのフォトダ
イオード,このフォトダイオードの出力をゲートに入力
する増幅トランジスタ,フォトダイオードをリセットす
るリセットトランジスタを含む単位セルを行列2次元状
に配列してなる撮像領域と、この撮像領域の読み出し行
を選択する垂直選択手段と、増幅トランジスタの出力を
読み出す列方向に配された複数の垂直信号線の端に設け
られた負荷トランジスタと、垂直信号線の信号を列毎に
設けられた増幅信号蓄積容量に読み出す信号取り込み
ランジスタとを備え、負荷トランジスタと増幅トランジ
スタとを結合してソースフォロア或いはエミッタフォロ
ア増幅器を構成する固体撮像装置において、 前記垂直選択手段による信号読み出し期間内に、前記負
荷トランジスタのゲートに該トランジスタを完全にオン
させるための第1の電圧を印加した後に、第1の電圧よ
りも低い第2の電圧を印加することを特徴とする固体撮
像装置。
4. A unit cell including a photodiode for photoelectric conversion, an amplification transistor for inputting the output of the photodiode to a gate, and a reset transistor for resetting the photodiode is arranged in a matrix two-dimensional form on a semiconductor substrate. an imaging region formed of a vertical selection means for selecting a read row of the imaging area, a load transistor provided in a plurality of end of vertical signal lines disposed in a column direction to read the output of the amplifying transistor, vertical signal lines Signal for each column
In the solid-state imaging device, which comprises a signal fetching transistor for reading to an amplified signal storage capacitor provided, and which constitutes a source follower or emitter follower amplifier by coupling a load transistor and an amplifying transistor, Fully turn on the load transistor gate during the signal readout period
After applying the first voltage to the first voltage
A solid-state imaging device characterized by applying a second voltage lower than the above .
【請求項5】半導体基板上に光電変換のためのフォトダ
イオード,このフォトダイオードの出力をゲートに入力
する増幅トランジスタ,フォトダイオードをリセットす
るリセットトランジスタを含む単位セルを行列2次元状
に配列してなる撮像領域と、この撮像領域の読み出し行
を選択する垂直選択手段と、増幅トランジスタの出力を
読み出す列方向に配された複数の垂直信号線の端に設け
られた負荷トランジスタと、垂直信号線の信号を列毎に
設けられた増幅信号蓄積容量に読み出す信号取り込み
ランジスタとを備え、負荷トランジスタと増幅トランジ
スタとを結合してソースフォロア或いはエミッタフォロ
ア増幅器を構成する固体撮像装置において、前記垂直信号線の電位を制御する電位制御トランジスタ
を設け、 前記垂直選択手段による信号読み出し期間内
に、前記電位制御トランジスタのゲートに接地電位Vs
sと電源電位Vddとの間の第1の電圧を印加した後
に、前記負荷トランジスタのゲートに第1の電圧と接地
電位Vssとの間の第2の電圧を印加することを特徴と
する固体撮像装置。
5. A unit cell including a photodiode for photoelectric conversion, an amplification transistor for inputting the output of the photodiode to a gate, and a reset transistor for resetting the photodiode is arranged in a two-dimensional matrix on a semiconductor substrate. an imaging region formed of a vertical selection means for selecting a read row of the imaging area, a load transistor provided in a plurality of end of vertical signal lines disposed in a column direction to read the output of the amplifying transistor, vertical signal lines Signal for each column
In the solid-state imaging device, which includes a signal capture transistor for reading the provided amplified signal storage capacitor and which combines a load transistor and an amplification transistor to form a source follower or emitter follower amplifier , Potential control transistor that controls the potential
And a ground potential Vs is applied to the gate of the potential control transistor during a signal read period by the vertical selection means.
s and the power supply potential Vdd, and then the first voltage and ground are applied to the gate of the load transistor.
A solid-state imaging device, wherein a second voltage between the potential Vss and the potential Vss is applied.
【請求項6】半導体基板上に光電変換のためのフォトダ
イオード,このフォトダイオードの出力をゲートに入力
する増幅トランジスタ,フォトダイオードをリセットす
るリセットトランジスタを含む単位セルを行列2次元状
に配列してなる撮像領域と、この撮像領域の読み出し行
を選択する垂直選択手段と、増幅トランジスタの出力を
読み出す列方向に配された複数の垂直信号線の端に設け
られた負荷トランジスタと、垂直信号線の信号を列毎に
設けられた増幅信号蓄積容量に読み出す信号取り込みト
ランジスタとを備え、負荷トランジスタと増幅トランジ
スタとを結合してソースフォロア或いはエミッタフォロ
ア増幅器を構成する固体撮像装置において、 前記垂直選択手段による信号読み出し期間内に、前記負
荷トランジスタのゲートに接地電位Vssと電源電位V
ddとの間の中間電圧を印加し、信号読み出し期間以外
は前記負荷トランジスタのゲート電圧を前記中間電圧よ
りも低くすることを特徴とする固体撮像装置。
6. A unit cell including a photodiode for photoelectric conversion, an amplification transistor for inputting the output of the photodiode to a gate, and a reset transistor for resetting the photodiode is arranged in a matrix two-dimensional array on a semiconductor substrate. an imaging region formed of a vertical selection means for selecting a read row of the imaging area, a load transistor provided in a plurality of end of vertical signal lines disposed in a column direction to read the output of the amplifying transistor, vertical signal lines Signal for each column
In a solid-state imaging device that includes a signal acquisition transistor that reads out to the provided amplification signal storage capacitor and that constitutes a source follower or emitter follower amplifier by coupling a load transistor and an amplification transistor, in a signal readout period by the vertical selection unit. , The ground potential Vss and the power supply potential V at the gate of the load transistor
Applying an intermediate voltage between dd and
Is the gate voltage of the load transistor above the intermediate voltage.
A solid-state imaging device characterized by being made even lower .
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